Теплоємність
(теплоємність, теплова потужність)
Для того, щоб підвищити температуру тіла, необхідно збільшити його внутрішню енергію. Різні тканини можна нагрівати з різним ступенем легкості. Для того, щоб мати можливість порівняти різні речовини з огляду на їх "тепла", досліджують 1 кг речовини
Кількість енергії, необхідна для нагрівання 1 кг речовини на 1 ° С, називається питома теплоємність c речовини
Одиниця виміру [c] = Дж/(кг.К)
| матеріал | питома теплоємність [кДж/(кг.К) | |
| алюміній | 0,90 | |
| залізо | 0,46 | |
| ртуть | 0,14 | низьке теплопоглинання! Тому добре підходить для термометрів |
| Кварц, віконне скло | 0,80 | |
| повітря | 1.01 | |
| Глиняний грунт | 0,89-1,55 | залежно від вмісту води |
| Деревина | 2.30 | |
| води | 4.18 | хороший запас тепла! Тому вода є оптимальним теплоносієм, оскільки вона має гарну теплопровідність, а також високу теплову здатність. |
Теплоємність C тіла дається через C = m.c
м. Маса тіла, c. питома теплоємність
Приклади
Приклад: Питома теплоємність алюмінію приблизно вдвічі більша, ніж у сталі. Ось чому подача тепла повинна підтримуватися приблизно вдвічі довше, щоб досягти однакового підвищення температури (з однаковою масою).
Для нагрівання 1 кг води на 1 ° C (від 14,5 ° C до 15,5 ° C) потрібно 4187 Дж.
Кількість енергії 4187 Дж раніше вводилося як окрема одиниця і як Кілокалорія призначений (юридично неприйнятний з 1.1.1978). У повсякденному житті в основному вживалася назва «калорія». Про це вам нагадують «таблиці калорій».
Питома теплота води особливо велика
приклад 1: З якою швидкістю ви можете прискорити 1 кг води?
mv 2/2 = 4187 Дж -> швидкість v = 91,5 м/с =329 км/год.
Приклад 2: Як високо можна підняти 1 кг води з енергією 4187 Дж?
m.g.h = 4187J -> h = 4187/9.81 =426м
Кількість тепла Q, необхідна для зміни температури D T = TE - TA: Q = c m D T = c m (TE - TA) .
Тут m позначає масу речовини в кг, а TE і TA - кінцеву або початкову температуру в K (або ° C, важливі лише різниці температур)
Приклад кімнатного велосипеда
Кімнатний велосипед приводить в рух електричний генератор; електричний струм використовується для нагрівання води. Скільки часу потрібно було би ступати людині, щоб закип’ятити 1 кг води при 14 ° C, якщо він може генерувати 100 Вт потужності, докладаючи зусиль?
Для нагрівання води тепло Q = cВода, м. (T - T0)
Це тепло подається за шуканий час t занурювальним нагрівачем потужністю P: Q = P t .
Отже, t = m води (T - T0)/P = 1,4200. (100-14)/100 близько 3600 с = 1 год
Вам довелося б їздити на велосипеді протягом 1 години!
- Коли тіла (особливо вода) нагріваються, перетворюється дуже велика кількість енергії. Ми недооцінюємо цю енергію порівняно з іншими енергіями.
- Внутрішня енергія, що міститься в тілах нашого середовища, величезна і набагато перевищує їх "зовнішню енергію" (кінетичну, потенційну)
У випадку газів розрізняють теплоємність cP, яка діє для нагрівання при постійному тиску, і теплоємність cV, яка діє для нагрівання при постійному обсязі.
Ця відмінність необхідна, оскільки тіло, яке розширюється при нагріванні, може, якщо воно утримується на постійному обсязі, перетворити всю енергію, що подається, у внутрішню енергію, тобто H. cP більше, ніж cV.
У випадку з твердими речовинами об'ємне розширення зазвичай виявляється відносно невеликим, так що різницею між двома питомими теплоємностями можна часто нехтувати.
Це розходження зайве для води, оскільки майже завжди можна припустити, що вода буде безперешкодно розширюватися.
Температурна залежність теплоємності:
Вимірювання показали, що питома теплоємність c також зменшується, коли температура падає і наближається до значення 0 все більше і більше. Залежність температури від температури неможливо пояснити законами класичної фізики. Тільки в квантовій фізиці можна передбачити поведінку теплоємності для всіх температурних діапазонів.
Приклади
Іммерсійний нагрівач з енергоспоживанням P = 1100 Вт використовується для нагрівання кавової води. Скільки хвилин потрібно для нагрівання V = 0,500 л води від кімнатної температури (20 ° C) до T = 92 ° C?
Нагрівати воду - це тепло
Це тепло подається в шуканий час t занурювальним нагрівачем потужністю P:
Отже t = V r водна вода (T - T0)/P = 0.5.1.4200.72/1100 = 137s = 2.29 хв
приклад
Ви хочете зняти картоплю, загорнуту в алюмінієву фольгу, з гриля. Де ви найімовірніше обпечете пальці?
а) на фольгу, оскільки вона безпосередньо контактувала з гарячими вугіллями і швидко поглинала тепло.
б) на саму картоплю, оскільки вона має більшу теплоємність.
приклад Нічний нагрівач для зберігання: Тут використовується недорога електрична енергія, яку пропонують спеціально використовувати вночі
Камені економлять тепло протягом дня. Ці магнезитові цегли мають високу питому теплоємність (1090 Дж/(кг. К))
тобто з відповідно великою різницею маси та температури вони можуть зберігати багато тепла.