Как называют количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг?
Удельной теплоемкостью. Удельной теплотой сгорания. Удельной теплотой плавления. Удельной теплотой парообразования.
Теплопередачей. Как называют количество теплоты, которое необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние?
Удельной теплоемкостью.
Удельной теплотой сгорания. Удельной теплотой плавления. Удельной теплотой парообразования. Удельной теплотой конденсации. Как называют количество теплоты, которое необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры?
Удельной теплоемкостью. Удельной теплотой сгорания. Удельной теплотой плавления. Удельной теплотой парообразования. Удельной теплотой конденсации. Как называют количество теплоты, которое выделится при превращении 1 кг пара в жидкость без изменения температуры?
Удельной теплоемкостью. Удельной теплотой сгорания. Удельной теплотой плавления. Удельной теплотой парообразования. Удельной теплотой конденсации.

Опубликовано — 1 год назад | По предмету
Физика |
автор tokarskayahoruz

Как называют количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг?
Удельной теплоемкостью.
Удельной теплотой сгорания.
Удельной теплотой плавления.
Удельной теплотой парообразования.
Теплопередачей.
Как называют количество теплоты, которое необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние?
Удельной теплоемкостью.
Удельной теплотой сгорания.
Удельной теплотой плавления.
Удельной теплотой парообразования.
Удельной теплотой конденсации.
Как называют количество теплоты, которое необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры?
Удельной теплоемкостью.
Удельной теплотой сгорания.
Удельной теплотой плавления.
Удельной теплотой парообразования.
Удельной теплотой конденсации.
Как называют количество теплоты, которое выделится при превращении 1 кг пара в жидкость без изменения температуры?
Удельной теплоемкостью.
Удельной теплотой сгорания.
Удельной теплотой плавления.
Удельной теплотой парообразования.
Удельной теплотой конденсации.

Теплоемкость — тело — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Теплоемкость — тело

Cтраница 3

Теплоемкостью тела называется количество тепла, которое нужно подвести к нему или отнять от неги для изменения его температуры на 1 К.
 [31]

Теплоемкостью тела называется отношение количества тепла, переданного телу при изменении его состояния, к изменению температуры тела, которое произошло вследствие полученного им тепла в данном процессе.
 [32]

Теплоемкостью тела называют количество теплоты, необходимое для изменения температуры тела на один градус.
 [33]

Теплоемкостью тела С называют количество теплоты, которое необходимо сообщить данному телу массой m для его нагревания на 1 К, т.е. С сгп. Теплоемкость тела в СИ выражают в джоулях на кельвин, а во внесистемных единицах — в калориях на кельвин.
 [34]

Теплоемкостью тела С называется величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на один кельвин.
 [35]

Теплоемкостью тела принято называть количество тепла, необходимого для нагрева единицы количества вещества на один градус в определенном процессе г. Теплоемкость принято обозначать символом С.
 [36]

Теплоемкостью тела называют отношение количества теплоты, сообщаемого телу при нагревании или выделяемого телом при его охлаждении, к соответствующему изменению температуры.
 [37]

Теплоемкостью тела называется количество тепла, необходимое для нагрева тела на один градус.
 [38]

Теплоемкостью тела называется количество тепла, которое нужно подвести к нему или отнять от него для изменения его температуры на 1 К.
 [39]

Теплоемкостью тела называется количество теплоты, необходимое для повышения его температуры на 1 К. Теплота нагревания, затрачиваемая на 1 К единицы количества вещества, называется удельной теплоемкостью.
 [40]

Теплоемкостью тела называют количество теплоты, необходимой для нагрева тела на один градус.
 [41]

Теплоемкостью тела называется количество теплоты, необходимое для повышения его температуры на 1 градус.
 [42]

Вообще теплоемкость тела будет различной в зависимости от того, нагревается тело при постоянном объеме или при постоянном давлении.
 [43]

Изменение теплоемкости тел и переход от одного физического состояния к другому увеличивают или уменьшают коли чество теплоты. Имея это в виду, необходимо при определении теплоты вводить необходимые поправки.
 [44]

Измерение теплоемкостей тел проводится в калориметрах, наиболее простой из них ( калориметр смешения) изображен на рисунке 2.3. Калориметрический сосуд В с водой ( или иной жидкостью), снабженный термометром Т, помещен в другой сосуд А, отделенный воздушной прослойкой W. Для улучшения теплоизоляции и предохранения от испарения жидкости используется крышка / С — Калориметры характеризуются тепловым значением Н — количеством теплоты, необходимым для нагревания калориметра ( без жидкости), на 1 С.
 [45]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Количество теплоты

Внутренняя энергия тела может изменяться за счет работы внешних сил. Для характеристики изменения внутренней энергии при теплообмене вводится величина, называемая количеством теплоты и обозначаемая Q.

В международной системе единицей количества теплоты, также как работы и энергии, является джоуль: [Q] = [A] = [E] = 1 Дж.

На практике еще иногда применяется внесистемная единица количества теплоты – калория. 1 кал. = 4,2 Дж.

Следует отметить, что термин «количество теплоты» неудачен. Он был введен в то время, когда считалось, что в телах содержится некая невесомая, неуловимая жидкость – теплород. Процесс теплообмена, якобы, заключается в том, что теплород, переливаясь из одного тела в другое, переносит с собой и некоторое количество теплоты. Сейчас, зная основы молекулярно-кинетической теории строения вещества, мы понимаем, что теплорода в телах нет, механизм изменения внутренней энергии тела иной. Однако, сила традиций велика и мы продолжаем пользоваться термином, введенным на основе неверных представлений о природе теплоты. Вместе с тем, понимая природу теплообмена, не следует полностью игнорировать неверные представления о нем. Напротив, проводя аналогию между потоком тепла и потоком гипотетической жидкости теплорода, количеством теплоты и количеством теплорода, можно при решении некоторых классов задач наглядно представить протекающие процессы и верно решить задачи. В конце-концов, верные уравнения, описывающие процессы теплообмена, были в свое время получены на основе неверных представлений о теплороде, как носителе теплоты.

Рассмотрим более подробно процессы, которые могут протекать в результате теплообмена.

Нальем в пробирку немного воды и закроем ее пробкой. Подвесим пробирку к стержню, закрепленному в штативе, и подведем под нее открытое пламя. От пламени пробирка получает некоторое количество теплоты и температура жидкости, находящейся в ней, повышается. При повышении температуры внутренняя энергия жидкости увеличивается. Происходит интенсивный процесс ее парообразования. Расширяющиеся пары жидкости совершают механическую работу по выталкиванию пробки из пробирки.

Проведем еще один опыт с моделью пушки, изготовленной из отрезка латунной трубки, которая укреплена на тележке. С одной стороны трубка плотно закрыта эбонитовой пробкой, сквозь которую пропущена шпилька. К шпильке и трубке припаяны провода, оканчивающиеся клеммами, на которые может подаваться напряжение от осветительной сети. Модель пушки, таким образом, представляет собой разновидность электрического кипятильника.

Нальем в ствол пушки немного воды и закроем трубку резиновой пробкой. Подключим пушку к источнику тока. Электрический ток, проходя через воду, нагревает ее. Вода закипает, что приводит к ее интенсивному парообразованию. Давление водяных паров растет и, наконец, они совершают работу по выталкиванию пробки из ствола пушки.

Пушка, вследствие отдачи, откатывается в сторону, противоположную вылету пробки.

Оба опыта объединяют следующие обстоятельства. В процессе нагревания жидкости различными способами, температура жидкости и, соответственно, ее внутренняя энергия увеличивались. Для того, чтобы жидкость кипела и интенсивно испарялась, необходимо было продолжать ее нагревание.

Пары жидкости за счет своей внутренней энергии совершили механическую работу.

Исследуем зависимость количества теплоты, необходимой для нагревания тела, от его массы, изменения температуры и рода вещества. Для исследования данных зависимостей будем использовать воду и масло. (Для измерения температуры в опыте применяется электрический термометр, изготовленный из термопары, подключенной к зеркальному гальванометру. Один спай термопары опущен в сосуд с холодной водой для обеспечения постоянства его температуры. Другой спай термопары измеряет температуру исследуемой жидкости).

Опыт состоит из трех серий. В первой серии исследуется для постоянной массы конкретной жидкости (в нашем случае – воды) зависимость количества теплоты, необходимого для ее нагревания, от изменения температуры. О количестве теплоты, полученной жидкостью от нагревателя (электрической плитки), будем судить по времени нагревания, предполагая, что между ними существует прямо пропорциональная зависимость. Чтобы результат эксперимента соответствовал этому предположению, необходимо обеспечить стационарный поток тепла от электроплитки к нагреваемому телу. Для этого электроплитка была включена в сеть заранее, так чтобы к началу опыта температура ее поверхности перестала изменяться. Для более равномерного нагрева жидкости во время опыта, будем помешивать ее при помощи самой термопары. Будем фиксировать показания термометра через равные промежутки времени до тех пор, пока световой зайчик не дойдет до края шкалы.

Сделаем вывод: между количеством теплоты, необходимым для нагревания тела и изменением его температуры, существует прямая пропорциональная зависимость.

Во второй серии опытов будем сравнивать количества теплоты, необходимые для нагревания одинаковых жидкостей разной массы при изменении их температуры на одну и ту же величину.

Для удобства сравнения получаемых величин массу воды для второго опыта возьмем в два раза меньше, чем в первом опыте.

Вновь будем фиксировать показания термометра через равные промежутки времени.

Сравнивая результаты первого и второго опытов можно сделать следующие выводы.

В третьей серии опытов будем сравнивать количества теплоты, необходимые для нагревания равных масс различных жидкостей, при изменении их температуры на одну и ту же величину.

Будем нагревать на электроплитке масло, масса которого равна массе воды в первом опыте. Будем фиксировать показания термометра через равные промежутки времени.

Результат опыта подтверждает вывод о том, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, прямо пропорционально изменению его температуры и, кроме того, свидетельствует о зависимости этого количества теплоты от рода вещества.

Поскольку в опыте использовалось масло, плотность которого меньше плотности воды и для нагревания масла до некоторой температуры потребовалось меньшее количество теплоты, чем для нагревания воды, можно предположить, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от его плотности.

Чтобы проверить это предположение, будем одновременно нагревать на нагревателе постоянной мощности одинаковые массы воды, парафина и меди.

Через одно и то же время температура меди оказывается примерно в 10 раз, а парафина примерно в 2 раза выше температуры воды.

Но медь имеет большую, а парафин меньшую плотность, чем вода.

Опыт показывает, что величиной, характеризующей скорость изменения температуры веществ, из которых изготовлены тела, участвующие в теплообмене, является не плотность. Эта величина называется удельной теплоемкостью вещества и обозначается буквой c.

Для сравнения удельных теплоемкостей различных веществ служит специальный прибор. Прибор состоит из стоек, в которых крепится тонкая парафиновая пластинка и планка с пропущенными сквозь нее стержнями. На концах стержней укреплены алюминиевый, стальной и латунный цилиндры равной массы.

Нагреем цилиндры до одинаковой температуры, погрузив их в сосуд с водой, стоящий на горячей электроплитке. Закрепим горячие цилиндры на стойках и освободим их от крепления. Цилиндры одновременно прикасаются к парафиновой пластине и, плавя парафин, начинают погружаться в нее. Глубина погружения цилиндров одинаковой массы в парафиновую пластину, при изменении их температуры на одну и ту же величину, оказывается разной.

Опыт свидетельствует о том, что удельные теплоемкости алюминия, стали и латуни различны.

Проделав соответствующие опыты с плавлением твердых тел, парообразованием жидкостей, сгоранием топлива получаем следующие количественные зависимости.

Во всех формулах, позволяющих рассчитывать количество теплоты для различных тепловых процессов, стоят коэффициенты пропорциональности, называемые удельными величинами, то есть приходящимися на единицу других величин. Удельные величины являются характеристиками веществ, а не тел.

Чтобы получить единицы удельных величин, их надо выразить из соответствующих формул и в полученные выражения подставить единицы теплоты – 1 Дж, массы – 1 кг, а для удельной теплоемкости – и 1 К.

Получаем единицы: удельной теплоемкости – 1 Дж/кг·К, остальных удельных теплот: 1 Дж/кг.

Тест по физике для подготовки к ЕГЭ № 12

Тест по физике для подготовки к ЕГЭ № 12

1. Какой магнитной полюс появится у шляпки гвоздя, если к ней подносить магнит северным полюсом?

1. Северный.

2. Южный.

3. Никакой.

2. Как называют количество теплоты, которое требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1°C?

А. Удельной теплоемкостью.

Б. Удельной теплотой сгорания.

В. Удельной теплотой плавления.

Г. Удельной теплотой парообразования.

3. Как называют количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг?

А. Удельной теплоемкостью.

Б. Удельной теплотой сгорания.

В. Удельной теплотой плавления.

Г. Удельной теплотой парообразования.

4. Как называют количество теплоты, которое необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние?

А. Удельной теплоемкостью.

Б. Удельной теплотой сгорания.

В. Удельной теплотой плавления.

Г. Удельной теплотой парообразования.

Д. Удельной теплотой конденсации.

5. Как называют количество теплоты, которое необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры?

А. Удельной теплоемкостью.

Б. Удельной теплотой сгорания.

В. Удельной теплотой плавления.

Г. Удельной теплотой парообразования.

Д. Удельной теплотой конденсации.

6. Какое или какие из нижеприведённых утверждений не справедливы?

I. Передача энергии излучением может происходить и в вакууме.

II. В результате конвекции передача теплоты телом по всем направлениям одинаково.

III. В процессе обогревания комнаты нагревателем основную роль играет явление теплопроводности..

А. Только I.

B. Только II.

C. Только III.

D. I и III.

E. II и III.

7. Какое или какие из нижеприведённых утверждений справедливы?

I. Даже в безветренную погоду листья деревьев совершают незначительные колебания. Это объясняется существованием конвекционных потоков воздуха.

II. «Потемнение» цвета потолка над лампой накаливания объясняются тем, что конвекционные потоки воздуха от лампы к потолку увлекают с собой частицы пыли, которые потом оседают на потолке.

III. В состоянии невесомости свеча не горит, т.к. не происходит конвекция воздуха.

А. Только I

B. Только II

C. Только III

D. I, II и III

E. I и II.

8. На паспорте электроплитки имеется надпись: «0,55 кВт, 220 В». Чему равна сила тока при указанном напряжении?

1. 2,5 А

2. 58,4 А

3. 0,25 А

4. 5 А

8. Удельная теплоёмкость стали 460 Дж/(кг∙°С), а олова – 230 Дж/(кг∙°С). Если температура 4 кг олова уменьшится на 2°С, то количества теплоты, которое при этом выделится, будет достаточно, чтобы температура 2 кг стали увеличилась на …

1. 6 ⁰С

2. 4 ⁰С

3. 2 ⁰С

4. 3 ⁰С

8. На что расходуется энергия, подводимая к жидкости при кипении?

1. На образование пара

2. На повышение температуры жидкости

3. На повышение температуры пара

4. На образование и рост пузырьков пара

Температура и количество теплоты — Справочник химика 21

    Рассмотрим теперь сложный процесс, состоящий из прямого цикла машины Мх и обратного цикла машины М . Этот процесс представляет собой, очевидно, обратимый цикл, так как он состоит из двух обратимых циклов. Во время сложного процесса при температуре 0 теплота не изменяется, потому что теплота Qo, которая передана машиной уИ1 при температуре снова поглощается при этой же температуре машиной Мг. Однако во время цикла при температуре количество теплоты Q поглощается машиной Му, а при температуре 2 количество Q2 передается машине М2. Поэтому можно машины М[ и Мг, когда они работают совместно по описанному выше способу, рассматривать как единую обратимую циклическую машину, которая действует между температурами /1 и t2. А для такой машины согласно определению функции / [c.101]








    Передача теплоты вследствие теплопроводности происходит всегда в направлении уменьшения температуры. Количество теплоты, переносимое за единицу времени через произвольную изотермическую поверхность площадью Ру называется тепловым потоком Q. Тепловой поток, приходящийся на единицу площади изотермической поверхности, носит название плотно- [c.115]

    Важнейшей характеристикой любого топлива является его теплота сгорания (или энергоемкость). Теплотой сгорания (С) называют количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы массы (кг) жидкого и твердого топлива или единицы объема (м ) газообразного топлива, измеряемых при постоянных давлении и температуре. Количество теплоты измеряют джоулями (Дж). Длительное время пользовались калориями (кал). Соотношение между ними 1 кал =4,1867 Дл, 1 ккал = =4,1867 кДж [c.8]

    Уравнение (7) может быть использовано для систем, работающих на тепловой энергии, при определении эффективности цикла Карно (обратимого) в данном интервале температур. Количество теплоты, которое следует подвести к дистиллятору, представляет собой минимальную энергию, определяемую из кривых рис. Х1Х-5, деленную на эффективность цикла Карно. [c.542]

    В 1850 г. Клаузиус, пытаясь найти соотношение между количеством теплоты в изолированной системе и абсолютной температурой этой системы, ввел термин энтропия. Он показал, что при любых самопроизвольных изменениях энергии энтропия системы должна-увеличиваться. Этот принцип был назван вторым началом термодинамики. [c.108]

    В 60-х годах прошлого столетия Бертло, уже завоевавший известность как органик-синтетик (см. гл. 5), обратился к термохимии. Он разработал методику проведения химических реакций в замкнутых сосудах, погруженных в воду заданной температуры. Определив температуру этой воды в конце реакции, можно было установить, какое количество теплоты выделяется в ходе данной реакции. [c.109]

    Определить количество теплоты, уносимой огарком из печи, в которой в течение 1 ч сжигают колчедан массой 9 т, если выход огарка на 1000 кг колчедана составляет 750 кг и его температура 500 °С. Удельная теплоемкость огарка 1 кДж/(кГ К). [c.73]

    В более сложных задачах оптимизации, возникающих на практике, нашей целью может быть сведение к минимуму стоимости последовательности реакторов, зависящей некоторым, иногда весьма сложным образом от параметров процесса. Нри этом может оказаться необходимым учитывать уравнение теплового баланса, поскольку расходы на ведение процесса, очевидно, будут зависеть от температуры в реакторах и количества теплоты, которое следует отвести. Таким образом, расходы на ведение процесса и капитальные затраты будут некоторой функцией варьируемых параметров [c.197]

    Рассмотрим зернистый слой высотой х, имеющий температуру верхнего торца н нижнего торца причем > 2- При отсутствии конвективных потоков газа в слое установится одномерный тепловой поток д, определяемый коэффициентом теплопроводности >.оэ при линейном распределении температуры по высоте слоя. Примем далее, что в направлении, одинаковом с направлением теплового потока, движется поток газа (жидкости) -с массовой скоростью (7 распределение температуры по высоте слоя остается при этом неизменным и одинаковым для обеих фаз. Такое допущение оправдано, если основное количество теплоты передается теплопроводностью. Конвективный тепловой поток [c.108]

    В технике часто необходимо подводить (или отводить) теплоту к газу (жидкости), текущему по трубе, которая заполнена зернистым слоем. Примером могут служить контактные аппараты для проведения каталитических реакций и аппараты для термической переработки твердого топлива. Об ычно нужно знать распределение температур в самом зернистом слое и необходимый для отвода определенного количества теплоты размер поверхности теплообмена или (при заданной поверхности) разность м ежду средней температурой газа в трубе и температурой среды, омывающей трубу снаружи. [c.127]

    Прямое нагревание слоя включением его в электрическую цепь. Определение средней температуры на поверхности зерен в этом методе также представляет значительную трудность, поскольку основное количество теплоты выделяется в. местах контакта зерен между собой. [c.144]

    Теплота — это форма энергии. Температура — это условная мера теплового состояния. Если тепловая энергия подводится при разных условиях, то изменение температуры при одном и том же количестве теплоты может быть различным. [c.36]

    Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, требуемое для изменения температуры единицы массы или объема вещества на один градус. [c.45]

    Средней теплоемкостью называется отношение количества теплоты, получаемой или отдаваемой телом, к изменению его температуры. [c.45]

    При адсорбции на оксиде алюминия и силикагеле снижение температуры адсорбции способствует повышению поглотительной способности и увеличивает продолжительность фазы ад-со1)бции. Для них рекомендуется температура адсорбции не вы-и1б 30 °С. При осушке высоковлажного газа выделяется большое количество теплоты адсорбции. Для ее отвода рекомендуется применение охлаждающих змеевиков в слое адсорбента. При осушке на цеолите снижение температуры адсорбции вызывает уменьшение размеров входных окон н снижает поглотительную способность цеолитов. Нормальной температурой адсорбции для цеолитов считается 50—70 °С. [c.150]

    При расчете температурного поля пласта на входе в пласт (или на забое скважины) обычно задают постоянную температуру или полное количество теплоты, вносимой в пласт. Вопрос же об условиях на кровле и подошве пласта требует специального рассмотрения. [c.332]

    Рассмотрим случай, когда а 1. При этом входная температура существенно ниже средней температуры стенки Большое количество теплоты будет отводиться конвекцией, и так как величина А Г отрицательна то будет меньше единицы и им можно пренебречь. Уравнение (11-101, а) упростится [c.228]

    Отношение теплопередающих поверхностей составляет только 14,8, поэтому из промышленного аппарата через его поверхность можно удалить только в 14,8 1,28 = 19 раз больше теплоты. Стократное количество теплоты, таким образом, можно будет отвести только при условии установки дополнительного теплообменника или увеличения разности температур. Если исходить из обычного коэффициента увеличения масштаба К = 10, т. е. если расход питания будет увеличен только в 10 раз, то отклонения будут меньше. В этом случае получится  [c.236]

    Пример VI-4. Этилен в количестве 1 кмоль находится под давлением 50 ат и при температуре 40 °С (Г, = 313 К). Чему равно количество теплоты, необходимое для нагревания этого газа до температуры 80 °С (T a = 353 К) при данном постоянном давлении Мольная масса этилена Л1 = 28 кг/кмоль. [c.141]

    Среднюю мольную теплоемкость газов Ср можно рассчитать, пользуясь уравнением ( 1-14) (предназначенным для нахождения действительной мольной теплоемкости), но при значениях а, Ь, с и (1, данных в табл. 1-4 [8]. Мольная теплоемкость представляется как средняя для температур О и t° . При необходимости опреде-иить в пределах температур /2 и t нужно в соответствии с уравнением ( 1-13) вычислить количество теплоты Qp, при температурах от 0°С до /2 и Qp, при температурах от 0°С до и найти [c.143]

    Во многих сильно экзотермических процессах необходимо отводить очень большие количества теплоты, чтобы процесс проходил в условиях выгодного отдаления от состояния равновесия или чтобы избежать перегрева каталитической массы, которая теряет активность при излишне высоких температурах. Создание аппарата, в котором проходит экзотермическая реакция, в виде котла, производящего пар для нужд завода, позволило рационально использовать отводимую теплоту. [c.400]

    При разборе задач регенерации теплоты приводились схемы поверхностных теплообменников (рис. 1Х-34), применяемых в контактных аппаратах. Если в системе, состоящей из теплообменника и реактора, полное количество теплоты, необходимое для нагревания газов до заданной температуры перед входом в реактор, поставляется газом, покидающим реакционное пространство, то такая система будет автотермической (рис. 1Х-58). [c.402]

    Необходимость применения принципа технологической соразмерности может быть показана на примере процесса абсорбции газа жидкостью с одновременной сильно экзотермической реакцией. В этом случае развитие поверхности соприкосновения фаз, к которому обычно стремятся при проведении процессов такого типа, целесообразно только в определенных пределах. При возрастании скорости абсорбции увеличивается количество теплоты, выделяемой в единице объема аппарата, а следовательно, повышается температура системы (рис. 1Х-73,а). Вследствие увеличения температуры возрастает равновесное давление газа над жидкостью ро (рис. 1Х-73, б) и уменьшается движущая сила процесса р — ро-Таким образом, процесс будет протекать вдали от состояния равновесия. Изменение величины движущей силы с повышением температуры представлено на рис. 1Х-73, в. Скорость абсорбции возрастает с развитием поверхности соприкосновения фаз и увеличением температуры в соответствии с зависимостями, рассмотренными в разделе УИ1. Резюмируя, можно утверждать, что существует оптимальная величина поверхности соприкосновения фаз для определенных условий отвода теплоты Из системы при данном тепловом эффекте реакции, обеспечивающая максимальную скорость процесса (рис, 1Х-73,г). [c.422]

    Материальный баланс составляем на основе лабораторного анализа маточного раствора, известкового молока и потока питания системы (могут использоваться также данные исследований на установках большего масштаба). Затем проводим стехиометрические расчеты- для определения составов отдельных потоков. Имея материальный баланс и зная температуры, при которых должен проходить процесс, выполняем термохимические расчеты, чтобы установить количества теплоты, поглощаемые или выделяемые в ходе реакций. Далее составляем тепловой баланс системы. [c.428]

    Условием теплового подобия будет п-кратное увеличение потока теплоты, переносимого в слое катализатора и отводимого через стенку аппарата. При соблюдении идентичности распределений температур в модели и образце количество теплоты Qs, переносимое в слое катализатора, будет прямо пропорционально Хз, площади боковой поверхности реактора и обратно пропорционально диаметру аппарата  [c.468]

    В термодина.мике [8] показано, что температура Т является интегрирующим делителем элементарного количества теплоты dq, которое зависит от характера процесса и не является полным дифференциалом. В результате определяется полный дифференциал энтропии ds dq/T, являющейся функцией состояния. Это дает возможность записать уравнение первого закона тер.модинамики в виде [c.114]

    Теплоемкость. Для измерения количества теплоты, подводимой к га у (или отводимой от него), надо знать удельную теплоемкость газа. Удельной теплоемкостью (или просто теплоемкостью) называется количество теплоты, которое необходимо подвести к единице количества вещества (или отвести от него), чтобы повысить (или понизить) его температуру на один градус. [c.25]

    Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг жидкости, нагретой до температуры кипения, в 1 кг сухого насыщенного пара, называют теплотой парообразования. С увеличением давления теплота парообразования уменьшается. [c.33]

    Коэффициентом теплопроводности материала называется количество теплоты, проходящее в единицу времени через 1 его поверхности при толщине в 1 м и разности температур на противоположных поверхностях в I К. [c.36]

    Количество теплоты, передаваемое в единицу времени 1 стенки подсчитывается по формуле соответственно температуры жидкости и стенки. [c.38]

    Как видно из рис. IV, 5, в некотором интервале температур вещество поглощает значительно большее количество теплоты, чем то, которое соответствовало бы кривой теплоемкости при отсутствии пика. Эта дополнительная теплота связана с превращением второго рода, но она поглощается в некотором ин- [c.143]

    При этом оказывается, что некоторые величины можно измерить непосредствеино. Так, например, измеряются длины отрезков сравнением с отрезком, длина которого принята за единицу. То же относится ко времени, силе, температуре, количеству теплоты, числовые значения которых получаются неиосредственным сравнением с единицей времени, силы, температуры, и теплоты. [c.94]

    Изобарный потенциал реакции можно определить также через энтропию системы. Этот расчет основан на определении теплоемкости при разных температурах. Количество теплоты, которое поглощается тглом, равняется, как известно, произведению его теплоемкости на повышение температуры, т. е. [c.97]

    Это открытие было очень важно и практически полезно, но все же не давало возможности установить некую универсаль. ную связь между теплотой и температурой, независящую конкретного вещества. Если бы такая связь была установлена, то, измеряя соответствующие изменениям температуры количества теплоты (а это уже умели делать в конце ХУШв.), можно было бы построить единую универсальную шкалу темпе, ратур. [c.48]

    К счастью, установить правильные атомные веса можно и другими способами. Например, в 1818 г. французский химик Пьер Лун Дюлонг (1785—1838) и французский физик Алексис Терез Пти (1791—1820) определили атомный вес одного из таких элементов . Они обнаружили, что удельная теплоемкость элементов (количество теплоты, которое необходимо полвести к единице массы вещества, чтобы повысить его температуру на один градус) обратно П ропорцн-ональил атомному весу. Иными словами, если атомный вес элемента X вдвое больше атомного веса элемента у, то после поглощения одинаковыми весовыми количествами элементов одинакового количества тепла температура у повысится вдвое больше, чем температура X. Это и есть закон удельных теплоемкостей. [c.61]

    Реакторы можно классифицировать, например, по способу отведения теплоты. Если теплота остается в реакционной смеси, то реактор называется адиабатическим. Если же общее количество теплоты каким-либо способом отводится в окружающую среду и температура при этом остается постоянной (Т = onst), то реактор называется изотермическим. Во всех остальных случаях, когда часть теплоты отводится, а часть остается в реакторе, реакторы называют политропными.  [c.215]

    В изотермических реакторах образующееся или потребляемое количество теплоты каким-либо способом отводится или подвозится без изменения температуры в реакторе. Сначала рассмотрим экзотермические реакции. В этом случае отвод теплоты можно осуществить только за счет теплообмена, а = О и температура отводящей теплоту среды низкая. Разность температур продукта и отводящей теплоту среды А Г при этом незначительна. Изотермические реакции можно проводить только в непрерывнодействующих реакторах, так как в реакторах периодического действия скорость тенлопереноса должна изменяться в зависимости от времени, чтобы поддерживать постоянную температуру продукта. [c.223]

    С другой стороны, некоторые данные, приводимые в литературе, были определены для нагретого сырья в лабораторной установке непрерывного действия. Постоянная температура в реакционной зоне поддерживалась посредством наружной электрообмотки . Количество теплоты, сообщаемой на входе для поддержания постоянной температуры, измерялось электрическим ваттметром. Определяемая в этом случае теплота реакции является теплотой реакции в рабочих условиях. Эта величина обычно несколько превышает теплоту реакции в стандартных условиях. [c.41]

    Условная температура является интегрирующим делителем ди( х11еренциала количества теплоты, что позволяет считать величину dSy полным дифференциалом, а условную энтропию — функцией состояния Sy / (/7, Т) = f (v, Т). [c.116]

Богданов К.Ю. — учебник по физике для 10 класса

§ 29. КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ. УДЕЛЬНАЯ
ТЕПЛОЁМКОСТЬ, ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ И ПАРООБРАЗОВАНИЯ.

Количество теплоты – это энергия, получаемая телом,
которая приводит к росту его внутренней энергии и температуры. Наоборот, тела,
потерявшие какое-то количество теплоты, уменьшают свою внутреннюю энергию и
охлаждаются.

Внутреннюю энергию тела
можно изменить либо совершив работу над ним, либо изменив его температуру.
Процесс, при котором внутренняя энергия данного тела изменяется, но при этом
окружающие его тела не совершают над ним никакой работы, называют теплообменом
или теплопередачей. Так, теплообмен происходит между соприкасающимися
неодинаково нагретыми телами, в месте контакта которых молекулы более нагретого
тела передают часть своей кинетической энергии молекулам менее нагретого тела.
В результате теплообмена, часть внутренней энергии более нагретого тела
переходит к менее нагретому, и, в конце концов, их
температуры становятся равными.

Изменение внутренней
энергию, произошедшее при теплообмена, называют количеством
теплоты. Очевидно, что количество теплоты, Q, необходимое для изменения температуры
тела на Dt, должно быть пропорционально его
массе, m, что можно записать в виде:

 Q = cmDt,                                            (29.1)

где с – удельная
теплоёмкость вещества, из которого состоит тело. Удельная теплоёмкость
численно равна количеству теплоты, которое необходимо передать 1 кг вещества,
чтобы поднять его температуру на 1 ^оС. Единицей измерения
удельной теплоёмкости в СИ является Дж/(кг^.град).

Удельная теплоёмкость
зависит от свойств вещества. Отметим, что удельная теплоёмкость воды, 4,2 кДж/(кг^.град), гораздо выше
величин для других веществ. Так, удельная теплоёмкость воздуха – 1,0  кДж/(кг^.град),
дерева – 2,5 кДж/(кг^.град), железа – 0,5
кДж/(кг^.град), а песка – 0,8 кДж/(кг^.град).

Удельная теплоёмкость
зависит не только от типа вещества, но и от того, в каких условиях оно
находится. Например, если нагревать тело и давать ему возможность расширяться,
то часть количества теплоты, потратится на работу против сил, препятствующих
этому расширению. Поэтому удельная теплоёмкость в таких условиях будет больше,
чем в случае, когда нагрев тела не будет сопровождаться его расширением.

При плавлении,
кристаллизации, конденсации и парообразовании молекулы или атомы вещества
изменяют положение относительно друг друга, что сопровождается изменением
потенциальной энергии их взаимодействия, а значит, и внутренней энергии тела.
При этом кинетическая энергия молекул вещества остаётся постоянной, и поэтому
температура при переходе из одного агрегатного состояния в другое тоже остаётся
неизменной (см. рис.29). Таким образом, при переходе тела из одного агрегатного
состояния в другое оно либо требует определённое количество теплоты (плавление,
парообразование), либо отдаёт его в окружающую среду (при конденсации и
кристаллизации).

Количество теплоты Q, необходимое для того, чтобы
расплавить твёрдое кристаллическое тело, должно быть пропорционально массе m тела:

Q = lm  ,                                              (29.2) 

где l — удельная теплота плавления,
численно равная количеству теплоты, необходимому для превращения 1 кг твёрдого
кристаллического вещества при температуре плавления в жидкость той же
температуры. Отметим, что при отвердевании (кристаллизации) выделяется такое же
количество теплоты, какое поглощается при плавлении.

Количество теплоты r, необходимое
для превращения 1 кг жидкости при температуре кипения в пар той же температуры,
называют удельной теплотой парообразования. Поэтому количество теплоты Q, необходимое для испарения жидкости
массы m при температуре её кипения равно:

Q = rm 
.                                               (29.3) 

При
конденсации (образовании жидкости из пара) выделяется такое же количество теплоты,
какое поглощается при парообразовании.

Удельная теплота
плавления льда, 334 кДж/кг больше, чем у многих других веществ (у свинца – 23
кДж/кг, золота – 66 кДж/кг). Удельная теплота парообразования воды 2260
кДж/кг  тоже в 3-10 раз выше, чем у
других жидкостей (спирт, эфир, ртуть, керосин). Вода, обладая такими
уникальными свойствами и окружая нас со всех сторон (моря, океаны и пары в
атмосфере), стабилизирует климат на планете, сглаживая резкие изменения температуры.

Вопросы для
повторения:

·       
Что такое количество теплоты, и как оно связано с процессом
теплообмена между телами?

·       
Дайте определение удельной теплоёмкости, теплоте плавления и
парообразования вещества?

·       
Как изменяется внутренняя энергия при плавлении,
кристаллизации, парообразовании и конденсации?

·       
Какова роль воды в стабилизации температуры на Земле?

Рис. 29.
Зависимость температуры льда, а потом воды и пара от количества теплоты, подводимого
к телу.

Термины и определения

Главная » Тех. поддержка » Термины и определения

Отсутствие единой трактовки терминов часто является серьёзной помехой в работе. На этой странице нашего сайта мы разместили термины и их определения, раскрывающие понятия в области тепловой изоляции. Наша цель — предоставить отечественным Заказчикам, Проектировщикам, Партнерам и другим заинтересованным сторонам современную непротиворечивую терминологию в области тепловой изоляции, чтобы одно и то же понятие или один и тот же термин приобретали одинаковое значение для всех специалистов.

[1] Термин из учебника М.А. Михеев, И.М. Михеева. Основы теплопередачи. Москва, 1977. Коэффициент сопротивления диффузии водяного пара, μ – показывает, во сколько раз лучше материал сопротивляется проникновению водяного пара по сравнению с сухим воздухом. Чем больше μ, тем больше сопротивляемость материала к проникновению влажности и тем стабильнее теплопроводность на протяжении всего срока эксплуатации.

[4]  ГОСТ EN 12086-2011. Изделия теплоизоляционные, применяемые в строительстве. Метод определения характеристик паропроницаемости. Отношение паропроницаемости воздуха к паропроницаемости материала или рассматриваемого однородного изделия. Данное отношение характеризует относительное значение сопротивления изделия водяному пару и слоя воздуха равной толщины при той же температуре.

Линейный тепловой поток – это количество теплоты, которое проходит через один погонный метр длины объекта.

Максимальная рабочая температура — наиболее высокая температура, при которой теплоизоляционное изделие рекомендуемой толщины, предназначенное для конкретного применения, будет продолжать функционировать в установленных пределах эксплуатационных характеристик.

[2] СП 61.13330.2012 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003. Паропроницаемость, , мг/(м×ч×Па) — способность материала пропускать водяные пары, содержащиеся в воздухе, под действием разности их парциальных давлений на противоположных поверхностях слоя материала.

Паропроницаемость, , мг/(м×ч×Па) – это количество водяного пара, проходящего через 1 м² площади толщиной 1 м в течение 1 ч при разности давлений 1 Па. Чем меньше паропроницаемость, тем лучше теплоизоляционный материал. Паропроницаемость воздуха ≈ 0,625 мг/(м×ч×Па).

[3] ГОСТ 25898-2012 Материалы и изделия строительные. Методы определения паропроницаемости и сопротивления паропроницанию. Паропроницаемость — величина, численно равная количеству водяного пара в миллиграммах, проходящего за 1 ч через слой материала площадью 1 м и толщиной 1 м при условии, что температура воздуха у противоположных сторон слоя одинаковая, а разность парциальных давлений водяного пара равна 1 Па.

[4] ГОСТ EN 12086-2011. Изделия теплоизоляционные, применяемые в строительстве. Метод определения характеристик паропроницаемости. Паропроницаемость однородного изделия характеризует свойство материала и определяется как количество пара, проходящего в единицу времени через единицу площади образца при разности давления пара на лицевых гранях и толщине образца, равных единице.

[7] ГОСТ 31913-2011 (EN ISO 9229:2007) Материалы и изделия теплоизоляционные. Термины и определения. Пароизоляционный слой — слой, устраеваемый с целью предотвращения диффузии водяного пара.

[1] Термин из учебника М.А. Михеев, И.М. Михеева. Основы теплопередачи. Москва, 1977. Плотность теплового потока – тепловой поток, отнесенный к единице площади изотермической поверхности. 

Плотность теплового потока (удельный тепловой поток), q, Вт/м² – это количество теплоты, проходящее в единицу времени через единицу площади поверхности.

[6] ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. Плотность теплового потока — тепловой поток, проходящий через единицу площади.

[2] СП 61.13330.2012 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003. Плотность теплоизоляционного материала ρ, кг/м3, — величина, определяемая отношением массы материала ко всему занимаемому им объему, включая поры и пустоты.

[2] СП 61.13330.2012 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003. Покровный слой — элемент конструкции, устанавливаемый по наружной поверхности тепловой изоляции для защиты от механических повреждений и воздействия окружающей среды.

Рабочая температура – это максимальная температура рабочей среды, действующая при нормальном ходе технологического процесса без учета случайных кратковременных повышений.

Температура монтажа – это температура окружающей среды, при которой допустим монтаж тепловой изоляции.

[5] Термин из физического энциклопедического словаря (сокращение ФЭС). Тепловое излучение (температурное излучение) — электромагнитное излучение, испускаемое телом, находящимся в состоянии термодинамического равновесия (агрегатное состояние тела при этом не имеет значения).

[1] Термин из учебника М.А. Михеев, И.М. Михеева. Основы теплопередачи. Москва, 1977. Тепловой поток — количество теплоты, переносимое через какую-либо изотермическую поверхность в единицу времени.

Тепловой поток, Q, Вт – это количество теплоты, проходящее в единицу времени через произвольную изотермическую поверхность. 

[6] ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. Тепловой поток — количество теплоты, проходящее через образец в единицу времени.

[5] Термин из физического энциклопедического словаря (сокращение ФЭС). Тепловой поток — вектор, направленный в сторону, противоположную градиенту температуры, и равный по абс. величине количеству теплоты, проходящей через изотермич. поверхность в единицу времени.

[2] СП 61.13330.2012 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003. Теплоизоляционная конструкция — конструкция, состоящая из одного или нескольких слоев теплоизоляционного материала (изделия), защитно-покровного слоя и элементов крепления. В состав теплоизоляционной конструкции могут входить пароизоляционный, предохранительный и выравнивающий слои.

[5] Термин из физического энциклопедического словаря (сокращение ФЭС). Теплоотдача — теплообмен между поверхностью тела и окружающей средой. Теплоотдача может осуществляться конвективным теплообменом и лучистым теплообменом.

Коэффициент теплоотдачи, α, Вт/(м²×°С) измеряет количество теплоты уходящей с поверхности площадью 1 м² в течение 1 с при разности температур между поверхностью и окружающей средой в 1 °С.

Теплопередача – это теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними. Существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция, лучистый теплообмен.

[5] Термин из физического энциклопедического словаря (сокращение ФЭС). Теплопередача — 1) в широком смысле слова — процесс переноса теплоты; 2) процесс передачи теплоты от одной среды к другой через разделяющую их стенку.

[1] Термин из учебника М.А. Михеев, И.М. Михеева. Основы теплопередачи. Москва, 1977. Коэффициент теплопередачи — является количественной характеристикой процесса переноса тепла, значение которого определяет количество теплоты, переданное в единицу времени через единицу поверхности стенки от одной среду к другой при разности температур между ними в один градус. Физическая сторона сложного процесса теплопередачи всецело определяется явлениями теплопроводности, конвекции и теплового излучения, а коэффициент теплопередачи является лишь количественной, чисто расчетной характеристикой процесса.

[1] Термин из учебника М.А. Михеев, И.М. Михеева. Основы теплопередачи. Москва, 1977. Теплопроводностью называется перенос теплоты (или внутренней энергии) при непосредственном соприкосновении тел (или частей одного тела) с различной температурой. 

Теплопроводность – это процесс передачи тепла от одной своей части к другой в силу теплового движения молекул. Передача тепла в материале осуществляется кондукцией (путем контакта частиц материала).

[5] Термин из физического энциклопедического словаря (сокращение ФЭС). Теплопроводность — процесс распространения теплоты от более нагретых элементов тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температур.

Коэффициент теплопроводности, λ, Вт/(м×°С) – количество теплоты, проходящее в 1 с через 1 м² площади при разнице температур 1 °С. Чем меньше λ, тем лучше теплоизоляционные свойства материала. Коэффициент теплопроводности зависит от температуры материала, поэтому сравнивать между собой различные материалы по теплопроводности можно только при одинаковых температурах.

[1] Термин из учебника М.А. Михеев, И.М. Михеева. Основы теплопередачи. Москва, 1977. Коэффициент теплопроводности, λ, Вт/(м×°С). Коэффициент теплопроводности является физическим свойством вещества и характеризует его способность проводить теплоту. Значение коэффициента теплопроводности представляет собой количество теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

[6] ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. Стационарный тепловой режим — режим, при котором все рассматриваемые теплофизические параметры не меняются со временем.

Удельная теплоемкость | Безграничная физика

Тепловая мощность

Теплоемкость измеряет количество тепла, необходимое для повышения температуры объекта или системы на один градус Цельсия.

Цели обучения

Объясните энтальпию в системе с постоянным объемом и давлением

Основные выводы

Ключевые моменты

• Теплоемкость — это измеримая физическая величина, которая характеризует количество тепла, необходимое для изменения температуры вещества на заданную величину.Он измеряется в джоулях на Кельвин и выражается в.
• Теплоемкость — это обширное свойство, которое зависит от размера системы.
• Теплоемкость большинства систем непостоянна (хотя ее часто можно рассматривать как таковую). Это зависит от температуры, давления и объема рассматриваемой системы.

Ключевые термины

• теплоемкость : количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры объекта или единицы вещества на один градус Цельсия; в джоулях на кельвин (Дж / К).
• энтальпия : общее количество энергии в системе, включая внутреннюю энергию и энергию, необходимую для вытеснения окружающей среды

Тепловая мощность

Теплоемкость (обычно обозначается заглавной буквой C, часто с индексами) или теплоемкость — это измеримая физическая величина, которая характеризует количество тепла, необходимое для изменения температуры вещества на заданную величину. В единицах СИ теплоемкость выражается в джоулях на кельвин (Дж / К).

Теплоемкость объекта (обозначение C ) определяется как отношение количества тепловой энергии, переданной объекту, к результирующему увеличению температуры объекта.

[латекс] \ displaystyle {\ text {C} = \ frac {\ text {Q}} {\ Delta \ text {T}}.} [/ Latex]

Теплоемкость — это обширное свойство, поэтому она масштабируется в зависимости от размера системы. Образец, содержащий в два раза больше вещества, чем другой образец, требует передачи вдвое большего количества тепла (Q) для достижения такого же изменения температуры (ΔT).Например, если для нагрева блока железа требуется 1000 Дж, то для нагрева второго блока железа, масса которого в два раза больше массы первого, потребуется 2000 Дж.

Измерение теплоемкости

Тепловая мощность большинства систем непостоянна. Скорее, это зависит от переменных состояния исследуемой термодинамической системы. В частности, это зависит от самой температуры, а также от давления и объема системы, а также от способов изменения давлений и объемов при переходе системы от одной температуры к другой.Причина этого в том, что объемно-давление, выполняемое в системе, повышает ее температуру с помощью механизма, отличного от нагрева, в то время как работа «давление-объем», выполняемая системой, поглощает тепло, не повышая температуру системы. (Температурная зависимость объясняет, почему определение калории — это формально энергия, необходимая для нагрева 1 г воды с 14,5 до 15,5 ° C вместо обычно на 1 ° C.)

Таким образом, можно выполнять различные измерения теплоемкости, чаще всего при постоянном давлении и постоянном объеме.Измеренные таким образом значения обычно имеют нижний индекс (соответственно p и V) для обозначения определения. Газы и жидкости обычно также измеряются при постоянном объеме. Измерения при постоянном давлении дают более высокие значения, чем измерения при постоянном объеме, потому что значения постоянного давления также включают тепловую энергию, которая используется для выполнения работы по расширению вещества против постоянного давления при повышении его температуры. Эта разница особенно заметна для газов, где значения при постоянном давлении обычно составляют от 30% до 66.На 7% больше, чем при постоянной громкости.

Термодинамические соотношения и определение теплоемкости

Внутренняя энергия замкнутой системы изменяется либо за счет добавления тепла в систему, либо из-за того, что система выполняет работу. Вспоминая первый закон термодинамики,

.

[латекс] \ text {dU} = \ delta \ text {Q} — \ delta \ text {W} [/ latex].

За работу в результате увеличения объема системы можем написать:

[латекс] \ text {dU} = \ delta \ text {Q} — \ text {PdV} [/ latex].

Если тепло добавляется при постоянном объеме, то второй член этого соотношения исчезает, и легко получается

[латекс] \ displaystyle {\ left (\ frac {\ partial \ text {U}} {\ partial \ text {T}} \ right) _ {\ text {V}} = \ left (\ frac {\ partial \ text {Q}} {\ partial \ text {T}} \ right) _ {\ text {V}} = \ text {C} _ {\ text {V}}} [/ latex].

Это определяет теплоемкость при постоянном объеме , C _V . Еще одна полезная величина — теплоемкость при постоянном давлении , C _P .При энтальпии системы из

[латекс] \ text {H} = \ text {U} + \ text {PV} [/ latex],

наше уравнение для d U меняется на

[латекс] \ text {dH} = \ delta \ text {Q} + \ text {VdP} [/ latex],

и, следовательно, при постоянном давлении имеем

[латекс] (\ frac {\ partial \ text {H}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {P}} = (\ frac {\ partial \ text {Q}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {P}} = \ text {C} _ {\ text {P}} [/ latex].

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость — это интенсивное свойство, которое описывает, сколько тепла необходимо добавить к определенному веществу, чтобы повысить его температуру.

Цели обучения

Обобщите количественную взаимосвязь между теплопередачей и изменением температуры

Основные выводы

Ключевые моменты

• В отличие от общей теплоемкости, удельная теплоемкость не зависит от массы или объема. Он описывает, сколько тепла необходимо добавить к единице массы данного вещества, чтобы повысить его температуру на один градус Цельсия. Единицы измерения удельной теплоемкости — Дж / (кг ° C) или эквивалентно Дж / (кг · K).
• Теплоемкость и удельная теплоемкость связаны соотношением C = см или c = C / м.
• Масса m, удельная теплоемкость c, изменение температуры ΔT и добавленное (или вычитаемое) тепло Q связаны уравнением: Q = mcΔT.
• Значения удельной теплоемкости зависят от свойств и фазы данного вещества. Поскольку их нелегко рассчитать, они измеряются эмпирическим путем и доступны для справки в таблицах.

Ключевые термины

• удельная теплоемкость : Количество тепла, которое должно быть добавлено (или удалено) из единицы массы вещества, чтобы изменить его температуру на один градус Цельсия.Это интенсивное свойство.

Удельная теплоемкость

Теплоемкость — это обширное свойство, которое описывает, сколько тепловой энергии требуется для повышения температуры данной системы. Однако было бы довольно неудобно измерять теплоемкость каждой единицы вещества. Нам нужно интенсивное свойство, которое зависит только от типа и фазы вещества и может быть применено к системам произвольного размера. Эта величина известна как удельная теплоемкость (или просто удельная теплоемкость), которая представляет собой теплоемкость на единицу массы материала.Эксперименты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов: (1) изменения температуры, (2) массы системы и (3) вещества и фазы вещества. Последние два фактора заключены в значении удельной теплоемкости.

Теплопередача и удельная теплоемкость : Тепло Q, передаваемое для изменения температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также от вещества и фазы. (а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры.Чтобы удвоить изменение температуры массы m, вам нужно добавить в два раза больше тепла. (б) Количество переданного тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, вам нужно добавить в два раза больше тепла. (c) Количество передаваемого тепла зависит от вещества и его фазы. Если требуется количество тепла Q, чтобы вызвать изменение температуры ΔT в данной массе меди, потребуется в 10,8 раз больше тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в той же массе воды, при условии отсутствия фазовых изменений ни в одном из веществ.

Удельная теплоемкость : В этом уроке тепло связано с изменением температуры. Мы обсуждаем, как количество тепла, необходимое для изменения температуры, зависит от массы и задействованного вещества, и эта взаимосвязь представлена ​​удельной теплоемкостью вещества C.

Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. Поскольку (средняя) кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и количеству атомов или молекул.Поскольку переданное тепло равно изменению внутренней энергии, тепло пропорционально массе вещества и изменению температуры. Передаваемое тепло также зависит от вещества, так что, например, количество тепла, необходимое для повышения температуры, меньше для спирта, чем для воды. Для одного и того же вещества передаваемое тепло также зависит от фазы (газ, жидкость или твердое тело).

Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры включает все три фактора:

[латекс] \ text {Q} = \ text {mc} \ Delta \ text {T} [/ latex],

где Q — символ теплопередачи, m — масса вещества, а ΔT — изменение температуры.Символ c обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы.

Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ° C. Удельная теплоемкость c — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг⋅К) или Дж / (кг⋅К). Напомним, что изменение температуры (ΔT) одинаково в единицах кельвина и градусов Цельсия. Обратите внимание, что общая теплоемкость C — это просто произведение удельной теплоемкости c и массы вещества m, i.е.,

[латекс] \ text {C} = \ text {mc} [/ latex] или [латекс] \ text {c} = \ frac {\ text {C}} {\ text {m}} = \ frac {\ текст {C}} {\ rho \ text {V}} [/ latex],

где ϱ — плотность вещества, а V — его объем.

Значения удельной теплоемкости обычно необходимо искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить. Вместо этого они измеряются эмпирически. Как правило, удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице ниже приведены типичные значения теплоемкости для различных веществ.За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая. Удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, и в десять раз больше, чем у железа, что означает, что для повышения температуры воды на такое же количество тепла требуется в пять раз больше тепла, чем у стекла, и в десять раз больше тепла для повышения температуры. воды как для железа. Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельной теплоемкости из всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Удельная теплоемкость : Указана удельная теплоемкость различных веществ.Эти значения идентичны в единицах кал / (г⋅C) .3. cv при постоянном объеме и при 20,0 ° C, если не указано иное, и при среднем давлении 1,00 атм. В скобках указаны значения cp при постоянном давлении 1,00 атм.

Калориметрия

Калориметрия — это измерение теплоты химических реакций или физических изменений.

Цели обучения

Проанализировать взаимосвязь между газовой постоянной для получения идеального выхода газа и объемом

Основные выводы

Ключевые моменты

• Калориметр используется для измерения тепла, выделяемого (или поглощаемого) в результате физических изменений или химической реакции.Наука об измерении этих изменений известна как калориметрия.
• Для проведения калориметрии очень важно знать удельную теплоемкость измеряемых веществ.
• Калориметрия может выполняться при постоянном объеме или постоянном давлении. Тип выполняемого расчета зависит от условий эксперимента.

Ключевые термины

• Калориметр постоянного давления : прибор, используемый для измерения тепла, выделяемого во время изменений, не связанных с изменениями давления.
• калориметр : Устройство для измерения тепла, выделяемого или поглощаемого в результате химической реакции, изменения фазы или какого-либо другого физического изменения.
• Калориметр постоянного объема : прибор, используемый для измерения тепла, выделяемого во время изменений, не связанных с изменением объема.

Калориметрия

Обзор

Калориметрия — это наука об измерении теплоты химических реакций или физических изменений. Калориметрия выполняется калориметром.Простой калориметр состоит из термометра, прикрепленного к металлическому контейнеру с водой, подвешенному над камерой сгорания. Слово калориметрия происходит от латинского слова calor , что означает тепло. Шотландский врач и ученый Джозеф Блэк, который первым осознал разницу между теплом и температурой, считается основоположником калориметрии.

Калориметрия требует, чтобы нагреваемый материал имел известные тепловые свойства, то есть удельную теплоемкость.Классическое правило, признанное Клаузиусом и Кельвином, состоит в том, что давление, оказываемое калориметрическим материалом, полностью и быстро определяется исключительно его температурой и объемом; это правило применяется для изменений, не связанных с фазовым переходом, таких как таяние льда. Есть много материалов, которые не соответствуют этому правилу, и для них требуются более сложные уравнения, чем приведенные ниже.

Ледяной калориметр : первый в мире ледяной калориметр, использованный зимой 1782-83 гг. Антуаном Лавуазье и Пьером-Симоном Лапласом для определения тепла, выделяющегося при различных химических изменениях; расчеты, основанные на предыдущем открытии скрытой теплоты Джозефом Блэком.Эти эксперименты составляют основу термохимии.

Базовая калориметрия при постоянном значении

Калориметрия постоянного объема — это калориметрия, выполняемая при постоянном объеме. Это предполагает использование калориметра постоянного объема (один из типов называется калориметром бомбы). Для калориметрии постоянного объема:

[латекс] \ delta \ text {Q} = \ text {C} _ {\ text {V}} \ Delta \ text {T} = \ text {mc} _ {\ text {V}} \ Delta \ text {T} [/ латекс]

, где δQ — приращение тепла, полученного образцом, C _V — теплоемкость при постоянном объеме, c _v — удельная теплоемкость при постоянном объеме, а ΔT — изменение температуры.

Измерение изменения энтальпии

Чтобы найти изменение энтальпии на массу (или на моль) вещества A в реакции между двумя веществами A и B, вещества добавляются в калориметр, а начальная и конечная температуры (до начала реакции и после ее завершения) ) отмечены. Умножение изменения температуры на массу и удельную теплоемкость веществ дает значение энергии, выделяемой или поглощаемой во время реакции:

[латекс] \ delta \ text {Q} = \ Delta \ text {T} (\ text {m} _ {\ text {A}} \ text {c} _ {\ text {A}} + \ text { m} _ {\ text {B}} \ text {c} _ {\ text {B}}) [/ latex]

Разделение изменения энергии на количество присутствующих граммов (или молей) A дает изменение энтальпии реакции.Этот метод используется в основном в академическом обучении, поскольку он описывает теорию калориметрии. Он не учитывает потери тепла через контейнер или теплоемкость термометра и самого контейнера. Кроме того, объект, помещенный внутри калориметра, показывает, что объекты передают свое тепло калориметру и жидкости, а тепло, поглощаемое калориметром и жидкостью, равно теплу, отдаваемому металлами.

Калориметрия постоянного давления

Калориметр постоянного давления измеряет изменение энтальпии реакции, протекающей в растворе, в течение которой атмосферное давление остается постоянным.Примером может служить калориметр кофейной чашки, который состоит из двух вложенных друг в друга чашек из пенополистирола и крышки с двумя отверстиями, в которую можно вставить термометр и стержень для перемешивания. Внутренняя чашка содержит известное количество растворенного вещества, обычно воды, которое поглощает тепло от реакции. Когда происходит реакция, внешняя чашка обеспечивает изоляцию. Тогда

[латекс] \ text {C} _ {\ text {P}} = \ frac {\ text {W} \ Delta \ text {H}} {\ text {M} \ Delta \ text {T}} [/ латекс]

где C _p — удельная теплоемкость при постоянном давлении, ΔH — энтальпия раствора, ΔT — изменение температуры, W — масса растворенного вещества, а M — молекулярная масса растворенного вещества.Измерение тепла с помощью простого калориметра, такого как калориметр для кофейной чашки, является примером калориметрии постоянного давления, поскольку давление (атмосферное давление) остается постоянным во время процесса. Калориметрия постоянного давления используется для определения изменений энтальпии, происходящих в растворе. В этих условиях изменение энтальпии равно теплоте (Q = ΔH).

Удельная теплоемкость идеального газа при постоянном давлении и объеме

Идеальный газ имеет различную удельную теплоемкость при постоянном объеме или постоянном давлении.

Цели обучения

Объясните, как рассчитать индекс адиабаты

Основные выводы

Ключевые моменты

• Удельная теплоемкость газа при постоянном объеме задается как [латекс] (\ frac {\ partial \ text {U}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}} = \ text {c} _ {\ text {v}} [/ latex].
• Удельная теплоемкость идеального газа при постоянном давлении определяется как [latex] (\ frac {\ partial \ text {H}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}} = \ text {c} _ {\ text {p}} = \ text {c} _ {\ text {v}} + \ text {R} [/ latex].
• Коэффициент теплоемкости (или индекс адиабаты) — это отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме.

Ключевые термины

• Фундаментальное термодинамическое соотношение : В термодинамике фундаментальное термодинамическое соотношение выражает бесконечно малое изменение внутренней энергии в терминах бесконечно малых изменений энтропии и объема для замкнутой системы, находящейся в тепловом равновесии, следующим образом: dU = TdS-PdV. Здесь U — внутренняя энергия, T — абсолютная температура, S — энтропия, P — давление, V — объем.
• Индекс адиабаты : Отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме.
• удельная теплоемкость : Отношение количества тепла, необходимого для повышения температуры единицы массы вещества на единицу градуса, к количеству тепла, необходимому для повышения температуры той же массы воды на такое же количество.

Удельная теплоемкость идеального газа при постоянном давлении и объеме

Теплоемкость при постоянном объеме nR = 1 Дж · К ⁻¹ любого газа, включая идеальный газ, составляет:

[латекс] (\ frac {\ partial \ text {U}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}} = \ text {c} _ {\ text {v}} [/ латекс]

Это безразмерная теплоемкость при постоянном объеме; обычно это функция температуры из-за межмолекулярных сил.При умеренных температурах постоянная для одноатомного газа c _v = 3/2, а для двухатомного газа c _v = 5/2 (см.). Макроскопические измерения теплоемкости дают информацию о микроскопической структуре молекул.

Молекулярные внутренние колебания : Когда газ нагревается, поступательная киентная энергия молекул в газе увеличивается. Кроме того, молекулы газа могут улавливать множество характерных внутренних колебаний. Потенциальная энергия, накопленная в этих внутренних степенях свободы, вносит вклад в удельную теплоемкость газа.

Теплоемкость при постоянном давлении 1 Дж · К ⁻¹ идеальный газ составляет:

[латекс] (\ frac {\ partial \ text {H}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}} = \ text {c} _ {\ text {p}} = \ текст {c} _ {\ text {v}} + \ text {R} [/ latex]

где H = U + pV — энтальпия газа.

Измерение теплоемкости при постоянном объеме может быть чрезвычайно трудным для жидкостей и твердых тел. То есть небольшие изменения температуры обычно требуют большого давления для поддержания постоянного объема жидкости или твердого вещества (это означает, что содержащий сосуд должен быть почти жестким или, по крайней мере, очень прочным).Легче измерить теплоемкость при постоянном давлении (позволяющем материалу свободно расширяться или сжиматься) и определить теплоемкость при постоянном объеме, используя математические соотношения, выведенные из основных законов термодинамики.

Используя фундаментальную термодинамическую связь, мы можем показать:

[латекс] \ text {C} _ {\ text {p}} — \ text {C} _ {\ text {V}} = \ text {T} (\ frac {\ partial \ text {P}} { \ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}, \ text {N}} (\ frac {\ partial \ text {V}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text { p}, \ text {N}} [/ latex]

, где частные производные взяты при постоянном объеме и постоянном количестве частиц, а также при постоянном давлении и постоянном количестве частиц, соответственно.

Коэффициент теплоемкости или показатель адиабаты — это отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме. Иногда его также называют коэффициентом изоэнтропического расширения:

.

[латекс] \ gamma = \ frac {\ text {C} _ {\ text {P}}} {\ text {C} _ {\ text {V}}} = \ frac {\ text {c} _ { \ text {p}}} {\ text {c} _ {\ text {v}}} [/ latex]

Для идеального газа оценка приведенных выше частных производных в соответствии с уравнением состояния, где R — газовая постоянная для идеального газа, дает:

[латекс] \ text {pV} = \ text {RT} [/ латекс]

[латекс] \ text {C} _ {\ text {p}} — \ text {C} _ {\ text {V}} = \ text {T} (\ frac {\ partial \ text {P}} { \ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}} (\ frac {\ partial \ text {V}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {p}} [/ latex ]

[латекс] \ text {C} _ {\ text {p}} — \ text {C} _ {\ text {V}} = — \ text {T} (\ frac {\ partial \ text {P}} {\ partial \ text {V}}) _ {\ text {V}} (\ frac {\ partial \ text {V}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {p}} ^ { 2} [/ латекс]

[латекс] \ text {P} = \ frac {\ text {RT}} {\ text {V}} \ text {n} \ to (\ frac {\ partial \ text {P}} {\ partial \ text {V}}) _ {\ text {T}} = \ frac {- \ text {RT}} {\ text {V} ^ {2}} = \ frac {- \ text {P}} {\ text { V}} [/ латекс]

[латекс] \ text {V} = \ frac {\ text {RT}} {\ text {P}} \ text {n} \ to (\ frac {\ partial \ text {V}} {\ partial \ text {T}}) ^ {2} _ {\ text {p}} = \ frac {\ text {R} ^ {2}} {\ text {P} ^ {2}} [/ latex]

заменяющий:

[латекс] — \ text {T} (\ frac {\ partial \ text {P}} {\ partial \ text {V}}) _ {\ text {V}} (\ frac {\ partial \ text {V }} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {p}} ^ {2} = — \ text {T} \ frac {- \ text {P}} {\ text {V}} \ frac {\ text {R} ^ {2}} {\ text {P} ^ {2}} = \ text {R} [/ latex]

Это уравнение сводится просто к тому, что известно как соотношение Майера:

Юлиус Роберт Майер : Юлиус Роберт фон Майер (25 ноября 1814 г. — 20 марта 1878 г.), немецкий врач и физик, был одним из основоположников термодинамики.Он известен прежде всего тем, что в 1841 году сформулировал одно из первоначальных заявлений о сохранении энергии (или то, что сейчас известно как одна из первых версий первого закона термодинамики): «Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. В 1842 году Майер описал жизненно важный химический процесс, который теперь называют окислением, как основной источник энергии для любого живого существа. Его достижения не были замечены, и заслуга в открытии механического эквивалента тепла была приписана Джеймсу Джоулю в следующем году.фон Майер также предположил, что растения превращают свет в химическую энергию.

[латекс] \ text {C} _ {\ text {P}} — \ text {C} _ {\ text {V}} = \ text {R} [/ latex].

Это простое уравнение, связывающее теплоемкость при постоянной температуре и при постоянном давлении.

Решение задач калориметрии

Калориметрия используется для измерения количества тепла, выделяемого или потребляемого в химической реакции.

Цели обучения

Объясните, что калориметр бомбы используется для измерения тепла, выделяемого в реакции горения

Основные выводы

Ключевые моменты

• Калориметрия используется для измерения количества тепла, передаваемого веществу или от него.
• Калориметр — это устройство, используемое для измерения количества тепла, участвующего в химическом или физическом процессе.
• Это означает, что количество тепла, производимого или потребляемого в реакции, равно количеству тепла, поглощаемого или теряемого раствором.

Ключевые термины

• теплота реакции : изменение энтальпии в химической реакции; количество тепла, которое система отдает своему окружению, чтобы она могла вернуться к исходной температуре.
• горение : Процесс, в котором два химических вещества объединяются для получения тепла.

Калориметры

предназначены для минимизации обмена энергией между исследуемой системой и ее окружением. Они варьируются от простых калориметров для кофейных чашек, используемых студентами начального курса химии, до сложных калориметров-бомб, используемых для определения энергетической ценности пищи.

Калориметрия используется для измерения количества тепла, передаваемого веществу или от него. Для этого происходит обмен тепла с калиброванным объектом (калориметром).Изменение температуры измерительной части калориметра преобразуется в количество тепла (поскольку предыдущая калибровка использовалась для определения его теплоемкости). Измерение теплопередачи с использованием этого подхода требует определения системы (вещества или веществ, подвергающихся химическому или физическому изменению) и ее окружения (других компонентов измерительного устройства, которые служат либо для обеспечения теплом системы, либо для поглощения тепла от система). Знание теплоемкости окружающей среды и тщательные измерения масс системы и окружающей среды, а также их температуры до и после процесса позволяют рассчитать передаваемое тепло, как описано в этом разделе.

Калориметр — это устройство, используемое для измерения количества тепла, участвующего в химическом или физическом процессе. Например, когда в растворе в калориметре происходит экзотермическая реакция, тепло, выделяемое в результате реакции, поглощается раствором, что увеличивает его температуру. Когда происходит эндотермическая реакция, необходимое тепло поглощается тепловой энергией раствора, что снижает его температуру. Затем изменение температуры, а также удельная теплоемкость и масса раствора можно использовать для расчета количества тепла, задействованного в любом случае.

Калориметры кофейных чашек

Студенты-общехимики часто используют простые калориметры, изготовленные из полистирольных стаканчиков. Эти простые в использовании калориметры типа «кофейная чашка» обеспечивают больший теплообмен с окружающей средой и, следовательно, дают менее точные значения энергии.

Устройство калориметра постоянного объема (или «бомбы»)

Калориметр бомбы : Это изображение типичной установки калориметра бомбы.

Калориметр другого типа, который работает с постоянным объемом, в просторечии известный как калориметр бомбы, используется для измерения энергии, производимой реакциями, которые дают большое количество тепла и газообразных продуктов, таких как реакции горения.(Термин «бомба» происходит из наблюдения, что эти реакции могут быть достаточно интенсивными, чтобы напоминать взрывы, которые могут повредить другие калориметры.) Этот тип калориметра состоит из прочного стального контейнера («бомба»), который содержит реагенты и сам является погружен в воду. Образец помещается в бомбу, которая затем заполняется кислородом под высоким давлением. Для воспламенения образца используется небольшая электрическая искра. Энергия, произведенная в результате реакции, улавливается стальной бомбой и окружающей водой.Повышение температуры измеряется и, наряду с известной теплоемкостью калориметра, используется для расчета энергии, производимой в результате реакции. Калориметры бомбы требуют калибровки для определения теплоемкости калориметра и обеспечения точных результатов. Калибровка выполняется с использованием реакции с известным q, например измеренного количества бензойной кислоты, воспламененного искрой от никелевой плавкой проволоки, которая взвешивается до и после реакции. Изменение температуры, вызванное известной реакцией, используется для определения теплоемкости калориметра.Калибровка обычно выполняется каждый раз перед использованием калориметра для сбора данных исследования.

Пример: идентификация металла путем измерения удельной теплоемкости

Кусок металла весом 59,7 г, который был погружен в кипящую воду, был быстро перенесен в 60,0 мл воды с исходной температурой 22,0 ° C. Конечная температура составляет 28,5 ° C. Используйте эти данные, чтобы определить удельную теплоемкость металла. Используйте этот результат, чтобы идентифицировать металл.

Решение

Предполагая идеальную теплопередачу, тепло, выделяемое металлом, является отрицательной величиной тепла, поглощаемого водой, или:

[латекс] \ text {q} _ {\ text {metal}} = — \ text {q} _ {\ text {water}} [/ latex]

В развернутом виде это:

[латекс] \ text {c} _ {\ text {metal}} \ times \ text {m} _ {\ text {metal}} \ times \ left (\ text {T} _ {\ text {f, металл }} — \ text {T} _ {\ text {i, metal}} \ right) = \ text {c} _ {\ text {water}} \ times \ text {m} _ {\ text {water}} \ times \ left (\ text {T} _ {\ text {f, water}} — \ text {T} _ {\ text {i, water}} \ right) [/ latex]

Отметив, что, поскольку металл был погружен в кипящую воду, его начальная температура была 100.{\ text {o}} \ text {C} [/ latex]

Наша экспериментальная удельная теплоемкость наиболее близка к значению для меди (0,39 Дж / г ° C), поэтому мы идентифицируем металл как медь.

Теплоемкость и вода

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

Теплоемкость воды частично отвечает за мягкий климат вдоль юго-западного побережья Англии. Есть пляжи, как на пляже Порткресса в Силли, где растут тропические растения.

Кредит: Викимедиа

Удельная теплоемкость определяется количеством тепла, которое необходимо для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия (° C). Вода имеет высокую удельную теплоемкость, которую мы будем называть просто «теплоемкостью», что означает, что для повышения температуры воды требуется больше энергии по сравнению с другими веществами. Вот почему вода важна для промышленности и в радиаторе вашего автомобиля в качестве охлаждающей жидкости. Высокая теплоемкость воды также помогает регулировать скорость изменения температуры воздуха, поэтому изменение температуры между сезонами происходит постепенно, а не внезапно, особенно вблизи океанов.

Эта же концепция может быть расширена до мирового масштаба. Океаны и озера помогают регулировать диапазоны температур, с которыми сталкиваются миллиарды людей в своих городах. Вода, окружающая город или близлежащая к нему, нагревается и остывает дольше, чем суша, поэтому в городах около океанов, как правило, будут меньше изменений и менее экстремальные температуры, чем в городах внутри страны. Это свойство воды — одна из причин, почему штаты на побережье и в центре Соединенных Штатов могут так сильно различаться в температурных режимах.В штате Среднего Запада, таком как Небраска, зима будет холоднее, а лето жарче, чем в Орегоне, который находится на более высоких широтах, но расположен рядом с Тихим океаном.

Если вы оставите ведро с водой на улице летом на солнце, оно непременно нагреется, но не настолько, чтобы сварить яйцо. Но если в августе вы пройдете босиком по черному асфальту улицы в южной части Соединенных Штатов, вы обожжете себе ноги. Если в августовский день уронить яйцо на металл капота моей машины, получится яичница.Металлы имеют гораздо меньшую удельную теплоемкость, чем вода. Если вы когда-либо держались за иглу и вставляли другой конец в огонь, вы знаете, как быстро игла нагревается и как быстро тепло передается по длине иглы к вашему пальцу. Не так с водой.

Почему важна теплоемкость

Кредит: LENA15 | pixabay.com

Высокая теплоемкость воды во многом помогает регулировать экстремальные условия окружающей среды. Например, рыбки в этом пруду действительно счастливы, потому что теплоемкость воды в пруду означает, что температура воды будет оставаться примерно одинаковой днем ​​и ночью.Им не нужно беспокоиться о том, чтобы включить кондиционер или надеть шерстяные перчатки. (Также, для счастливой рыбы, посетите нашу страницу Растворенный кислород .)

К счастью для меня, тебя и рыб в пруду справа, вода действительно обладает очень высокой теплоемкостью. Одно из самых важных свойств воды — это то, что ей требуется много тепла, чтобы она стала горячей. Точнее, вода должна поглотить 4 184 джоулей тепла (1 калория), чтобы температура одного килограмма воды повысилась на 1 ° C.Для сравнения: чтобы поднять 1 килограмм меди на 1 ° C, требуется всего 385 Джоулей тепла.

Если вы хотите узнать больше о теплоемкости даже на молекулярном уровне, посмотрите это видео об удельной теплоемкости воды от Khan Academy.

Урок химии: теплоемкость и удельная теплоемкость

[См. Сопутствующие практические проблемы по теплоемкости и удельной теплоемкости здесь.]

Температура против тепла

Температура — Средняя энергия движущихся отдельных частиц.

• Например, температура чашки кофе — это средняя энергия всех присутствующих частиц. Некоторые частицы имеют меньше энергии и движутся медленнее, в то время как другие имеют больше энергии и движутся быстрее, но температура измеряется в среднем.

Heat — Полная энергия движущихся отдельных частиц.

• Рассмотрим приведенный выше пример с кофейной чашкой. В то время как температура — это средняя энергия частиц, тепло — это полная энергия всех частиц.Другими словами, это сумма энергии каждой из частиц вместе взятых.

Подумайте об этом так: чашка горячего кофе и ложка одного и того же кофе могут иметь одинаковую температуру, но они имеют очень разную температуру. Ложка имеет значительно меньше тепла, и если ее выпить, она не будет гореть почти так же плохо, как чашка кофе с большим количеством тепла, несмотря на то, что она имеет ту же температуру.

Тепло

Теплота часто выражается в калориях (кал) или джоулях (Дж).

Калория — это количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 ° C. (1 кал ≈ 4,184 Дж)

Пищевая калория (Cal — обратите внимание на заглавную C), которую вы можете увидеть на пакете чипсов или шоколадном батончике, равна 1000 кал или 1 ккал.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость — количество тепла, необходимое для изменения температуры одного грамма вещества на 1 ° C. (Также называется удельной теплоемкостью для краткости.)

Несколько примеров удельной теплоемкости приведены ниже:

Это означает, что для повышения температуры 1 грамма серебра на 1 ° C требуется 0,235 Дж.Для сравнения, для повышения температуры 1 грамма алюминия на 1 ° C требуется 0,903 Дж. Это означает, что если бы одинаковое количество тепла было приложено как к серебру, так и к алюминию, серебро повысилось бы в температуре на большую величину, чем алюминий, потому что серебро имеет более низкую удельную теплоемкость.

Мы можем связать тепло (q), массу (м), удельную теплоемкость (C) и изменение температуры (ΔT) с помощью уравнения: q = m × C × ΔT. ΔT определяется как конечная температура минус начальная температура, или T _{конечная} — T _{исходная} .

Пример

Рассчитайте количество тепла, выделяемого при охлаждении 7,40 г воды с 49 ° до 28 ° C.

Задача просит решить для тепла (q). Мы знаем, что масса (m) составляет 7,40 г, а удельная теплоемкость (C) составляет 4,184 Дж / г ∙ ° C. Изменение температуры (ΔT) представляет собой конечную температуру 28 ° C за вычетом начальной температуры 49 ° C.

q = м × C × ΔT

q = 7,40 г × 4,184 Дж / г ∙ ° C × (28 ° C — 49 ° C)

q = 7,40 г × 4,184 Дж / г ∙ ° C × (-21 ° C)

q = -6.5 × 10 ² Дж

Дополнительные практические задачи по теплоемкости и удельной теплоемкости см. В разделе «Практические задачи по теплоемкости и удельной теплоемкости».

Комментарии

комментария

Определение и примеры тепловой энергии

Большинство людей используют слово тепло для описания чего-то, что кажется теплым, однако в науке в уравнениях термодинамики, в частности, тепло определяется как поток энергии между двумя системами посредством кинетической энергии.Это может принимать форму передачи энергии от теплого объекта к более холодному. Проще говоря, тепловая энергия, также называемая тепловой энергией или просто теплом, передается из одного места в другое за счет столкновения частиц друг с другом. Все вещества содержат тепловую энергию, и чем больше тепловой энергии присутствует, тем горячее будет предмет или область.

Зависимость тепла от температуры

Разница между теплом и температурой тонкая, но очень важная. Тепло относится к передаче энергии между системами (или телами), тогда как температура определяется энергией, содержащейся в особой системе (или теле).Другими словами, тепло — это энергия, а температура — это мера энергии. Добавление тепла увеличивает температуру тела, а удаление тепла снижает температуру, поэтому изменения температуры являются результатом присутствия тепла или, наоборот, его недостатка.

Вы можете измерить температуру в комнате, поместив в нее термометр и измерив температуру окружающего воздуха. Вы можете добавить тепла в комнату, включив обогреватель. По мере того, как в комнату добавляется тепло, температура повышается.

Частицы обладают большей энергией при более высоких температурах, и поскольку эта энергия передается от одной системы к другой, быстро движущиеся частицы будут сталкиваться с более медленными частицами. Когда они сталкиваются, более быстрая частица будет передавать часть своей энергии более медленной частице, и процесс будет продолжаться до тех пор, пока все частицы не начнут работать с одинаковой скоростью. Это называется тепловым равновесием.

Тепловые единицы

Единица измерения тепла в системе СИ — это форма энергии, называемая джоуль (Дж).Тепло часто также измеряется в калориях (кал), которые определяются как «количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма воды с 14,5 до 15,5 градусов по Цельсию». Тепло также иногда измеряется в британских тепловых единицах или британских тепловых единицах.

Условные обозначения для передачи тепловой энергии

В физических уравнениях количество переданного тепла обычно обозначается символом Q. Теплопередача может обозначаться как положительным, так и отрицательным числом.Тепло, выделяемое в окружающую среду, записывается как отрицательная величина (Q <0). Когда тепло поглощается из окружающей среды, это записывается как положительное значение (Q> 0).

Способы передачи тепла

Есть три основных способа передачи тепла: конвекция, теплопроводность и излучение. Многие дома обогреваются за счет процесса конвекции, который передает тепловую энергию через газы или жидкости. В доме, когда воздух нагревается, частицы получают тепловую энергию, позволяя им двигаться быстрее, нагревая более холодные частицы.Поскольку горячий воздух менее плотный, чем холодный, он будет подниматься. По мере того, как более холодный воздух падает, он может быть втянут в наши системы отопления, что снова позволит более быстрым частицам нагреть воздух. Это считается круговым потоком воздуха и называется конвекционным потоком. Эти токи кружат и обогревают наши дома.

Процесс теплопроводности — это передача тепловой энергии от одного твердого тела к другому, по сути, это две соприкасающиеся вещи. Мы можем увидеть, как это можно увидеть, когда мы готовим на плите.Когда мы ставим холодную сковороду на горячую конфорку, тепловая энергия передается от конфорки к сковороде, которая, в свою очередь, нагревается.

Излучение — это процесс, при котором тепло движется через места, где нет молекул, и на самом деле представляет собой форму электромагнитной энергии. Любой предмет, тепло которого можно почувствовать без прямого подключения, излучает энергию. Вы можете увидеть это по солнечному зною, по ощущению тепла, исходящего от костра, находящегося в нескольких футах от вас, и даже в том факте, что комнаты, заполненные людьми, естественно, будут теплее, чем пустые комнаты, потому что тело каждого человека излучает тепло.

Тепло

Нагрев

Нагрев

Heat — способ передачи энергии между системами
и его окружение, которое часто, но не всегда, меняет
температура системы. Тепло не сохраняется, его можно
либо созданы, либо уничтожены. В метрической системе тепло равно
измеряется в единицах калорий , которые определяются как
количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма
вода от 14.5 ^o C до 15,5 ^o C.

В системе СИ единицей тепла является джоуль .

Тепловая мощность

Теплоемкость вещества — это количество тепла.
требуется для повышения температуры определенного количества чистого
вещества на один градус (Цельсия или Кельвина). Калорийность была
определяется так, чтобы теплоемкость воды была равна единице.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость вещества — это количество
калорий, необходимых для повышения температуры на один грамм на 1 ^o C.Поскольку один градус по шкале Цельсия равен одному Кельвину,
удельная теплоемкость в метрической системе может быть указана в единицах измерения
либо кал / г- ^o ° С, либо кал / г-К. Единицы теплоемкости
в системе СИ — Дж / г-К. Поскольку в
калорийность, удельная теплоемкость воды составляет 4,184 Дж / г-К.

Легкость, с которой вещество приобретает или
теряет тепло, также может быть описано с точки зрения его молярной теплоты
емкость , которая является теплом, необходимым для повышения температуры
из на один моль вещества либо на 1 ^o ° C, либо на 1
К.В метрической системе единицами молярной теплоемкости являются
поэтому либо кал / моль- ^o ° C, либо кал / моль-K. В СИ
В системе единицы молярной теплоемкости — Дж / моль-К.

Скрытое тепло

Когда лед нагревается, тепло, которое изначально поступает в систему
используется для растапливания льда. Когда лед тает, температура остается
постоянная при 0 ^o C. Количество тепла, необходимое для плавления
лед исторически назывался скрытой теплотой плавления .Как только лед растает, температура воды медленно
увеличивается с 0 ^o C до 100 ^o C.
вода закипает, тепло, которое попадает в образец, используется для
преобразовать жидкость в газ и температуру образца
остается постоянным, пока жидкость не испарится. Количество тепла
требуется для кипячения или испарения жидкости, исторически
называется скрытой теплотой парообразования .

Более 200 лет назад Джозеф Блэк выделил разумных
тепло и скрытое тепло .Тепло, поднимающее
температура системы может быть определена, но тепло, которое приводит к
изменение состояния системы с твердого на жидкое или
переход от жидкости к газу скрыт. Как скрытое изображение на
фотографическая пленка, которая не была проявлена, или скрытые отпечатки пальцев
что не видно невооруженным глазом, скрытое тепло
тепло, которое поступает в систему без изменения температуры
система.

Тепло и кинетика
Молекулярная теория

Система — небольшая часть Вселенной в
которые нас интересуют, например, вода в стакане или газ
застряли в поршне и цилиндре, как показано на рисунках ниже. окружение все остальное
другими словами, остальная вселенная.

Система и ее окружение разделены границей .
Тепло передается через границу между системой и ее
окружение.

Одним из фундаментальных принципов кинетической теории является
предположение, что средняя кинетическая энергия скопления газа
частиц зависит от температуры газа и ничего больше.Газ становится теплее тогда и только тогда, когда средняя кинетическая энергия
количество частиц газа увеличивается. Тепло, когда повышается температура
системы, увеличивает скорость, с которой
частицы системы движутся, как показано на рисунке ниже.

единиц тепла — БТЕ, калорий и джоулей

Наиболее распространенными единицами измерения тепла являются

• БТЕ (британские тепловые единицы) — британская тепловая единица, также известная как «тепловая единица» в США.
  
• калорий.
• Джоуль

BTU — британская тепловая единица

Единица тепла в британской системе мер — BTU — составляет

• количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды до 1 ^o F (58.5 ^o F — 59,5 ^o F) на уровне моря (30 дюймов ртутного столба).
• 1 британская тепловая единица = 1055,06 Дж = 107,6 кгс = 2,931 10 ^-4 кВтч = 0,252 ккал = 778,16 фут-фунт-сила = 1,05510 ¹⁰ эрг = 252 кал = 0,293 Вт-час

Элемент, использующий один киловатт-час электроэнергии, генерирует 3412 британских тепловых единиц .

• сто тысяч (10 ⁵ ) британских тепловых единиц называется термиком

калория

Калория обычно определяется как

• количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма воды 1 ^o C
• килограмм калорий, большая калория, пищевая калория, калория (заглавная C) или просто калория (строчная c) — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного килограмма воды на один градус Цельсия
• 1 калория (кал.) = 1/860 международных ватт-часов (Втч)
• 1 ккал = 4186.8 Дж = 426,9 кгс · м = 1,163 10 ^-3 кВт · ч = 3,088 фут-фунт _f = 3,9683 БТЕ = 1000 кал

Имейте в виду, что существуют альтернативные определения — короче:

• Термохимическая калория
• 4 ° C калорий
• 15 ° C калорий
• 20 ° C калорий
• Средняя калория
• Международная таблица паровых калорий (1929)
• Международная паровая таблица калорий (1956)
• IUNS калорий (Комитет по номенклатуре Международного союза пищевых продуктов) Наук)

Калорийность устарела и обычно заменяется единицей СИ Джоуль.

Джоуль

Единица тепла в системе СИ — Джоуль —

• Единица энергии, равная работе, совершаемой при действии силы в один ньютон на расстоянии одного метра
• 4,184 джоуля тепловой энергии ( или одна калория) требуется для повышения температуры единицы массы (1 г) воды с 0 ^o C до 1 ^o C , или с 32 ^o F до 33,8 ^o F
• 1 Дж (Джоуль) = 0.1020 кг / мин = 2,778 10 ^-7 кВтч = 2,389 10 ^-4 ккал = 0,7376 фут-фунт _f = 1 кг.м ² / с ² = 1 Вт-секунда = 1 Нм = 9,478 10 ^-4 BTU

Расчет теплоемкости Учебник по химии

Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!

Удельная теплоемкость

Если вы осторожно нагреете воду с помощью источника тепла, например, горелки Бунзена, температура воды повысится.
Энергия, поставляемая горелкой Бунзена, заставляет молекулы воды двигаться быстрее, увеличивая их кинетическую энергию.

Мы можем измерить результат этой повышенной кинетической энергии как повышение температуры.

Количество энергии, поглощаемой молекулами воды для увеличения их кинетической энергии, называется «тепловой энергией». ³
Тепловая энергия частиц воды q пропорциональна изменению температуры ΔT.

ΔT = конечная температура — начальная температура

q ∝ ΔT

Это означает, что если вы используете ту же массу воды, но удвоите тепловую энергию (q), то изменение температуры (ΔT) также удвоится.
Аналогичным образом, если вы уменьшите вдвое тепловую энергию (q), то изменение температуры (ΔT) также уменьшится вдвое.

Вы также можете нагреть «холодную» воду, добавив в нее немного «горячей» воды.

Представьте, что у вас есть стакан с водой, содержащий 100 г воды с температурой 25,0 ° C.

Что произойдет с температурой воды, если вы добавите 10 г кипятка (100 ° C)?

Тепло перейдет от горячей воды к холодной. ⁴
Кинетическая энергия молекул «горячей» воды будет уменьшаться, а кинетическая энергия молекул «холодной» воды будет увеличиваться, пока все молекулы воды не будут иметь одинаковую среднюю кинетическую энергию. ⁵
Поскольку температура является мерой средней кинетической энергии всех молекул воды, мы находим, что температура воды станет постоянной.

В этом примере будет достигнута постоянная температура ⁶ 31,8 ° C.

Изменение температуры ΔT равно

ΔT = конечная температура — начальная температура = 31.8 — 25,0 = 6,8 ° С

Теперь представьте, что вы повторяете эксперимент, но на этот раз с использованием 20 г кипящей воды.

Какая будет конечная температура воды?

И снова тепло перейдет от горячей воды к холодной, горячая вода охладится, а холодная вода нагреется до тех пор, пока во всем объеме воды не будет достигнута постоянная температура.

Но на этот раз температура будет выше, 37,5 ° C.

Изменение температуры ΔT равно

ΔT = конечная температура — начальная температура = 37.5 — 25,0 = 12,5 ° С

Добавление большей массы горячей воды к той же массе холодной воды приводит к еще большему повышению температуры.

Это говорит нам о том, что количество тепловой энергии, которая может быть передана от горячего вещества к холодному, зависит от массы используемого вещества.

Тепловая энергия (q) пропорциональна массе используемого вещества (m) и изменению температуры (ΔT):

q ∝ м × ΔT

Мы могли бы превратить это соотношение в математическое уравнение, используя коэффициент пропорциональности.
Пусть C — коэффициент пропорциональности, тогда:

q = C × м × ΔT

Давайте посмотрим, что произойдет с этой константой пропорциональности C, когда мы изменим вещество, используемое для нагрева воды.

Что произойдет с температурой 100 г воды при исходной температуре 25,0 ° C, если мы добавим 20 г другого вещества вместо воды, скажем, 20 г металлической меди при 100 ° C?

Тепло перейдет от горячей меди к более холодной воде, медь остынет, а вода будет нагреваться, пока не будет достигнута постоянная температура.
Конечная температура воды составляет всего 26,5 ° C, что ниже температуры, когда было добавлено 20 г воды!

Изменение температуры ΔT равно

ΔT = конечная температура — начальная температура = 26,5 — 25,0 = 1,5 ° C

При равных массах горячей воды и горячей меди при одинаковой температуре горячая вода может передавать больше тепловой энергии холодной воде, чем горячая медь. ⁷
То есть значение коэффициента пропорциональности C для воды больше, чем для меди.
Термин, который используется для описания этой способности (или способности) передавать тепловую энергию, — «теплоемкость».

Когда сравнения производятся с использованием массы в граммах веществ , эта «теплоемкость» обозначается как удельная теплоемкость .

Итак, удельная теплоемкость воды больше удельной теплоемкости меди.

Удельная теплоемкость обозначена символом C _г (считайте «г» граммами, то есть массой).

Теперь мы можем заменить коэффициент пропорциональности (C) в приведенном выше математическом уравнении на удельную теплоемкость (C _г ):

q = C _г × м × ΔT

Мы можем изменить это уравнение, разделив обе части уравнения на m × ΔT:

Теперь, если я хочу сравнить удельную теплоемкость различных веществ, мне нужно поддерживать постоянную массу, скажем, 1 грамм, и я бы использовал достаточно тепловой энергии, чтобы вызвать изменение температуры на 1 ° C (или 1K),

Подставляя эти значения в уравнение:

То есть удельная теплоемкость вещества — это энергия (q), необходимая для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 ° C (или 1K)!

Различные вещества имеют разную удельную теплоемкость.Удельная теплоемкость некоторых веществ приведена в таблице ниже: ⁸

Из приведенной выше таблицы видно, что удельная теплоемкость меди составляет 0,39 Дж ° C ^-1 г ^-1 , в то время как удельная теплоемкость воды намного выше, 4,18 Дж ° C ^-1 г ^{— 1} .

Требуется 0,39 Дж энергии, чтобы изменить температуру 1 грамма металлической меди на 1 ° C (или 1 K).
Требуется 4,18 Дж энергии, чтобы изменить температуру 1 грамма жидкой воды на 1 ° C (или 1 K).

Удельная теплоемкость, C _г , как описано выше, полезно, потому что мы можем легко измерить массу многих веществ.

Однако, когда мы смотрим на таблицу значений, некоторые из этих значений кажутся нелогичными.

Почему требуется 0,13 Дж энергии для повышения температуры 1 г свинца на 1 ° C, но почти в 7 раз больше энергии для повышения температуры 1 г алюминия на 1 ° C?

А почему у углерода более высокая теплоемкость, чем у металлической меди или свинца?

Возможно, сравнение по массе — не лучший вариант…..

Молярная теплоемкость

Одинаковые массы разных веществ содержат разное количество «частиц» (атомов, ионов или молекул).

Химики используют «моль» как меру «количества» вещества, потому что моль чистого вещества всегда содержит одинаковое количество частиц (число Авогадро, N _A = 6,02 × 10 ²³ ).

Масса 1 моля чистого вещества равна его относительной молекулярной массе, выраженной в граммах:

масса 1 моля = относительная молекулярная масса в граммах

Напомним, что удельная теплоемкость — это энергия, необходимая для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 ° C (или 1 K).

пример: C _г для металлической меди, Cu _(s) , составляет 0,39 Дж ° C ^-1 г ^-1

Если мы хотим найти теплоемкость 1 моля вещества, нам нужно умножить удельную теплоемкость C _г на относительную молекулярную массу (M _r ) или молярную массу (M) вещества:

теплоемкость 1 моля = M _r × C _(г)
или

теплоемкость 1 моля = M × C _(г)

Величина «M × C _г » называется молярной теплоемкостью и обозначается символом C _n (n — символ, используемый для молей).

молярная теплоемкость вещества — это энергия, необходимая для повышения температуры 1 моль вещества на 1 ° C (или 1K).

Например, удельная теплоемкость металлической меди: C _г = 0,39 Дж ° C ^-1 г ^-1
Относительная атомная масса меди из Периодической таблицы: M _r = 63,55

Молярная теплоемкость металлической меди = C _г × M _r = 0.39 × 63,55 = 24,8 Дж ° C ^-1 моль ^-1

Вы можете выполнить этот расчет самостоятельно для каждого из веществ, перечисленных в таблице удельной теплоемкости выше.

Вы можете сравнить свои расчеты с расчетами, приведенными в таблице молярных теплоемкостей, приведенной ниже:

Эта таблица позволяет сравнивать теплоемкости одного и того же количества частиц, то есть 1 моль, разных веществ.

Мы обнаружили, что молярная теплоемкость металлов очень похожа, в то время как молярная теплоемкость углерода намного ниже.

Требуется около 25 Дж энергии для повышения температуры 1 моля металла на 1 ° C (или 1 K), но требуется всего около 9 Дж энергии для повышения температуры 1 моля углерода на 1 ° C ( или 1 К).

Мы могли бы написать новое уравнение для расчета количества тепла, необходимого (q) для повышения температуры (ΔT) количества вещества в молях (n):

q = C _n × n × ΔT

Сноски

1. Поскольку градации шкалы температур Цельсия и Кельвина одинаковы, и поскольку здесь нас не интересует ни начальная, ни конечная температура, а только разница между ними, можно увидеть, что разница в 1 ° C такая же, как разница в 1 К.
Тщательные эксперименты показывают, что удельная теплоемкость вещества сама по себе является функцией температуры, поэтому в девятнадцатом веке был установлен стандарт, то есть теплоемкость — это тепло, необходимое для повышения температуры 1 г воды с 14,5 °. С до 15,5 ° С.

2. В 1960 году Генеральная конференция мер и весов согласовала единую версию метрической системы.
Единицы в этой системе известны как единицы СИ (Systèm International d’Unités).
Семь базовых единиц составляют основу системы СИ: