Удельная теплоёмкость

На прошлом уроке мы узнали, что количество теплоты зависит от массы нагреваемого тела, от разности начальной и конечной температуры тела и от вещества из которого тело состоит. Из этого следует, что, например, количество теплоты для нагревания 1 кг свинца на 1 ^оС не равно количеству теплоты для нагревания 1 кг воды на 1 ^оС, потому что свинец и вода — совсем разные вещества. Это и называется удельной теплоёмкостью: количество теплоты, необходимое для нагрева 1 кг того или иного вещества на 1 ^оС.

Поскольку количество теплоты измеряется в джоулях, удельная теплоёмкость измеряется в джоулях на килограмм-градус Цельсия:

В таблице даны значения удельной теплоёмкости для некоторых веществ.

Эти величины были установлены экспериментальным путём, чтобы в дальнейшем их использовать для расчёта количества теплоты, требуемого для нагрева любого вещества любой массы на любое количество градусов. Например, известно, что для нагревания 1 кг алюминия на 1 ^оС требуется 920 Дж. А для нагревания 2 кг — 1840 Дж. Однако, удельная теплоёмкость одного и того же вещества может изменяться в зависимости от агрегатного состояния.

Как видно из таблицы, удельная теплоёмкость воды довольно велика по сравнению с другими веществами. Надо сказать, что вода имеет самую большую удельную теплоёмкость среди жидкостей и твёрдых веществ. Именно поэтому крупные водоёмы оказывают большое влияние на климат в окрестностях. Летом вода остужает воздух, т.к. поглощает большое количество теплоты, а зимой — нагревает, т.к. отдаёт большое количество теплоты.

Это свойство воды широко используется людьми. Например, чтобы остудить только что сваренные яйца, их кладут в холодную воду. Из-за того, что вода обладает большой теплоёмкостью, она забирает много энергии. Также, существуют переносные холодильники. Они сделаны по принципу, похожему на принцип термоса, только внутрь добавляется лед или бутылка с ледяной водой, которая и поддерживает низкую температуру внутри.

Есть много других примеров, которые вы сможете найти без особого труда.

Упражнения.

1. Исходя из приведённой таблицы, что быстрее нагреется на 1 ^оС в одинаковых условиях: подсолнечное масло или керосин?

Быстрее нагреется подсолнечное масло, поскольку его удельная теплоёмкость меньше, а, значит, требуется меньшее количество теплоты для его нагревания.

2. Допустим, вы потратили 460 Дж на нагревание килограмма неизвестного вам металла на 1 ^оС. Может ли таблица помочь вам узнать, что это за металл?

Конечно. Ведь это означает, что удельная теплоёмкость данного металла равна 460 Дж/кг ∙ ^оС, а в таблице указано, что это удельная теплоёмкость железа.

3. Можно ли с помощью таблицы определить за какое время килограмм серебра нагреется на 1 ^оС?

Нет. В таблице указана требуемая для этого энергия. Время же будет зависеть от мощности источника, который мы будем использовать. Очевидно, что зажигалкой этот кусок серебра мы будем нагревать дольше, чем огнемётом.

4. Допустим, вы хотите сделать металлическую пластину, которая быстро нагревается на солнце. Что лучше использовать: золото, ртуть или свинец?

С точки зрения теоретической физики — лучше из золота, ведь у него самая маленькая удельная теплоёмкость, следовательно, оно нагреется быстрее. Однако, золото — очень дорогой металл по сравнению со свинцом или ртутью, а удельная теплоёмкость этих металлов незначительно больше. Но ртуть использовать не стоит, поскольку это опасный для здоровья металл, а самое главное, что ртуть переходит в твёрдое состояние только при температуре –120 градусов Цельсия. Поэтому, лучше использовать свинец.