Specifična toplota je energija potrebna za povećanje temperature 1 grama čiste supstance za 1°. Parametar zavisi od toga hemijski sastav i agregatno stanje: gasovito, tečno ili čvrsto. Nakon njegovog otkrića, započeo je novi krug razvoja termodinamike, nauke o energetskim tranzijentima koji se odnose na toplotu i funkcionisanje sistema.

obično, U proizvodnji se koriste specifični toplotni kapacitet i osnovna termodinamika radijatori i sistemi dizajnirani za hlađenje automobila, kao i u hemiji, nuklearnom inženjerstvu i aerodinamici. Ako želite znati kako se izračunava specifični toplinski kapacitet, pročitajte predloženi članak.

Prije nego što počnete izravno izračunavati parametar, trebali biste se upoznati s formulom i njenim komponentama.

Formula za izračunavanje specifičnog toplotnog kapaciteta je sljedeća:

• c = Q/(m*∆T)

Poznavanje veličina i njihovih simboličkih oznaka koje se koriste u proračunima je izuzetno važno. Međutim, potrebno je ne samo poznavati njihov vizualni izgled, već i jasno razumjeti značenje svakog od njih. Izračun specifičnog toplinskog kapaciteta tvari predstavljen je sljedećim komponentama:

ΔT je simbol koji označava postepenu promjenu temperature tvari. Simbol "Δ" se izgovara delta.

ΔT = t2–t1, gdje je

• t1 – primarna temperatura;
• t2 – konačna temperatura nakon promjene.

m – masa materije koja se koristi tokom zagrevanja (g).

Q – količina toplote (J/J)

Na osnovu CR, mogu se izvesti i druge jednadžbe:

• Q = m*kp*ΔT – količina toplote;
• m = Q/cr*(t2 - t1) – masa supstance;
• t1 = t2–(Q/tp*m) – primarna temperatura;
• t2 = t1+(Q/tp*m) – konačna temperatura.

Upute za izračunavanje parametra

1. Uzmi formula za izračunavanje: Toplotni kapacitet = Q/(m*∆T)
2. Zapišite originalne podatke.
3. Zamijenite ih u formulu.
4. Izvršite proračun i dobijte rezultat.

Kao primjer, izračunajmo nepoznatu tvar tešku 480 grama s temperaturom od 15ºC, koja se kao rezultat zagrijavanja (isporučuje 35 hiljada J) povećala na 250º.

Prema gore navedenim uputstvima proizvodimo sledeće radnje:

Zapišimo početne podatke:

• Q = 35 hiljada J;
• m = 480 g;
• ΔT = t2–t1 =250–15 = 235 ºC.

Uzimamo formulu, zamjenjujemo vrijednosti i rješavamo:

c=Q/(m*∆T)=35 hiljada J/(480 g*235º)=35 hiljada J/(112800 g*º)=0,31 J/g*º.

Kalkulacija

Izračunajmo C P voda i lim na sledećim uslovima:

• m = 500 grama;
• t1 =24ºC i t2 = 80ºC – za vodu;
• t1 =20ºC i t2 =180ºC – za lim;
• Q = 28 hiljada J.

Prvo, odredimo ΔT za vodu i kalaj, redom:

• ΔTv = t2–t1 = 80–24 = 56ºC
• ΔTo = t2–t1 = 180–20 =160ºC

Zatim nalazimo specifični toplotni kapacitet:

1. c=Q/(m*ΔTv)= 28 hiljada J/(500 g *56ºC) = 28 hiljada J/(28 hiljada g*ºC) = 1 J/g*ºC.
2. c=Q/(m*ΔTo)=28 hiljada J/(500 g*160ºC)=28 hiljada J/(80 hiljada g*ºC)=0,35 J/g*ºC.

Tako je specifični toplotni kapacitet vode bio 1 J/g *ºC, a kalaja 0,35 J/g*ºC. Iz ovoga možemo zaključiti da će se lim zagrijati s jednakom vrijednošću uložene toplote od 28 hiljada džula brži od vode, jer je njen toplotni kapacitet manji.

Ne samo gasovi, tečnosti i čvrste materije, već i prehrambeni proizvodi imaju toplotni kapacitet.

Kako izračunati toplotni kapacitet hrane

Prilikom izračunavanja kapaciteta snage jednačina će poprimiti sljedeći oblik:

s=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908 *a), gdje je:

• w – količina vode u proizvodu;
• p – količina proteina u proizvodu;
• f – procenat masti;
• c – procenat ugljenih hidrata;
• a je procenat neorganskih komponenti.

Odredimo toplinski kapacitet fuzioniranog krem sir Viola. Da bismo to učinili, pišemo tražene vrijednosti iz sastava proizvoda (težina 140 grama):

• voda – 35 g;
• proteini – 12,9 g;
• masti – 25,8 g;
• ugljeni hidrati – 6,96 g;
• neorganske komponente – 21 g.

Zatim nalazimo sa:

• s=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908*a)=(4.180*35)+(1.711*12.9)+(1.928*25 .8 ) + (1,547*6,96)+(0,908*21)=146,3+22,1+49,7+10,8+19,1=248 kJ/kg*ºC.

Uvijek zapamtite da:

• Proces zagrijavanja metala je brži od procesa zagrijavanja vode, budući da jeste C P 2,5 puta manje;
• Ako je moguće, konvertujte rezultate u viši red ako uslovi dozvoljavaju;
• da biste provjerili rezultate, možete koristiti internet i pogledati izračunatu supstancu;
• pod jednakim eksperimentalnim uslovima, značajnije promene temperature će se uočiti za materijale sa niskim specifičnim toplotnim kapacitetom.

Pretvarač dužine i udaljenosti Pretvarač mase Pretvarač zapremine i količine hrane Konvertor površine Konvertor zapremine i jedinica u kulinarski recepti Pretvarač temperature Pritisak, mehaničko naprezanje, Youngov modul konvertor Pretvarač energije i rada Pretvarač snage Pretvarač sile Pretvarač vremena Linearni pretvarač brzine Ravni ugao Konverter broja toplotne efikasnosti i uštede goriva Konverter brojeva u razni sistemi notacija Pretvarač mjernih jedinica količine informacija Kursevi Dimenzije ženska odeća i cipele Pretvarač veličina muške odjeće i obuće ugaona brzina i brzina rotacije Pretvarač ubrzanja Konvertor ugaonog ubrzanja Konvertor gustine Konvertor specifične zapremine Pretvarač momenta inercije Pretvarač momenta sile Konvertor obrtnog momenta specifična toplota sagorevanje (po masi) Gustina energije i specifična toplota pretvarača sagorevanja (po zapremini) Konverter temperaturne razlike Konvertor koeficijenta termičke ekspanzije Konvertor termička otpornost Pretvarač toplotne provodljivosti Konvertor specifičnog toplotnog kapaciteta Pretvarač snage izlaganja energije i toplotnog zračenja Pretvarač gustine toplotnog fluksa Pretvarač koeficijenta prenosa toplote Pretvarač zapreminskog protoka Konvertor masenog protoka Konvertor molarnog protoka Konvertor gustine masenog protoka Konvertor molarne koncentracije Konvertor masene koncentracije u rastvoru Dinamički (apsolutni) konvertor viskoziteta Kinematički pretvarač viskoziteta Konvertor površinskog napona Konvertor paropropusnosti Konvertor paropropusnosti i brzine prenosa pare Konvertor nivoa zvuka Konvertor osetljivosti mikrofona Konvertor nivoa zvučni pritisak(SPL) Konvertor nivoa zvučnog pritiska sa izborom referentnog pritiska Pretvarač osvetljenosti Konvertor intenziteta svetlosti Konvertor osvetljenja Konvertor rezolucije u kompjuterskoj grafici Pretvarač frekvencije i talasne dužine Optička snaga u dioptrijama i žižna daljina Pretvarač optičke snage u dioptrijama i uvećanja sočiva (×). električni naboj Linearni pretvarač gustoće naboja Konvertor gustoće površinskog naboja Konvertor gustine volumena naboja električna struja Linearni pretvarač gustine struje Pretvarač površinske gustine struje Pretvarač napona električno polje Pretvarač elektrostatskog potencijala i napona električni otpor Pretvarač električnog otpora Pretvarač električne provodljivosti Pretvarač električne provodljivosti Pretvarač električne provodljivosti Pretvarač induktivnosti Američki pretvarač merača žice Nivoi u dBm (dBm ili dBmW), dBV (dBV), vatima i drugim jedinicama Pretvarač magnetne sile Pretvarač napona magnetsko polje Converter magnetni fluks Magnetna indukcija pretvarač Zračenje. Konvertor brzine doze apsorbovanog jonizujućeg zračenja Radioaktivnost. Konvertor radioaktivnog raspada Zračenje. Konvertor doze ekspozicije Zračenje. Pretvarač apsorbovanih doza Pretvarač decimalnog prefiksa Prenos podataka Tipografija i jedinica za obradu slike Konverter jedinica zapremine drveta Konverter Kalkulacija molarna masa Periodni sistem hemijski elementi D. I. Mendeljejev

Početna vrijednost

Preračunata vrijednost

džul po kilogramu po kelvinu džul po kilogramu po °C džul po gramu po °C kilodžul po kilogramu po kelvinu kilodžul po kilogramu po °C kalorija (IT) po gramu po °C kalorija (IT) po gramu po °F kaloriji (term. ) po gramu po °C kilokaloriji (int.) po kg po °C kaloriji (term.) po kg po °C kilokaloriji (int.) po kg po kelvinu kilokaloriji (int.) po kg po kelvinu kgf-metar po kilogramu po kelvin funta-sila stopa po funti po °Rankine BTU (int.) po funti po °F BTU (term.) po funti po °F BTU (int.) po funti po °Rankine BTU (int.) po funti po °Rankineu BTU (int.) po funti po °C toplote. jedinice po funti po °C

Masena koncentracija u otopini

Više o specifičnom toplotnom kapacitetu

Opće informacije

Molekule se kreću pod uticajem toplote - ovo kretanje se zove molekularna difuzija. Što je temperatura tvari viša, to se molekuli brže kreću i dolazi do intenzivnije difuzije. Na kretanje molekula ne utječu samo temperatura, već i pritisak, viskoznost tvari i njena koncentracija, otpor difuzije, udaljenost koju molekuli prelaze kada se kreću i njihova masa. Na primjer, ako uporedimo kako se proces difuzije odvija u vodi i medu, kada su sve ostale varijable osim viskoznosti jednake, onda je očito da se molekuli u vodi kreću i difundiraju brže nego u medu, jer med ima veću viskoznost.

Molekulima je potrebna energija za kretanje, a što se brže kreću, to će biti više energije treba im. Toplina je jedna od vrsta energije koja se koristi u ovom slučaju. To jest, ako održavate određenu temperaturu u tvari, molekuli će se kretati, a ako se temperatura poveća, tada će se kretanje ubrzati. Energija u obliku toplote se dobija sagorevanjem goriva, npr. prirodni gas, ugalj ili drvo. Ako zagrijavate više tvari koristeći istu količinu energije, neke će se tvari vjerojatno zagrijati brže od drugih zbog veće difuzije. Toplotni kapacitet i specifični toplotni kapacitet opisuju upravo ova svojstva tvari.

Specifična toplota određuje koliko je energije (tj. topline) potrebno da se temperatura tijela ili tvari određene mase promijeni za određenu količinu. Ova nekretnina se razlikuje od toplotni kapacitet, koji određuje količinu energije koja je potrebna za promjenu temperature cijelog tijela ili tvari na određenu temperaturu. U proračunima toplotnog kapaciteta, za razliku od specifičnog toplotnog kapaciteta, masa se ne uzima u obzir. Toplotni kapacitet i specifični toplinski kapacitet izračunavaju se samo za tvari i tijela u stabilnom agregacijskom stanju, na primjer, za čvrste tvari. Ovaj članak razmatra oba ova koncepta jer su međusobno povezani.

Toplotni kapacitet i specifični toplotni kapacitet materijala i supstanci

Metali

Metali imaju vrlo jaku molekularnu strukturu, budući da je udaljenost između molekula u metalima i dr čvrste materije mnogo manje nego u tečnostima i gasovima. Zbog toga se molekuli mogu kretati samo na vrlo malim udaljenostima, pa je, shodno tome, da bi se kretali većim brzinama, potrebno je mnogo manje energije nego za molekule tekućina i plinova. Zbog ove osobine, njihov specifični toplinski kapacitet je nizak. To znači da je vrlo lako podići temperaturu metala.

Voda

S druge strane, voda ima veoma visok specifični toplotni kapacitet, čak iu poređenju sa drugim tečnostima, pa je potrebno mnogo više energije da se jedna jedinica mase vode zagreje za jedan stepen, u poređenju sa supstancama koje imaju manji specifični toplotni kapacitet. Voda ima veliki toplinski kapacitet zbog jakih veza između atoma vodika u molekuli vode.

Voda je jedna od glavnih komponenti svih živih organizama i biljaka na Zemlji, pa njen specifični toplinski kapacitet igra važnu ulogu za život na našoj planeti. Zbog visokog specifičnog toplotnog kapaciteta vode, temperatura tečnosti u biljkama i temperatura šupljine u telu životinja se malo menjaju čak i u veoma hladnim ili veoma toplim danima.

Voda obezbeđuje sistem održavanja termički režim kako u životinjama i biljkama, tako i na površini Zemlje u cjelini. Ogroman dio naše planete prekriven je vodom, tako da voda igra veliku ulogu u regulaciji vremena i klime. Čak i uz veliku količinu topline koja dolazi kao rezultat utjecaja sunčevog zračenja na površinu Zemlje, temperatura vode u okeanima, morima i drugim vodenim tijelima postepeno raste, a temperatura okoline se također polako mijenja. S druge strane, uticaj na temperaturu toplotnog intenziteta sunčevog zračenja je velik na planetama bez velikih površina prekrivenih vodom, kao što je Zemlja, ili u područjima Zemlje gdje je vode oskudno. To je posebno uočljivo ako pogledate razliku između dnevne i noćne temperature. Tako, na primjer, u blizini okeana razlika između dana i noćne temperature mali, ali u pustinji je ogroman.

Visok toplotni kapacitet vode takođe znači da se voda ne samo da se polako zagreva, već se i polako hladi. Zbog ovog svojstva voda se često koristi kao rashladno sredstvo, odnosno kao rashladno sredstvo. Osim toga, isplativo je koristiti vodu zbog niske cijene. U zemljama sa hladnom klimom vruća voda cirkulira u cijevima za grijanje. Pomešan sa etilen glikolom, koristi se u automobilskim radijatorima za hlađenje motora. Takve tečnosti se nazivaju antifriz. Toplotni kapacitet etilen glikola je manji od toplotnog kapaciteta vode, pa je i toplotni kapacitet takve mešavine manji, što znači da je i efikasnost rashladnog sistema sa antifrizom niža od sistema sa vodom. Ali s tim se morate pomiriti, jer etilen glikol sprečava zamrzavanje vode zimi i oštećenje kanala rashladnog sistema automobila. Više etilen glikola se dodaje rashladnim tečnostima dizajniranim za hladnije klime.

Toplotni kapacitet u svakodnevnom životu

Pod svim ostalim stvarima, toplinski kapacitet materijala određuje koliko se brzo zagrijavaju. Što je veća specifična toplina, to je više energije potrebno za zagrijavanje tog materijala. Odnosno, ako se dva materijala različitog toplotnog kapaciteta zagreju istom količinom toplote i pod istim uslovima, tada će se supstanca sa nižim toplotnim kapacitetom zagrejati brže. Materijali s velikim toplinskim kapacitetom, naprotiv, zagrijavaju se i prenose toplinu natrag okruženje sporije.

Kuhinjski pribor i posuđe

Najčešće biramo materijale za posuđe i kuhinjski pribor, na osnovu njihovog toplotnog kapaciteta. Ovo se uglavnom odnosi na predmete koji dolaze u direktan kontakt sa toplotom, kao što su lonci, tanjiri, posude za pečenje i drugi slični pribor. Na primjer, za lonce i tave bolje je koristiti materijale niskog toplinskog kapaciteta, poput metala. To pomaže lakšem i bržem prijenosu topline od grijača kroz posudu do hrane i ubrzava proces kuhanja.

S druge strane, budući da materijali visokog toplotnog kapaciteta zadržavaju toplotu dugo vremena, dobro ih je koristiti za izolaciju, odnosno kada je potrebno zadržati toplotu proizvoda i sprečiti njeno izlazak u okolinu ili, obrnuto. , kako bi se spriječila toplina prostorije od zagrijavanja rashlađenih proizvoda. Najčešće se takvi materijali koriste za tanjire i čaše u kojima se poslužuju topla ili, obrnuto, vrlo hladna hrana i pića. Oni pomažu ne samo u održavanju temperature proizvoda, već i sprječavaju da se ljudi opeku. Posuđe od keramike i pjenastog polistirena - dobri primjeri upotreba takvih materijala.

Izolacijski prehrambeni proizvodi

U zavisnosti od brojnih faktora, kao što su sadržaj vode i masti u hrani, njihov toplotni kapacitet i specifični toplotni kapacitet variraju. U kulinarstvu, poznavanje toplinskog kapaciteta namirnica omogućava korištenje nekih proizvoda za izolaciju. Postavljanje izolacijskih proizvoda preko druge hrane pomoći će hrani ispod da zadrži toplinu duže. Ako posuđe ispod ovih termoizolacionih proizvoda ima visok toplotni kapacitet, onda polako otpušta toplotu u okolinu. Nakon što se dobro zagriju, još sporije gube toplinu i vodu zahvaljujući izolacijskim proizvodima na vrhu. Zbog toga ostaju topli duže.

Primjer toplinski izolirane hrane je sir, posebno na pizzama i drugim sličnim jelima. Sve dok se ne otopi, propušta vodenu paru, omogućavajući hranu ispod da se brzo ohladi jer voda koju sadrži isparava i na taj način hladi hranu koja je sadrži. Topljeni sir prekriva površinu posude i izoluje hranu ispod. Sir često sadrži hranu s visokim sadržajem vode, kao što su umaci i povrće. Zahvaljujući tome imaju veliki toplotni kapacitet i dugo zadržavaju toplotu, posebno zato što su ispod topljenog sira koji ne ispušta vodenu paru. Zbog toga pica izlazi iz rerne toliko vruća da se lako možete opeći sosom ili povrćem, čak i kada se testo oko ivica već ohladi. Površina pizze ispod sira se ne hladi dugo, što omogućava dostavu pizze u vaš dom u dobro izolovanoj termo vrećici.

Neki recepti koriste umake na isti način kao i sir, da izoluju hranu ispod. Kako više sadržaja masnoće u sosu to bolje izoluje hranu - umaci na bazi putera ili vrhnja su posebno dobri u ovom slučaju. Ovo je opet zbog činjenice da mast sprječava isparavanje vode i, prema tome, izdvajanje topline potrebne za isparavanje.

U kulinarstvu se za toplotnu izolaciju ponekad koriste materijali koji nisu pogodni za hranu. Kuvari u Centralnoj Americi, Filipinima, Indiji, Tajlandu, Vijetnamu i mnogim drugim zemljama često koriste listove banane u tu svrhu. Ne samo da se mogu sakupljati u bašti, već i kupiti u trgovini ili na tržištu - čak se uvoze u te svrhe u zemlje u kojima se banane ne uzgajaju. Ponekad se aluminijska folija koristi za potrebe izolacije. Ne samo da sprečava isparavanje vode, već i pomaže u zadržavanju topline u unutrašnjosti sprečavajući prijenos topline u obliku zračenja. Ako krila i ostale izbočene dijelove ptice zamotate u foliju prilikom pečenja, folija će spriječiti njihovo pregrijavanje i zagorevanje.

Kuvanje hrane

Hrana sa visokim sadržajem masti, kao što je sir, ima mali toplotni kapacitet. Oni se zagrijavaju više s manje energije od hrane s velikim toplinskim kapacitetom i dostižu temperature dovoljno visoke da dođe do Maillardove reakcije. Maillardova reakcija je hemijska reakcija, koji se javlja između šećera i aminokiselina, te mijenja okus i izgled proizvodi. Ova reakcija je važna u nekim metodama kuhanja, kao što su pečenje kruha i peciva od brašna, pečenje hrane u pećnici i prženje. Da bi se temperatura namirnica povećala na temperaturu na kojoj se javlja ova reakcija, u kuvanju se koriste namirnice s visokim sadržajem masti.

Šećer u kuvanju

Specifična toplota šećera je čak niža od toplote masti. Budući da se šećer brzo zagrijava do temperature viših od točke ključanja vode, rad s njim u kuhinji zahtijeva poštivanje sigurnosnih pravila, posebno pri pripremi karamele ili slatkiša. Prilikom topljenja šećera morate biti izuzetno oprezni i ne prosipati ga po nezaštićenoj koži, jer temperatura šećera dostiže 175°C (350°F) i opekotine od rastopljenog šećera će biti veoma ozbiljne. U nekim slučajevima je potrebno provjeriti konzistenciju šećera, ali to nikako ne treba raditi golim rukama ako se šećer zagrijava. Ljudi često zaborave koliko brzo i koliko vruć šećer može da se zagreje, zbog čega se opeče. Ovisno o tome čemu služi rastopljeni šećer, može se provjeriti njegova konzistencija i temperatura hladnom vodom, kao što je opisano u nastavku.

Svojstva šećera i šećernog sirupa mijenjaju se ovisno o temperaturi na kojoj se kuhaju. Hot šećerni sirup Može biti tanak, kao najtanji med, gust ili negdje između tankog i debelog. Recepti za bombone, karamele i slatke umake obično navode ne samo temperaturu na kojoj se šećer ili sirup treba zagrijati, već i stupanj tvrdoće šećera, kao što je faza "meka kugla" ili faza "tvrda lopta". . Naziv svake faze odgovara konzistenciji šećera. Da bi odredio konzistenciju, slastičar kapne nekoliko kapi sirupa u posudu ledena voda, hlađenje ih. Nakon toga, konzistencija se provjerava dodirom. Tako, na primjer, ako se ohlađeni sirup zgusnuo, ali nije stvrdnuo, ali ostaje mekan i može se oblikovati u kuglu, onda se smatra da je sirup u fazi „meke kugle“. Ako je oblik smrznutog sirupa vrlo težak, ali se još uvijek može promijeniti rukom, onda je u fazi „tvrde lopte“. Poslastičari često koriste termometar za hranu i ručno provjeravaju konzistenciju šećera.

Sigurnost hrane

Poznavajući toplinski kapacitet proizvoda, možete odrediti koliko dugo ih je potrebno hladiti ili grijati da bi dosegli temperaturu na kojoj se neće pokvariti i na kojoj se ubijaju bakterije štetne za organizam. Na primjer, da bi se postigla određena temperatura, hrana s većim toplinskim kapacitetom treba duže da se ohladi ili zagrije od hrane s niskim toplinskim kapacitetom. Odnosno, trajanje kuhanja jela ovisi o tome koji su proizvodi uključeni u njega, kao i koliko brzo voda iz njega isparava. Isparavanje je važno jer zahtijeva visoki troškovi energije. Često se koristi termometar za hranu da bi se provjerilo na koju temperaturu se jelo ili hrana u njemu zagrijala. Posebno ga je pogodno koristiti za kuhanje ribe, mesa i peradi.

mikrovalne pećnice

Koliko efikasno mikrotalasna pećnica zagreva hranu zavisi, između ostalih faktora, od specifičnog toplotnog kapaciteta hrane. Mikrotalasno zračenje koje proizvodi magnetron mikrovalne pećnice uzrokuje brže kretanje molekula vode, masti i nekih drugih tvari, uzrokujući zagrijavanje hrane. Molekule masti se lako pomeraju zbog njihovog malog toplotnog kapaciteta, zbog čega masna hrana postaje toplija. visoke temperature nego hrana koja sadrži mnogo vode. Postignuta temperatura može biti toliko visoka da je dovoljna za Maillardovu reakciju. Proizvodi s visokim sadržajem vode ne postižu takve temperature zbog velikog toplinskog kapaciteta vode, pa se u njima ne događa Maillardova reakcija.

Visoke temperature koje dostiže mast u mikrovalnoj pećnici mogu proizvesti hrskavu koricu na nekim namirnicama, kao što je slanina, ali te temperature mogu biti opasne kada se koriste mikrotalasne rerne, posebno ako se ne pridržavate pravila za korištenje pećnice opisana u uputama za uporabu. Na primjer, kada zagrijavate ili kuhate masnu hranu u pećnici, ne biste trebali koristiti plastično posuđe, jer čak ni posuđe za mikrovalnu pećnicu nije dizajnirano da izdrži temperature koje dostiže masnoća. Takođe treba da zapamtite da je masna hrana veoma vruća i jedite je pažljivo kako se ne biste opekli.

Specifični toplotni kapacitet materijala koji se koriste u svakodnevnom životu

Da li vam je teško prevesti mjerne jedinice s jednog jezika na drugi? Kolege su spremne da vam pomognu. Postavite pitanje u TCTerms i u roku od nekoliko minuta dobićete odgovor.

Voda je jedna od najneverovatnijih supstanci. Unatoč širokoj i raširenoj upotrebi, prava je misterija prirode. Kao jedno od jedinjenja kiseonika, voda bi, čini se, trebalo da ima veoma niske karakteristike kao što su smrzavanje, toplota isparavanja, itd. Ali to se ne dešava. Sam toplotni kapacitet vode je, uprkos svemu, izuzetno visok.

Voda može apsorbirati velika količina toplina, dok se praktički ne zagrijava - to je njegovo fizička karakteristika. voda je otprilike pet puta veća od toplotnog kapaciteta peska i deset puta veća od toplotnog kapaciteta gvožđa. Stoga je voda prirodno rashladno sredstvo. Njegova sposobnost akumulacije veliki broj energija omogućava izglađivanje temperaturnih fluktuacija na površini Zemlje i regulaciju toplotnog režima na cijeloj planeti, a to se događa bez obzira na doba godine.

Ovo jedinstvena nekretnina voda omogućava da se koristi kao rashladno sredstvo u industriji i kod kuće. Osim toga, voda je široko dostupna i relativno jeftina sirovina.

Šta se podrazumeva pod toplotnim kapacitetom? Kao što je poznato iz kursa termodinamike, prenos toplote se uvek dešava sa toplog na hladno telo. Gde mi pričamo o tome o prenosu određene količine toplote, a temperatura oba tela, kao karakteristika njihovog stanja, pokazuje pravac te razmene. U procesu metalnog tijela vodom jednaka masa na istim početnim temperaturama, metal mijenja temperaturu nekoliko puta više od vode.

Ako kao postulat uzmemo osnovnu tvrdnju termodinamike - dva tijela (izolovana od ostalih), prilikom razmjene topline jedno odaje, a drugo prima jednaku količinu topline, onda postaje jasno da metal i voda imaju potpuno različitu toplinu kapaciteti.

Dakle, toplotni kapacitet vode (kao i bilo koje supstance) je pokazatelj koji karakteriše sposobnost date supstance da pri hlađenju (zagrevanju) nešto da (ili primi) po jediničnoj temperaturi.

Specifični toplinski kapacitet tvari je količina topline potrebna za zagrijavanje jedinice ove tvari (1 kilogram) za 1 stepen.

Količina topline koju tijelo oslobađa ili apsorbira jednaka je proizvodu specifičnog toplinskog kapaciteta, mase i temperaturne razlike. Mjeri se u kalorijama. Jedna kalorija je tačno ona količina toplote koja je dovoljna da se 1 g vode zagreje za 1 stepen. Za poređenje: specifični toplotni kapacitet vazduha je 0,24 cal/g ∙°C, aluminijuma - 0,22, gvožđa - 0,11, žive - 0,03.

Toplotni kapacitet vode nije konstantan. Kako temperatura raste od 0 do 40 stepeni, ona se blago smanjuje (sa 1,0074 na 0,9980), dok se za sve ostale supstance ova karakteristika povećava tokom zagrijavanja. Osim toga, može se smanjiti s povećanjem pritiska (na dubini).

Kao što znate, voda ima tri agregatna stanja - tečno, čvrsto (led) i gasovito (para). U isto vrijeme, specifični toplinski kapacitet leda je otprilike 2 puta manji od kapaciteta vode. Ovo je glavna razlika između vode i drugih tvari čiji se specifični toplinski kapacitet ne mijenja u čvrstom i rastopljenom stanju. u čemu je tajna?

Činjenica je da led ima kristalnu strukturu, koja se ne ruši odmah kada se zagrije. Voda sadrži male čestice leda koje se sastoje od nekoliko molekula zvanih saradnici. Kada se voda zagrije, dio se troši na uništavanje vodikovih veza u tim formacijama. To objašnjava neobično visok toplinski kapacitet vode. Veze između njegovih molekula potpuno su uništene tek kada se voda pretvori u paru.

Specifični toplotni kapacitet na temperaturi od 100°C gotovo se ne razlikuje od kapaciteta leda na 0°C. Ovo još jednom potvrđuje ispravnost ovog objašnjenja. Toplotni kapacitet pare, kao i toplotni kapacitet leda, trenutno je mnogo bolje proučen od vode, o čemu naučnici još nisu postigli konsenzus.

Uređaji i pribor koji se koriste u radu:

2. Utezi.

3. Termometar.

4. Kalorimetar.

6. Kalorimetrijsko tijelo.

7. Pločice za domaćinstvo.

Cilj rada:

Naučite eksperimentalno odrediti specifični toplinski kapacitet tvari.

I. TEORIJSKI UVOD.

Toplotna provodljivost- prijenos topline sa više zagrijanih dijelova tijela na manje zagrijane kao rezultat sudara brzih molekula sa sporim, uslijed čega brzi molekuli prenose dio svoje energije na spore.

Promjena unutrašnje energije bilo kojeg tijela direktno je proporcionalna njegovoj masi i promjeni tjelesne temperature.

DU = cmDT (1)
Q = cmDT (2)

Vrijednost c koja karakterizira ovisnost promjene unutrašnje energije tijela tokom zagrijavanja ili hlađenja od vrste tvari i spoljni uslovi pozvao specifični toplotni kapacitet tijela.

(4)

Vrijednost C koja karakterizira ovisnost tijela da apsorbira toplinu kada se zagrije i jednak omjeru količina toplote koja se prenosi telu, do povećanja njegove temperature, naziva se toplotni kapacitet tela.

C = c × m. (5)
(6)
Q = CDT (7)

Molarni toplotni kapacitet Cm, je količina topline potrebna za zagrijavanje jednog mola tvari za 1 Kelvin

Cm = cM. (8)
C m = (9)

Specifični toplinski kapacitet ovisi o prirodi procesa u kojem se zagrijava.

Jednačina toplotnog bilansa.

U toku razmene toplote, zbir količina toplote koju daju sva tela u kojima unutrašnja energija opada, jednak je zbiru količina toplote koje primaju sva tela čija se unutrašnja energija povećava.

SQ odjel = SQ primanje (10)

Ako tijela čine zatvoreni sistem i između njih se odvija samo razmjena topline, tada je algebarski zbir primljene i zadane količine topline jednak 0.

SQ odjel + SQ prijem = 0.

primjer:

Izmjena topline uključuje tijelo, kalorimetar i tekućinu. Tijelo daje toplinu, kalorimetar i tekućina je primaju.

Q t = Q k + Q f

Q t = c t m t (T 2 – Q)

Q k = c k m k (Q – T 1)

Q f = c f m f (Q – T 1)

Gdje je Q(tau) ukupna konačna temperatura.

s t m t (T 2 -Q) = s do m do (Q- T 1) + s f m f (Q- T 1)

s t = ((Q - T 1)*(s do m do + s w m w)) / m t (T 2 - Q)

T = 273 0 + t 0 C

2. NAPREDAK RADA.

SVA VAGANJA SE IZVODE SA TAČNOŠĆU DO 0,1 g.

1. Odredite vaganjem masu unutrašnje posude, kalorimetar m 1.

2. Sipati vodu u unutrašnju posudu kalorimetra, izmeriti unutrašnje staklo zajedno sa izlivenom tečnošću m to.

3. Odrediti masu izlivene vode m = m do - m 1

4. Postavite unutrašnju posudu kalorimetra u vanjsku i izmjerite početnu temperaturu vode T 1.

5. Izvadite testno tijelo iz kipuće vode, brzo ga prebacite u kalorimetar, određujući T 2 - početnu temperaturu tijela, jednaka je temperaturi kipuće vode.

6. Dok miješate tekućinu u kalorimetru, pričekajte da temperatura prestane da raste: izmjerite konačnu (stalnu) temperaturu Q.

7. Uklonite testno tijelo iz kalorimetra, osušite ga filter papirom i odredite njegovu masu m 3 vaganjem na vagi.

8. Rezultate svih mjerenja i proračuna unesite u tabelu. Izvršite proračune do druge decimale.

9. Napravite jednačinu toplotnog bilansa i iz nje pronađite specifični toplotni kapacitet supstance With.

10. Na osnovu rezultata dobijenih u prijavi odrediti supstancu.

11. Izračunajte apsolutni i relativna greška dobijeni rezultat u odnosu na tabelarni rezultat koristeći formule:

;

12. Zaključak o obavljenom poslu.

TABELA REZULTATA MJERENJA I PRORAČUNA

Šta mislite da se brže zagreva na šporetu: litar vode u šerpi ili sam lonac od 1 kilograma? Masa tijela je ista, može se pretpostaviti da će se zagrijavanje odvijati istom brzinom.

Ali to nije bio slučaj! Možete napraviti eksperiment - stavite praznu šerpu na vatru na nekoliko sekundi, samo je nemojte zapaliti i zapamtite do koje temperature se zagrijao. A zatim u šerpu sipajte vodu tačno istu težinu kao i tava. Teoretski, voda bi se trebala zagrijati na istu temperaturu kao prazna šerpa za duplo duže, jer se u ovom slučaju zagrijavaju oboje – i voda i tiganj.

Međutim, čak i ako čekate tri puta duže, uvjerit ćete se da će se voda ipak manje zagrijavati. Vodi će biti potrebno skoro deset puta duže da postigne istu temperaturu kao tava iste težine. Zašto se ovo dešava? Šta sprečava zagrevanje vode? Zašto bismo trošili vodu za grijanje na plin pri kuvanju? Jer postoji fizička količina, nazvan specifičnim toplotnim kapacitetom supstance.

Specifični toplotni kapacitet supstance

Ova vrijednost pokazuje koliko topline treba prenijeti tijelo teško jedan kilogram da bi se njegova temperatura povećala za jedan stepen Celzijusa. Izmjereno u J/(kg * ˚S). Ova vrijednost ne postoji zbog vlastitog hira, već zbog razlike u svojstvima različitih supstanci.

Specifična toplota vode je oko deset puta veća od specifične toplote gvožđa, pa će se tava zagrejati deset puta brže od vode u njoj. Zanimljivo je da je specifični toplinski kapacitet leda upola manji od vode. Stoga će se led zagrijati dvostruko brže od vode. Topljenje leda je lakše nego zagrevanje vode. Koliko god čudno zvučalo, to je činjenica.

Proračun količine topline

Specifični toplotni kapacitet je označen slovom c I koristi se u formuli za izračunavanje količine topline:

Q = c*m*(t2 - t1),

gdje je Q količina toplote,
c - specifični toplotni kapacitet,
m - tjelesna težina,
t2 i t1 su konačna i početna tjelesna temperatura, respektivno.

Formula specifičnog toplotnog kapaciteta: c = Q / m*(t2 - t1)

Također možete izraziti iz ove formule:

• m = Q / c*(t2-t1) - tjelesna težina
• t1 = t2 - (Q / c*m) - početna tjelesna temperatura
• t2 = t1 + (Q / c*m) - konačna tjelesna temperatura
• Δt = t2 - t1 = (Q / c*m) - temperaturna razlika (delta t)

Šta je sa specifičnim toplotnim kapacitetom gasova? Ovdje je sve zbunjujuće. Sa čvrstim i tečnim materijama situacija je mnogo jednostavnija. Njihov specifični toplotni kapacitet je konstantna, poznata i lako izračunata vrednost. Što se tiče specifičnog toplotnog kapaciteta gasova, ova vrednost je veoma različita u različitim situacijama. Uzmimo zrak kao primjer. Specifični toplotni kapacitet vazduha zavisi od njegovog sastava, vlažnosti i atmosferskog pritiska.

Istovremeno, kako temperatura raste, gas se povećava u zapremini, a mi treba da unesemo drugu vrednost - konstantnu ili promenljivu zapreminu, što će takođe uticati na toplotni kapacitet. Zbog toga se pri izračunavanju količine toplote za vazduh i druge gasove koriste posebni grafikoni specifičnog toplotnog kapaciteta gasova u zavisnosti od različitih faktora i uslova.