Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения

Что такое удельная теплоемкость?

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения

Теплоемкость — это физическая характеристика вещества, определяемая как количество теплоты, которое требуется для увеличения его температуры на заданную величину.

Удельная теплоемкость, или отношение теплоемкости материала к массе — это количество теплоты, необходимое для увеличения температуры одного грамма материала на один градус шкалы Цельсия (или Кельвина).

Эта физическая характеристика используется в разных целях, в том числе при оптимизации технологических процессов и для оценки термических рисков. Единицей измерения удельной теплоемкости является Дж/г·К.

  • Для расчета теплоемкости материала используются следующие уравнения:
  • Cp  =  q / (m  ∙ ∆ T),
  • где cp  =  удельная теплоемкость; m = масса в граммах; q  =   количество полученной или потерянной теплоты; ∆T = изменение температуры.

Зависимость удельной теплоемкости от температуры

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения

Удельная теплоемкость вещества зависит от температуры. На графике видно, что удельная теплоемкость сапфира возрастает с температурой, что характерно для большинства веществ. Вода отличается исключительно большой удельной теплоемкостью около 4 Дж/г·К с аномальной температурной зависимостью: минимум теплоемкости приходится на температуру около 35 °C.

Чтобы получить дополнительную информацию, посмотрите вебинар «Определение удельной теплоемкости методом ДСК»:

Вещества реагируют на нагревание по-разному. На практике эта разница лучше всего заметна в поведении металла и воды под воздействием прямого солнечного света. Металл, в отличие от воды, нагревается быстро. Это означает, что теплоемкость воды выше теплоемкости металла.

Значения удельной теплоемкости твердых веществ и жидкостей находятся в диапазоне от 0,1 до 5 Дж/г·К. Удельная теплоемкость большинства веществ возрастает вместе с температурой. По этой причине теплоемкость измеряют, как правило, в относительно большом температурном диапазоне. В таблице приведены значения для 25 °C.

Вещество Корунд Алюминий Свинец Полистирол Вода
 cp (Дж г–1·K–1) 0,895 0,776 0,129 1,3 4,18

Дифференциальная сканирующая калориметрия

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения

Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) — универсальный метод, который применяется во многих научных, испытательных и производственных лабораториях. Этот метод основан на измерении теплового потока в образце, который нагревается, охлаждается или выдерживается в изотермических условиях (при постоянной температуре).

ДСК — распространенный метод определения удельной теплоемкости благодаря своей простоте, короткому циклу измерения и достижимой точности в пределах ± 2 % (в зависимости от варианта осуществления метода; см. следующий раздел).

Обычные приборы для ДСК позволяют выполнять измерения при температуре до 700 °C. Выше 700 °C можно получить хорошие результаты с помощью систем ТГА/ДСК МЕТТЛЕР ТОЛЕДО.

На графике видно, что удельная теплоемкость полистирола в выбранном диапазоне линейно растет с увеличением температуры.

Расчет удельной теплоемкости на основании кривой теплового потока, полученной методом ДСК, может быть выполнен несколькими способами. В программном обеспечении STARe МЕТТЛЕР ТОЛЕДО поддерживаются следующие методы:

Метод непосредственного расчета

 

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения
Метод непосредственного расчета
Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения
Метод с использованием сапфира

Изотермическая ступенчатая ДСК

 

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения
Изотермическая ступенчатая ДСК

ТМДСК со стационарным режимом

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения
ТМДСК со стационарным режимом

ТМДСК

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения
ТМДСК

TOPEM®

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения
TOPEM®

Метод непосредственного расчета и метод с использованием сапфира реализуются с помощью обычных приборов ДСК и линейной температурной программы. Обычный прибор ДСК измеряет только общий тепловой поток (один сигнал). Однако существуют две составляющие теплоемкости: явная теплоемкость (обратимый тепловой поток) и скрытая теплоемкость (необратимый тепловой поток):

Cp = cp, явная + cp, скрытая

Скрытая теплоемкость связана с физико-химическими переходами (плавлением, кристаллизацией) или химическими реакциями. Эти тепловые эффекты наблюдаются на кривой ДСК в виде эндотермических и экзотермических пиков. Скрытая теплоемкость положительна в случае эндотермических эффектов и отрицательна в случае экзотермических.

Явная теплоемкость связана с количеством тепла, поглощаемого за счет перегруппировки и общего движения молекул. Эта составляющая теплоемкости всегда положительна. На кривой ДСК видно, что в отсутствие тепловых эффектов явная теплоемкость прямо связана с измеренным тепловым потоком. Для многих физико-химических переходов явная теплоемкость составляет базовую линию соответствующего пика.

Температурно-модулированная ДСК (ТМДСК) отличается от обычной ДСК тем, что позволяет разделить общий тепловой поток на обратимую и необратимую часть. Это повышает точность измерения в тех случаях, когда перекрываются разные тепловые эффекты, например стеклование (обратимый процесс) и релаксация энтальпии (необратимый процесс).

Температурные программы ТМДСК намного сложнее программ, используемых в обычном анализе ДСК. МЕТТЛЕР ТОЛЕДО предлагает три методики выполнения измерений ДСК с температурной модуляцией. Ниже указаны их основные особенности.

IsoStep™

  • Точное измерение cp с использованием сапфирового эталона.
  • Отличает кинетические эффекты от изменений теплоемкости.
  • Разделение перекрывающихся эффектов на одной частоте.

TOPEM®

  • Уникальная многочастотная методика.
  • Разделение перекрывающихся эффектов.
  • Наиболее точное измерение cp.

Многочастотная, квазистатическая

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения

Так как удельная теплоемкость является функцией температуры, необходима калибровка (проверка) по температуре в диапазоне измерения. Отклонения следует скорректировать. В методе ДСК наиболее заметной причиной плохой воспроизводимости измерений является передача тепла между датчиком и тиглем и между тиглем и образцом. Способ коррекции изотермического дрейфа описан в стандарте DIN 51007.

Точность измерения повышается за счет надлежащей настройки прибора ДСК с помощью сертифицированных эталонов, например эталонов LGC (Великобритания), NIST (США) или PTB (Германия). Если используется метод непосредственного расчета, тепловой поток должен быть правильно отрегулирован для конкретного температурного диапазона и используемых тиглей.

Более подробно о калибровке приборов МЕТТЛЕР ТОЛЕДО для термического анализа, настройке теплового потока и температуры:

Количественная оценка теплоемкости является методически сложной задачей для ДСК. Тем не менее этот метод широко используется благодаря следующим преимуществам: доступность приборов ДСК, несложная подготовка образцов, относительно короткое время измерения, хорошая точность и наличие коммерческого программного обеспечения для обработки результатов.

Методические советы:

  • Стабилизируйте прибор перед измерением.
  • Не используйте данные, полученные в первом же эксперименте после включения прибора.
  • Проверьте воспроизводимость с помощью повторных измерений.
  • Для повышения точности усредняйте результаты нескольких измерений.
  • Вычитайте «холостые» значения (кроме TOPEM).
  • Точно размещайте тигли на датчике.
  • Используйте одни и те же тигли для всех трех измерений. Если это невозможно, используйте тигли с минимальной разницей в массе (
  • При большей разнице между тиглями требуется коррекция результатов.
  • Рекомендация для органических материалов: используйте тигли 40 мкл и образцы массой от 10 до 20 мг.
  • Используйте скорость нагрева от 5 до 10 K/мин.
  • Взвешивайте образец после измерения. При значительной потере массы качество измерения cp снижается. В приборах синхронного термического анализа (ТГА/ДСК) потеря массы регистрируется автоматически.
  • Для повышения точности, прежде всего в методах без модуляции:
    • Используйте образцы большой массы, Cp (образца) >>Cp (эталона).
    • Обеспечьте хороший тепловой контакт между образцом и тиглем.

Теплоемкость Cp — свойство образца (не связанное с его массой). Удельная теплоемкость Cp — свойство материала (связанное с массой).  

Удельная теплоемкость cp — это сумма явной и скрытой теплоемкости.  

Для чего нужно знать удельную теплоемкость?

  • Для оптимизации технологических процессов, например литья под давлением, сушки распылением, кристаллизации.
  • Для расчета конструкции химических реакторов и обеспечения их безопасности
  • Для расчета других термодинамических величин, таких как энтальпия, энтропия, свободная энергия Гиббса.
  • Для анализа и интерпретации экспериментальных кривых ДСК.  
Читайте также:  Арматура на люстре что это

В диапазоне высоких температур удельную теплоемкость можно измерить с помощью прибора синхронного термического анализа (ТГА/ДСК).  

Какие преимущества при определении удельной теплоемкости дает метод с температурной модуляцией по сравнению с методом с использованием сапфира?

  • Методы с температурной модуляцией отличаются меньшим дрейфом и достигают точности ± 2 %. Теплоемкость можно также определять в изотермических условиях методами изотермической ступенчатой ДСК, ТМДСК и TOPEM.
  • Перекрывающиеся тепловые эффекты, связанные, например, с процессами стеклования и кристаллизации, можно разделять.  

Количество теплоты. Удельная теплоёмкость – FIZI4KA

ОГЭ 2018 по физике ›

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения

1. Изменение внутренней энергии путём совершения работы характеризуется величиной работы, т.е. работа является мерой изменения внутренней энергии в данном процессе. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче характеризуется величиной, называемой количеством теплоты.

Количеством теплоты называется изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы.

Количество теплоты обозначают буквой ​( Q )​. Так как количество теплоты является мерой изменения внутренней энергии, то его единицей является джоуль (1 Дж).

При передаче телу некоторого количества теплоты без совершения работы его внутренняя энергия увеличивается, если тело отдаёт какое-то количество теплоты, то его внутренняя энергия уменьшается.

2. Если в два одинаковых сосуда налить в один 100 г воды, а в другой 400 г при одной и той же температуре и поставить их на одинаковые горелки, то раньше закипит вода в первом сосуде.

Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество теплоты требуется ему для нагревания. То же самое и с охлаждением: тело большей массы при охлаждении отдаёт большее количество теплоты.

Эти тела сделаны из одного и того же вещества и нагреваются они или охлаждаются на одно и то же число градусов.

[ Qsim m ]

​3. Если теперь нагревать 100 г воды от 30 до 60 °С, т.е. на 30 °С, а затем до 100 °С, т.е.

на 70 °С, то в первом случае на нагревание уйдёт меньше времени, чем во втором, и, соответственно, на нагревание воды на 30 °С, будет затрачено меньшее количество теплоты, чем на нагревание воды на 70 °С.

Таким образом, количество теплоты прямо пропорционально разности конечной ​( (t_2,^circ C) )​ и начальной ( (t_1,^circ C) ) температур: ​( Qsim(t_2-t_1) )​.

4.

Если теперь в один сосуд налить 100 г воды, а в другой такой же сосуд налить немного воды и положить в неё такое металлическое тело, чтобы его масса и масса воды составляли 100 г, и нагревать сосуды на одинаковых плитках, то можно заметить, что в сосуде, в котором находится только вода, температура будет ниже, чем в том, в котором находятся вода и металлическое тело. Следовательно, чтобы температура содержимого в обоих сосудах была одинаковой нужно воде передать большее количество теплоты, чем воде и металлическому телу. Таким образом, количество теплоты, необходимое для нагревания тела зависит от рода вещества, из которого это тело сделано.

5. Зависимость количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от рода вещества характеризуется физической величиной, называемой удельной теплоёмкостью вещества.

Физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для нагревания его на 1 °С (или на 1 К), называется удельной теплоёмкостью вещества.

Такое же количество теплоты 1 кг вещества отдаёт при охлаждении на 1 °С.

Удельная теплоёмкость обозначается буквой ​( c )​. Единицей удельной теплоёмкости является 1 Дж/кг °С или 1 Дж/кг К.

Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально. Жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы; самую большую удельную теплоёмкость имеет вода, очень маленькую удельную теплоёмкость имеет золото.

Удельная теплоёмкость свинца 140 Дж/кг °С. Это значит, что для нагревания 1 кг свинца на 1 °С необходимо затратить количество теплоты 140 Дж. Такое же количество теплоты выделится при остывании 1 кг воды на 1 °С.

Поскольку количество теплоты равно изменению внутренней энергии тела, то можно сказать, что удельная теплоёмкость показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 °С. В частности, внутренняя энергия 1 кг свинца при его нагревании на 1 °С увеличивается на 140 Дж, а при охлаждении уменьшается на 140 Дж.

Количество теплоты ​( Q )​, необходимое для нагревания тела массой ​( m )​ от температуры ( (t_1,^circ C) ) до температуры ( (t_2,^circ C) ), равно произведению удельной теплоёмкости вещества, массы тела и разности конечной и начальной температур, т.е.

[ Q=cm(t_2{}^circ-t_1{}^circ) ]

​По этой же формуле вычисляется и количество теплоты, которое тело отдаёт при охлаждении. Только в этом случае от начальной температуры следует отнять конечную, т.е. от большего значения температуры отнять меньшее.

6. Пример решения задачи. В стакан, содержащий 200 г воды при температуре 80 °С, налили 100 г воды при температуре 20 °С. После чего в сосуде установилась температура 60 °С. Какое количество теплоты получила холодная вода и отдала горячая вода?

При решении задачи необходимо выполнять следующую последовательность действий:

  1. записать кратко условие задачи;
  2. перевести значения величин в СИ;
  3. проанализировать задачу, установить, какие тела участвуют в теплообмене, какие тела отдают энергию, а какие получают;
  4. решить задачу в общем виде;
  5. выполнить вычисления;
  6. проанализировать полученный ответ.

1. Условие задачи.

Дано:
​( m_1 )​ = 200 г
​( m_2 )​ = 100 г
​( t_1 )​ = 80 °С
​( t_2 )​ = 20 °С
​( t )​ = 60 °С
______________

​( Q_1 )​ — ? ​( Q_2 )​ — ?
​( c_1 )​ = 4200 Дж/кг · °С

2. СИ: ​( m_1 )​ = 0,2 кг; ​( m_2 )​ = 0,1 кг.

3. Анализ задачи. В задаче описан процесс теплообмена между горячей и холодной водой. Горячая вода отдаёт количество теплоты ​( Q_1 )​ и охлаждается от температуры ​( t_1 )​ до температуры ​( t )​. Холодная вода получает количество теплоты ​( Q_2 )​ и нагревается от температуры ​( t_2 )​ до температуры ​( t )​.

4.

Решение задачи в общем виде. Количество теплоты, отданное горячей водой, вычисляется по формуле: ​( Q_1=c_1m_1(t_1-t) )​.

Количество теплоты, полученное холодной водой, вычисляется по формуле: ( Q_2=c_2m_2(t-t_2) ).

5. Вычисления.
​( Q_1 )​ = 4200 Дж/кг · °С · 0,2 кг · 20 °С = 16800 Дж
( Q_2 ) = 4200 Дж/кг · °С · 0,1 кг · 40 °С = 16800 Дж

Читайте также:  Электролиты с тяжелыми металлами

6. В ответе получено, что количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученному холодной водой.

При этом рассматривалась идеализированная ситуация и не учитывалось, что некоторое количество теплоты пошло на нагревание стакана, в котором находилась вода, и окружающего воздуха.

В действительности же количество теплоты, отданное горячей водой, больше, чем количество теплоты, полученное холодной водой.

Содержание

  • Примеры заданий
  • Ответы

Примеры заданий

Часть 1

1. Удельная теплоёмкость серебра 250 Дж/(кг · °С). Что это означает?

  • 1) при остывании 1 кг серебра на 250 °С выделяется количество теплоты 1 Дж
    2) при остывании 250 кг серебра на 1 °С выделяется количество теплоты 1 Дж
    3) при остывании 250 кг серебра на 1 °С поглощается количество теплоты 1 Дж
  • 4) при остывании 1 кг серебра на 1 °С выделяется количество теплоты 250 Дж

2. Удельная теплоёмкость цинка 400 Дж/(кг · °С). Это означает, что

  1. 1) при нагревании 1 кг цинка на 400 °С его внутренняя энергия увеличивается на 1 Дж
    2) при нагревании 400 кг цинка на 1 °С его внутренняя энергия увеличивается на 1 Дж
    3) для нагревания 400 кг цинка на 1 °С его необходимо затратить 1 Дж энергии
  2. 4) при нагревании 1 кг цинка на 1 °С его внутренняя энергия увеличивается на 400 Дж

3. При передаче твёрдому телу массой ​( m )​ количества теплоты ​( Q )​ температура тела повысилась на ​( Delta t^circ )​. Какое из приведённых ниже выражений определяет удельную теплоёмкость вещества этого тела?

1) ​( frac{mDelta t^circ}{Q} )​
2) ( frac{Q}{mDelta t^circ} )​
3) ( frac{Q}{Delta t^circ} )​
4) ( QmDelta t^circ )​

4.

На рисунке приведён график зависимости количества теплоты, необходимого для нагревания двух тел (1 и 2) одинаковой массы, от температуры. Сравните значения удельной теплоёмкости (​( c_1 )​ и ​( c_2 )​) веществ, из которых сделаны эти тела.

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения

1) ​( c_1=c_2 )​
2) ​( c_1>c_2 )​
3) ( c_1

Удельная теплоемкость вещества — формулы, определение, обозначение

Эти два процесса знакомы каждому. Вот нам захотелось чайку, и мы ставим чайник, чтобы нагреть воду. Или ставим газировку в холодильник, чтобы охладить.

Логично предположить, что нагревание — это увеличение температуры, а охлаждение — ее уменьшение. Все, процесс понятен, едем дальше.

Но не тут-то было: температура меняется не «с потолка». Все завязано на таком понятии, как количество теплоты. При нагревании тело получает количество теплоты, а при нагревании — отдает.

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

Обнаружено новое непонятное слово — теплопередача. Минуточку, давайте закончим с количеством теплоты.

В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:

  • Нагревание
  • Q = cm(tконечная — tначальная)
  • Охлаждение
  • Q = cm(tначальная — tконечная)
  • Q — количество теплоты [Дж]
  • c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
  • m — масса [кг]
  • tконечная — конечная температура [˚C]
  • tначальная — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует и изменение температуры, о котором мы сказали выше, и удельная теплоемкость, речь о которой пойдет дальше.

А вот теперь поговорим о видах теплопередачи.

Виды теплопередачи

Теплопередача — процесс передачи теплоты (обмена энергией).

Здесь все совсем несложно, видов всего три: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Тот вид теплопередачи, который можно охарактеризовать, как способность тел проводить энергию от более нагретого тела к менее нагретому.

Речь о том, чтобы передать тепло с помощью соприкосновения. Признавайтесь, грелись же когда-нибудь возле батареи. Если вы сидели к ней вплотную, то согрелись вы благодаря теплопроводности. Обниматься с котиком, у которого горячее пузо, тоже эффективно.

Порой мы немного перебарщиваем с возможностями этого эффекта, когда на пляже ложимся на горячий песок. Эффект есть, только не очень приятный. Ну а ледяная грелка на лбу дает обратный эффект — ваш лоб отдает тепло грелке.

Конвекция

Когда мы говорили о теплопроводности, мы приводили в пример батарею. Теплопроводность — это когда мы получаем тепло, прикоснувшись к батарее. Но все вещи в комнате к батарее не прикасаются, а комната греется. Здесь вступает конвекция.

Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный просто плотнее). Когда батарея нагревает некий объем воздуха, он тут же поднимается наверх, проходит вдоль потолка, успевает остыть и спуститься обратно вниз — к батарее, где снова нагревается. Таким образом, вся комната равномерно прогревается, потому что все более горячие потоки сменяют все менее холодные.

Как определить удельную теплоемкость металла если для изменения

Излучение

Пляж мы уже упоминали, но речь шла только о горячем песочке. А вот тепло от солнышка — это излучение. В этом случае тепло передается через волны.

Если мы греемся у камина, то получаем тепло конвекцией или излучением?????

Обоими способами. То тепло, которое мы ощущаем непосредственно от камина (когда лицу горячо, если вы расположились слишком близко к камину) — это излучение. А вот прогревание комнаты в целом — это конвекция.

Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета

Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:

  1. Нагревание
  2. Q = cm(tконечная — tначальная)
  3. Охлаждение
  4. Q = cm(tначальная — tконечная)
  5. Q — количество теплоты [Дж]
  6. c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
  7. m — масса [кг]
  8. tконечная — конечная температура [˚C]
  9. tначальная — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.

С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:

  • Удельная теплоемкость вещества
  • c= Q/m(tконечная — tначальная)
  • Q — количество теплоты [Дж]
  • c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
  • m — масса [кг]
  • tконечная — конечная температура [˚C]
  • tначальная — начальная температура [˚C]

Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:

  1. Удельная теплоемкость вещества
  2. c= C/m
  3. c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
  4. C — теплоемкость вещества [Дж/˚C]
  5. m — масса [кг]

Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:

  • Количество теплоты, необходимое для нагревания тела
  • Q = C(tконечная — tначальная)
  • Q — количество теплоты [Дж]
  • c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
  • m — масса [кг]
  • tконечная — конечная температура [˚C]
  • tначальная — начальная температура [˚C]

Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Читайте также:  Марка стали 30: в каком виде выпускаются заготовки согласно гост, основные характеристики металла

Таблица удельных теплоемкостей

Удельная теплоемкость — табличная величина. Часто ее указывают в условии задачи, но при отсутствии в условии — можно и нужно воспользоваться таблицей. Ниже приведена таблица удельных теплоемкостей для некоторых (многих) веществ.

Газы C, Дж/(кг·К)
Азот N2 1051
Аммиак NH3 2244
Аргон Ar 523
Ацетилен C2H2 1683
Водород H2 14270
Воздух 1005
Гелий He 5296
Кислород O2 913
Криптон Kr 251
Ксенон Xe 159
Метан CH4 2483
Неон Ne 1038
Оксид азота N2O 913
Оксид азота NO 976
Оксид серы SO2 625
Оксид углерода CO 1043
Пропан C3H8 1863
Сероводород H2S 1026
Углекислый газ CO2 837
Хлор Cl 520
Этан C2H6 1729
Этилен C2H4 1528
Металлы и сплавы C, Дж/(кг·К)
Алюминий Al 897
Бронза алюминиевая 420
Бронза оловянистая 380
Вольфрам W 134
Дюралюминий 880
Железо Fe 452
Золото Au 129
Константан 410
Латунь 378
Манганин 420
Медь Cu 383
Никель Ni 443
Нихром 460
Олово Sn 228
Платина Pt 133
Ртуть Hg 139
Свинец Pb 128
Серебро Ag 235
Сталь стержневая арматурная 482
Сталь углеродистая 468
Сталь хромистая 460
Титан Ti 520
Уран U 116
Цинк Zn 385
Чугун белый 540
Чугун серый 470
Жидкости Cp, Дж/(кг·К)
Азотная кислота (100%-ная) NH3 1720
Бензин 2090
Вода 4182
Вода морская 3936
Водный раствор хлорида натрия (25%-ный) 3300
Глицерин 2430
Керосин 2085…2220
Масло подсолнечное рафинированное 1775
Молоко 3906
Нефть 2100
Парафин жидкий (при 50С) 3000
Серная кислота (100%-ная) H2SO4 1380
Скипидар 1800
Спирт метиловый (метанол) 2470
Спирт этиловый (этанол) 2470
Топливо дизельное (солярка) 2010
  1. Задача
  2. Какое твердое вещество массой 2 кг можно нагреть на 10 ˚C, сообщив ему количество теплоты, равное 7560 Дж?
  3. Решение:
  4. Используем формулу для нахождения удельной теплоемкости вещества:
  5. c= Q/m(tконечная — tначальная)
  6. Подставим значения из условия задачи:
  7. c= 7560/2*10 = 7560/20 = 378 Дж/кг*˚C
  8. Смотрим в таблицу удельных теплоемкостей для металлов и находим нужное значение.
Металлы и сплавы C, Дж/(кг·К)
Алюминий Al 897
Бронза алюминиевая 420
Бронза оловянистая 380
Вольфрам W 134
Дюралюминий 880
Железо Fe 452
Золото Au 129
Константан 410
Латунь 378
Манганин 420
Медь Cu 383
Никель Ni 443
Нихром 460
Олово Sn 228
Платина Pt 133
Ртуть Hg 139
Свинец Pb 128
Серебро Ag 235
Сталь стержневая арматурная 482
Сталь углеродистая 468
Сталь хромистая 460
Титан Ti 520
Уран U 116
Цинк Zn 385
Чугун белый 540
Чугун серый 470

Ответ: латунь

Удельная теплоемкость металлов при различных температурах

Представлена таблица значений массовой удельной теплоемкости металлов при различных температурах и постоянном давлении. Теплоемкость металлов в таблице указана при отрицательных и положительных температурах (от -253 до 3422°С). Определить удельную теплоемкость металла можно как величину, численно равную количеству теплоты, которое необходимо подвести к единице массы металла для увеличения его температуры на один градус.

Какова удельная теплоемкость металла? При средних и высоких температурах абсолютные значения и температурные зависимости удельной теплоемкости металлов различаются достаточно сильно.

Так, при комнатных температурах наибольшей удельной теплоемкостью отличается литий — она равна 3390 Дж/(кг·град) при температуре 20°С.

Также к металлам с высокой теплоемкостью при средних (до 350°С) температурах можно отнести такие металлы, как магний, алюминий, бериллий, натрий, плутоний.

Наименьшим значением теплоемкости обладают металлы с высокой атомной массой, например торий и уран. Удельная теплоемкость этих металлов равна, соответственно 113 и 116 Дж/(кг·град).

Несмотря на столь большой диапазон изменения этой величины, имеют место некоторые схожие значения, наиболее хорошо прослеживающиеся для металлов одной подгруппы, что является следствием периодической системы Менделеева.

Следует отметить, что при низких отрицательных температурах металлы также имеют широкий диапазон значений теплоемкости.

Например, при температуре -173°С по данным таблицы минимальной теплоемкостью обладает вольфрам. Теплоемкость вольфрама при этой температуре равна всего 87 Дж/(кг·град).

Металлом с самой высокой теплоемкостью при отрицательных температурах является все тот же литий, имеющий низкую атомную массу.

Удельная теплоемкость металлов при различных температурах — таблица

Металл
Температура,°С
Удельная теплоемкость, Дж/(кг·град)
Алюминий Al -173…27…127…327…527…661…727…1127…1327 483…904…951…1037…1154…1177…1177…1177…1177
Барий Ba -173…27…127…327…527…729…927…1327 177…206…249…290…316…300…292…278
Бериллий Be -173…27…127…327…527…727…927…1127…1287…1327 203…1833…2179…2559…2825…3060…3281…3497…3329…3329
Ванадий V 27…127…327…527…727…927…1127…1527…1947 484…503…531…557…585…617…655…744…895
Висмут Bi 27…127…272…327…527…727 122…127…146…141…135…131
Вольфрам W -173…27…127…327…727…1127…1527…2127…2527…3127…3422 87…132…136…141…148…157…166…189…208…245…245
Гадолиний Gd 27…127…327…527…727…1127…1312 236…179…185…196…207…235…179
Галлий Ga -173…27…30…127…327…527…727 266…384…410…394…382…378…376
Гафний Hf 27…127…327…527…727…927…1127…1527…2127…2233 144…147…156…165…169…183…192…211…202…247
Гольмий Ho 27…127…327…527…727…927…1127…1327…1470…1527 165…169…172…176…193…218…251…292…266…266
Диспрозий Dy 27…127…327…527…727…927…1127…1327…1409…1527 173…172…174…188…210…230…274…296…307…307
Европий Eu 27…127…327…527…727…826…1127 179…184…200…217…250…251…251
Железо Fe -173…27…127…327…527…727…1127…1327…1537 216…450…490…572…678…990…639…670…830
Золото Au 27…127…327…527…727…927…1105…1127 129…131…135…140…145…155…170…166
Индий In -223…-173…27…127…157…327…527…727 162…203…235…250…256…245…240…237
Иридий Ir 27…127…327…527…727…927…1127…1327…2127…2450 130…133…138…144…153…161…168…176…206…218
Иттербий Yb 27…127…427…527…727…820…927 155…159…175…178…208…219…219
Иттрий Y 27…127…327…527…727…1127…1327…1522 298…305…321…338…355…389…406…477
Кадмий Cd 27…127…321…327…527 231…242…265…265…265
Калий K -173…-53…0…20…63…100…300…500…700 631…690…730…760…846…817…775…766…775
Кальций Ca -173…27…127…327…527…727…842…1127 500…647…670…758…843…991…774…774
Кобальт Co 27…127…327…527…727…1127…1327…1497…1727 421…451…504…551…628…800…650…688…688
Лантан La 27…127…327…527…727…920 195…197…200…218…238…236
Литий Li -187…20…100…300…500…800 2269…3390…3789…4237…4421…4572
Лютеций Lu 27…127…327…527…727…1127…1327…1650 153…153…156…163…173…207…229…274
Магний Mg -173…27…127…327…527…650…727…1127 648…1025…1070…1157…1240…1410…1391…1330
Марганец Mn -173…27…127…327…527…727…1127…1246…1327 271…478…517…581…622…685…789…838…838
Медь Cu 27…127…327…527…727…927…1085…1327 385…398…417…433…451…481…514…514
Молибден Mo 27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…2127…2623 250…262…276…285…294…320…337…357…379…434…418
Мышьяк As -253…-233…-193…-123…-23…127…327…727 15…75…175…275…314…339…354…383
Натрий Na -173…-53…-13…20…100…300…500…700 977..1180…1200…1221…1385…1280…1270…1275
Неодим Nd 27…127…327…527…727…927…1024…1127 190…200…223…253…291…309…338…338
Нептуний Np 127 147
Никель Ni -173…-50…20…100…300…500…800…1000…1300…1455 423…442…457…470…502…530…565…580…586…735
Ниобий Nb 27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…2127…2477 263…274…285…293…301…322…335…350…366…404…450
Олово Sn -173…27…127…232…327…527…727 187…229…244…248…242…236…235
Осмий Os 27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1927 130…132…136…140…144…152…156…160…164…168
Палладий Pd 27…127…327…527…727…927…1127…1527 244…249…256…264…277…291…306…343
Платина Pt 27…127…327…527…727…1127…1527…1772 133…136…141…147…152…163…174…178
Плутоний Pu 27…127…327…527…727 134…586…1500…2430…3340
Празеодим Pr 27…127…327…527…727…935 184…202…224…253…287…305
Радий Ra 950 136
Рений Re 27…127…327…527…727…927…1127…1327…1527…1927 136…139…145…151…157…163…168…174…180…192
Родий Rh 27…127…327…527…727…1127…1327…1727 243…253…273…293…311…342…355…376
Ртуть Hg -223…-173…-73…-39…27…127…227…327 99…121…136…141…139…137…136…135
Рубидий Rb -173…-73…20…40…127…327…527…727 299…321…356…364…361…356…359…368
Рутений Ru 27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1927…2334 238…241…251…265…278…306…325…346…367…389…414
Самарий Sm 27…127…327…527…727…1078…1227 197…221…272…293…300…313…334
Свинец Pb -223…-173…-73..27…127…227…328…527…727 103…117…123…128…133…138…146…143…140
Серебро Ag 27…127…327…527…727…962…1127 235…239…250…256…277…310…310
Скандий Sc 27…127…327…527…727…1127…1541…1627 568…586…611…647…694…815…978…978
Стронций Sr -173…27…127…327…527…768…1127 268…306…314…343…377…411…411
Сурьма Sb -223…-173…27…127…327…527…630…927 100…163…209…213…224…234…275…275
Таллий Tl -173…27…127…303…727 120…129…134…149…141
Тантал Ta 27…127…327…527…727…1127…1527…2127…2327…2727…3022 140…144…150…154…157…160…162…177…187…219…243
Тербий Tb 27…127…327…527…727…1127…1357 182…179…189…207…226…272…292
Технеций Tc 27…127…327…527…727…1127…1327…2127…2200 210…211…225…256…290…324…318…297…290
Титан Ti 27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1671…1727 531…556…605…637…647…664…729…800…989…989
Торий Th -173…27…127…327…527…727…1127…1327…1750…1927 98…113…117…124…132…140…155…163…198…198
Тулий Tm 27…127…327…527…727…1127…1327…1545 159…161…163…175…186…204…213…244
Уран U -173…27…127…327…527…727…842…1127 1135…1327…1927 93…116…125…146…175…178…161…161…201…203…209
Хром Cr 25…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1907 453…482…517…558…614…764…849…936…1020…962
Цезий Cs -173…27…29…127…327…527…727 194…244…246…241…226…219…225
Церий Ce 27…127…327…527…727…804…927 292…202…228…246…268…269…269
Цинк Zn 27…127…327…420…527…727 389…403…436…480…480…480
Цирконий Zr 27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1860 279…295…321…345…367…325…341…360…381…467
Эрбий Er 27…127…327…527…727…1127…1327…1505 168…169…174…181…192…220…238…231

Зависимость удельной теплоемкости металлов от температуры различна. Наиболее сильную зависимость теплоемкости от температуры имеют плутоний и бериллий.

Для многих металлов увеличение температуры приводит к постоянному росту их теплоемкости. У других металлов теплоемкость при нагревании увеличивается, а при достижении температуры плавления снижается или остается практически постоянной.

Удельная теплоемкость металлов в жидком (расплавленном) состоянии практически не меняется.

Металлы в таблице расположены в алфавитном порядке, величина теплоемкости соответствует указанным температурам, допускается интерполяция значений. Например, удельную теплоемкость алюминия при температуре 90°С можно определить по таблице следующим образом: 904+(951-904)/(127-27)*90=946,3 Дж/(кг·град).

Источники:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector