Q — количество подводимого или отведенного тепла (в джоулях), м — масса образца, а ΔT — разница между начальной и конечной температурами. Теплоемкость измеряется в Дж / (кг · К).

Типовые значения удельной теплоемкости

Вам не нужно использовать калькулятор теплоемкости для большинства обычных веществ.Ниже приведены значения удельной теплоемкости некоторых из самых популярных.

• лед: 2,100 Дж / (кг · К)
• вода: 4,200 Дж / (кг · К)
• водяной пар: 2,000 Дж / (кг · К)
• базальт: 840 Дж / (кг · К)
• гранит: 790 Дж / (кг · К)
• алюминий: 890 Дж / (кг · К)
• железо: 450 Дж / (кг · К)
• медь: 380 Дж / (кг · К)
• свинец: 130 Дж / (кг · К)

Имея эту информацию, вы также можете рассчитать, сколько энергии вам нужно подать на образец, чтобы повысить или понизить его температуру.Например, вы можете проверить, сколько тепла вам нужно, чтобы довести до кипения воду, чтобы приготовить макароны.

Хотите знать, что на самом деле означает результат? Воспользуйтесь нашим калькулятором потенциальной энергии, чтобы проверить, насколько высоко вы поднимете образец с таким количеством энергии. Или проверьте, насколько быстро может двигаться образец, с помощью этого калькулятора кинетической энергии.

Что такое удельная теплоемкость при постоянном объеме?

Удельная теплоемкость — это количество тепла или энергии, необходимое для изменения одной единицы массы вещества постоянного объема на 1 ° C .Формула: Cv = Q / (ΔT ⨉ m) .

Какова формула удельной теплоемкости?

Формула для удельной теплоемкости C вещества с массой м равна C = Q / (м ⨉ ΔT) . Где Q — добавленная энергия, а ΔT — изменение температуры. Удельная теплоемкость во время различных процессов, таких как постоянный объем Cv и постоянное давление Cp , связаны друг с другом отношением удельной теплоемкости ɣ = Cp / Cv или газовой постоянной R = ЦП - ЦВ .

В каких единицах указывается удельная теплоемкость?

Удельная теплоемкость измеряется в Дж / кг K или Дж / кг C , поскольку это тепло или энергия, необходимая во время процесса постоянного объема для изменения температуры вещества с единичной массой на 1 ° C или 1 ° K. .

Какое значение удельной теплоемкости воды?

Удельная теплоемкость воды составляет 4179 Дж / кг K , количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 градус Кельвина.

Какие британские единицы измерения удельной теплоемкости?

Удельная теплоемкость измеряется в БТЕ / фунт ° F в британских единицах и в Дж / кг K в единицах СИ.

Какова удельная теплоемкость меди?

Удельная теплоемкость меди 385 Дж / кг K . Вы можете использовать это значение для оценки энергии, необходимой для нагрева 100 г меди на 5 ° C, то есть Q = m x Cp x ΔT = 0,1 * 385 * 5 = 192,5 Дж.

Какова удельная теплоемкость алюминия?

Удельная теплоемкость алюминия 897 Дж / кг K .Это значение почти в 2,3 раза больше теплоемкости меди. Вы можете использовать это значение для оценки энергии, необходимой для нагрева 500 г алюминия на 5 ° C, то есть Q = m x Cp x ΔT = 0,5 * 897 * 5 = 2242,5 Дж.

Как рассчитать количество выделяемого тепла

Обновлено 12 февраля 2020 г.

Клэр Гиллеспи

Проверено: Lana Bandoim, B.S.

Некоторые химические реакции выделяют энергию за счет тепла. Другими словами, они передают тепло своему окружению.Они известны как экзотермических реакций: «Экзо» относится к внешним или внешним, а «термический» означает тепло.

Некоторые примеры экзотермических реакций включают горение (горение), реакции окисления (ржавление) и реакции нейтрализации между кислотами и щелочами. Многие предметы повседневного обихода, такие как грелки для рук и самонагревающиеся банки для кофе и других горячих напитков, подвергаются экзотермическим реакциям.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Для расчета количества тепла, выделяемого в химической реакции, используйте уравнение Q = mc ΔT , где Q — тепловая энергия перенесенная (в джоулях), м — масса нагреваемой жидкости (в килограммах), c — удельная теплоемкость жидкости (джоуль на килограмм градусов Цельсия), а ΔT — изменение температуры жидкости (градусы Цельсия).

Разница между теплом и температурой

Важно помнить, что температура и тепло — это не одно и то же. Температура — это мера того, насколько что-то горячее, измеряется в градусах Цельсия или Фаренгейта, а тепла — это мера тепловой энергии, содержащейся в объекте, измеряется в джоулях.

Когда тепловая энергия передается объекту, его повышение температуры зависит от:

• массы объекта
• вещества, из которого сделан объект
• количества энергии, приложенной к объекту

Чем больше тепловой энергии переносится на объект, тем больше увеличивается его температура.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость ( c ) вещества — это количество энергии, необходимое для изменения температуры 1 кг вещества на 1 единицу температуры. Различные вещества имеют разную удельную теплоемкость, например, вода имеет удельную теплоемкость 4 181 джоулей / кг градусов C, кислород имеет удельную теплоемкость 918 джоулей / кг градусов C, а свинец имеет удельную теплоемкость 128 джоулей / кг градусов C.

Калькулятор тепловой энергии

Для расчета энергии, необходимой для повышения температуры вещества с известной массой, вы используете формулу удельной теплоемкости:

Q — переданная энергия в джоулях, м — масса вещества в кг, c — удельная теплоемкость в Дж / кг градусов C, а ΔT — изменение температуры в градусах C в формуле удельной теплоемкости.

Калькулятор тепловыделения

Представьте, что 100 г кислоты были смешаны со 100 г щелочи, что привело к повышению температуры с 24 до 32 градусов Цельсия.

Уравнение реакции нейтрализации между кислотой и щелочью может быть уменьшено до:

H ⁺ + OH ^— -> h3O

Используемая формула: Q = mc ∆T

Масса = м = 100 г + 100 г / 1000 г на кг = 0,2 г (одно значащее число)

Удельная теплоемкость воды = c = 4,186 Дж / кг градусов C
Изменение температуры = ΔT = 24 градуса C — 32 градуса C = -8 градусов C

Q = (0.2 кг) (4,186 Дж / кг ° C) (-8 ° C)
Q = -6,688 Дж, что означает выделение 6688 джоулей тепла.

Урок физики

На предыдущей странице мы узнали, что тепло делает с объектом, когда оно накапливается или выделяется. Прирост или потеря тепла приводят к изменениям температуры, изменению состояния или выполнения работы. Тепло — это передача энергии. Когда объект приобретается или теряется, внутри этого объекта будут происходить соответствующие изменения энергии. Изменение температуры связано с изменением средней кинетической энергии частиц внутри объекта.Изменение состояния связано с изменением внутренней потенциальной энергии, которой обладает объект. А когда работа сделана, происходит полная передача энергии объекту, над которым она выполняется. В этой части Урока 2 мы исследуем вопрос Как измерить количество тепла, полученного или выделенного объектом?

Удельная теплоемкость

Предположим, что несколько объектов, состоящих из разных материалов, нагреваются одинаково.Будут ли предметы нагреваться одинаково? Ответ: скорее всего, нет. Разные материалы будут нагреваться с разной скоростью, потому что каждый материал имеет свою удельную теплоемкость. Удельная теплоемкость относится к количеству тепла, необходимому для изменения температуры единицы массы (скажем, грамма или килограмма) на 1 ° C. В учебниках часто указывается удельная теплоемкость различных материалов. Стандартные метрические единицы — Джоуль / килограмм / Кельвин (Дж / кг / К). Чаще используются единицы измерения — Дж / г / ° C.Используйте виджет ниже, чтобы просмотреть удельную теплоемкость различных материалов. Просто введите название вещества (алюминий, железо, медь, вода, метанол, дерево и т. Д.) И нажмите кнопку «Отправить»; результаты будут отображены в отдельном окне.

Удельная теплоемкость твердого алюминия (0,904 Дж / г / ° C) отличается от удельной теплоемкости твердого железа (0,449 Дж / г / ° C). Это означает, что для повышения температуры данной массы алюминия на 1 ° C потребуется больше тепла, чем для повышения температуры той же массы железа на 1 ° C.Фактически, для повышения температуры образца алюминия на заданное количество потребуется примерно вдвое больше тепла по сравнению с тем же изменением температуры того же количества железа. Это связано с тем, что удельная теплоемкость алюминия почти вдвое больше, чем у железа.

Теплоемкость указана из расчета на грамм или на килограмм . Иногда значение указывается на основе на моль , и в этом случае оно называется молярной теплоемкостью. Тот факт, что они указаны из расчета на количество , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, зависит от того, сколько вещества в нем содержится.Эту истину, несомненно, знает всякий, кто варил на плите кастрюлю с водой. Вода закипает при температуре 100 ° C на уровне моря и при слегка пониженной температуре на возвышенностях. Чтобы довести кастрюлю с водой до кипения, ее сначала нужно поднять до 100 ° C. Это изменение температуры достигается за счет поглощения тепла горелкой печи. Быстро замечаешь, что для того, чтобы довести до кипения полную кастрюлю с водой, требуется значительно больше времени, чем для того, чтобы довести до кипения наполовину полную. Это связано с тем, что полная кастрюля с водой должна поглощать больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры.Фактически, требуется вдвое больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры в двойной массе воды.

Удельная теплоемкость также указана из расчета на K или на ° C . Тот факт, что удельная теплоемкость указана из расчета на градус , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения данной массы вещества до определенной температуры, зависит от изменения температуры, необходимого для достижения этой конечной температуры.Другими словами, важна не конечная температура, а общее изменение температуры. Для изменения температуры воды с 20 ° C до 100 ° C (изменение на 80 ° C) требуется больше тепла, чем для повышения температуры того же количества воды с 60 ° C до 100 ° C (изменение на 40 ° C). ° С). Фактически, для изменения температуры данной массы воды на 80 ° C требуется вдвое больше тепла по сравнению с изменением на 40 ° C. Человек, который хочет быстрее довести воду до кипения на плите, должен начать с теплой водопроводной воды вместо холодной.

Это обсуждение удельной теплоемкости заслуживает одного заключительного комментария. Термин «удельная теплоемкость» в некоторой степени неправильный , неправильное обозначение . Этот термин означает, что вещества могут обладать способностью удерживать вещь , называемую теплотой. Как уже говорилось ранее, тепло — это не то, что содержится в объекте. Тепло — это то, что передается к объекту или от него. Объекты содержат энергию в самых разных формах. Когда эта энергия передается другим объектам с другой температурой, мы называем переданную энергию теплом или тепловой энергией .Хотя это вряд ли приживется, более подходящим термином будет удельная энергоемкость.

Удельная теплоемкость позволяет математически связать количество тепловой энергии, полученной (или потерянной) образцом любого вещества, с массой образца и ее результирующим изменением температуры. Связь между этими четырьмя величинами часто выражается следующим уравнением.

Q = m • C • ΔT

где Q — количество тепла, переданного объекту или от него, m — масса объекта, C — удельная теплоемкость материала, из которого состоит объект, а ΔT — результирующее изменение температуры объекта. Как и во всех других ситуациях в науке, значение дельта (∆) для любой величины вычисляется путем вычитания начального значения количества из окончательного значения количества. В этом случае ΔT равно T _final — T _initial .При использовании приведенного выше уравнения значение Q может быть положительным или отрицательным. Как всегда, положительный и отрицательный результат расчета имеет физическое значение. Положительное значение Q указывает, что объект получил тепловую энергию из окружающей среды; это соответствовало бы повышению температуры и положительному значению ΔT. Отрицательное значение Q указывает на то, что объект выделяет тепловую энергию в окружающую среду; это соответствовало бы снижению температуры и отрицательному значению ΔT.

Знание любых трех из этих четырех величин позволяет человеку вычислить четвертое количество. Обычная задача на многих уроках физики включает решение проблем, связанных с отношениями между этими четырьмя величинами. В качестве примеров рассмотрим две проблемы ниже. Решение каждой проблемы разработано для вас. Дополнительную практику можно найти в разделе «Проверьте свое понимание» внизу страницы.

Как и любая проблема в физике, решение начинается с определения известных величин и соотнесения их с символами, используемыми в соответствующем уравнении. В этой задаче мы знаем следующее:

м = 450 г
С = 4,18 Дж / г / ° C
T _{начальный} = 15 ° C
T _{окончательный} = 85 ° C

Мы хотим определить значение Q — количество тепла.Для этого мы использовали бы уравнение Q = m • C • ΔT. Буквы m и C известны; ΔT можно определить по начальной и конечной температуре.

T = T _{окончательный} — T _{начальный} = 85 ° C — 15 ° C = 70 ° C

Зная три из четырех величин соответствующего уравнения, мы можем подставить и решить для Q.

Q = m • C • ΔT = (450 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (70 ° C)
Q = 131670 Дж
Q = 1.3×10 ⁵ J = 130 кДж (округлено до двух значащих цифр)

По сравнению с предыдущей проблемой это гораздо более сложная проблема. По сути, эта проблема похожа на две проблемы в одной. В основе стратегии решения проблем лежит признание того, что количество тепла, теряемого водой (Q _вода ), равно количеству тепла, полученного металлом (Q _металл ). Поскольку значения m, C и ΔT воды известны, можно вычислить Q _water .Это значение Q _воды равно значению металла Q _{. Как только значение металла} Q _{известно, его можно использовать со значением m и ΔT металла для расчета металла} Q _{. Использование этой стратегии приводит к следующему решению:}

Часть 1: Определение потерь тепла водой

Дано:

м = 50,0 г
С = 4,18 Дж / г / ° C
Т _{начальная} = 88,6 ° С
Т _{финальный} = 87.1 ° С
ΔT = -1,5 ° C (T _{конечный} — T _{начальный} )

Решить для Q _воды :

Q _вода = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (-1,5 ° C)
Q _вода = -313,5 Дж (без заземления)
(Знак — означает, что вода теряет тепло)

Часть 2: Определите стоимость металла C

Дано:

Q _металл = 313.5 Дж (используйте знак +, так как металл нагревается)
m = 12,9 г
T _{начальный} = 26,5 ° C
T _{окончательная} = 87,1 ° C
ΔT = (T _{конечный} — T _{начальный} )

Решить для C _металл :

Переставьте Q _{из металла} = m _{из металла} • C _{из металла} • ΔT _{из металла} , чтобы получить C _{из металла} = Q _{из металла} / (m _{из металла} • ΔT _{из металла} )

C _металл = Q _металл / (м _металл • ΔT _металл ) = (313.5 Дж) / [(12,9 г) • (60,6 ° C)]
C _металл = 0,40103 Дж / г / ° C
C _металл = 0,40 Дж / г / ° C (округлено до двух значащих цифр)

Приведенное выше обсуждение и соответствующее уравнение (Q = m • C • ∆T) связывает тепло, получаемое или теряемое объектом, с результирующими изменениями температуры этого объекта. Как мы узнали, иногда тепло накапливается или теряется, но температура не меняется.Это тот случай, когда вещество претерпевает изменение состояния. Итак, теперь мы должны исследовать математику, связанную с изменениями состояния и количества тепла.

Чтобы начать обсуждение, давайте рассмотрим различные изменения состояния, которые можно наблюдать для образца вещества. В таблице ниже перечислены несколько изменений состояния и указаны имена, обычно связанные с каждым процессом.

В случае плавления, кипения и сублимации к образцу вещества должна быть добавлена ​​энергия, чтобы вызвать изменение состояния.Такие изменения состояния называют эндотермическими. Замораживание, конденсация и осаждение экзотермичны; энергия высвобождается образцом материи, когда происходят эти изменения состояния. Таким образом, можно заметить, что образец льда (твердая вода) тает, когда его помещают на горелку или рядом с ней. Тепло передается от горелки к образцу льда; энергия приобретается льдом, вызывая изменение состояния. Но сколько энергии потребуется, чтобы вызвать такое изменение состояния? Есть ли математическая формула, которая могла бы помочь в определении ответа на этот вопрос? Безусловно, есть.

Количество энергии, необходимое для изменения состояния образца материи, зависит от трех вещей. Это зависит от того, что такое субстанция, от того, сколько субстанции претерпевает изменение состояния, и от того, какое изменение состояния происходит. Например, для плавления льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для плавления железа. И для таяния льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для испарения того же количества жидкой воды. И, наконец, для плавления 10 требуется другое количество энергии.0 граммов льда по сравнению с таянием 100,0 граммов льда. Вещество, процесс и количество вещества — это три переменные, которые влияют на количество энергии, необходимое для того, чтобы вызвать конкретное изменение состояния. Используйте виджет ниже, чтобы исследовать влияние вещества и процесса на изменение энергии. (Обратите внимание, что теплота плавления — это изменение энергии, связанное с изменением состояния твердое-жидкое.)

Значения удельной теплоты плавления и удельной теплоты парообразования указаны из расчета на количество .Например, удельная теплота плавления воды составляет 333 Дж / грамм. Чтобы растопить 1,0 грамм льда, требуется 333 Дж энергии. Чтобы растопить 10 граммов льда, требуется в 10 раз больше энергии — 3330 Дж. Такое рассуждение приводит к следующим формулам, связывающим количество тепла с массой вещества и теплотой плавления и испарения.

Для плавления и замораживания: Q = m • ΔH _{плавление}
Для испарения и конденсации: Q = m • ΔH _{испарение}

где Q представляет количество энергии, полученной или высвобожденной во время процесса, m представляет собой массу образца, ΔH _{плавления} представляет собой удельную теплоту плавления (на грамм) и ΔH _{испарения} представляет собой удельную теплоемкость плавления. испарение (из расчета на грамм).Подобно обсуждению Q = m • C • ΔT, значения Q могут быть как положительными, так и отрицательными. Значения Q положительны для процесса плавления и испарения; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен набирать энергию, чтобы плавиться или испаряться. Значения Q отрицательны для процесса замораживания и конденсации; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен терять энергию, чтобы замерзнуть или конденсироваться.

В качестве иллюстрации того, как можно использовать эти уравнения, рассмотрим следующие два примера задач.

Уравнение, связывающее массу (48,2 грамма), теплоту плавления (333 Дж / г) и количество энергии (Q): Q = m • ΔH _fusion .Подстановка известных значений в уравнение приводит к ответу.

Q = м • ΔH _{плавление} = (48,2 г) • (333 Дж / г)
Q = 16050,6 Дж
Q = 1,61 x 10 ⁴ Дж = 16,1 кДж (округлено до трех значащих цифр)

Пример Задачи 3 включает в себя довольно простое вычисление типа «подключай и исправляй». Теперь мы попробуем пример задачи 4, который потребует более глубокого анализа.

В этой задаче лед тает, а жидкая вода остывает. Энергия передается от жидкости к твердому телу. Чтобы растопить твердый лед, на каждый грамм льда необходимо передать 333 Дж энергии. Эта передача энергии от жидкой воды ко льду охлаждает жидкость.Но жидкость может охладиться только до 0 ° C — точки замерзания воды. При этой температуре жидкость начнет затвердевать (замерзнуть), а лед полностью не растает.

Мы знаем следующее о льду и жидкой воде:

Информация о льду:

м = 50,0 г
ΔH _{плавление} = 333 Дж / г

Информация о жидкой воде:

С = 4.18 Дж / г / ° C
T _{начальный} = 26,5 ° C
T _{окончательный} = 0,0 ° C
ΔT = -26,5 ° C (T _{конечный} — T _{начальный} )

Энергия, полученная льдом, равна энергии, потерянной из воды.

Q _лед = -Q _{жидкая вода}

Знак — указывает, что один объект получает энергию, а другой объект теряет энергию. Мы можем вычислить левую часть приведенного выше уравнения следующим образом:

Q _лед = m • ΔH _{плавление} = (50.0 г) • (333 Дж / г)
Q _лед = 16650 Дж

Теперь мы можем установить правую часть уравнения равной m • C • ΔT и начать подставлять известные значения C и ΔT, чтобы найти массу жидкой воды. Решение:

16650 Дж = -Q _{жидкая вода}
16650 Дж = -м _{жидкая вода} • C _{жидкая вода} • ΔT _{жидкая вода}
16650 Дж = -м _{жидкая вода} • (4.18 Дж / г / ° C) • (-26,5 ° C)
16650 Дж = -м _{жидкая вода} • (-110,77 Дж / ° C)
м _{жидкая вода} = — (16650 Дж) / (- 110,77 Дж / ° C)
м _{жидкая вода} = 150,311 г
м _{жидкая вода} = 1,50×10 ² г (округлено до трех значащих цифр)

Еще раз о кривых нагрева и охлаждения

На предыдущей странице Урока 2 обсуждалась кривая нагрева воды.Кривая нагрева показывала, как температура воды увеличивалась с течением времени по мере нагрева образца воды в твердом состоянии (т. Е. Льда). Мы узнали, что добавление тепла к образцу воды может вызвать либо изменение температуры, либо изменение состояния. При температуре плавления воды добавление тепла вызывает преобразование воды из твердого состояния в жидкое состояние. А при температуре кипения воды добавление тепла вызывает преобразование воды из жидкого состояния в газообразное.Эти изменения состояния произошли без каких-либо изменений температуры. Однако добавление тепла к образцу воды, не имеющей температуры фазового перехода, приведет к изменению температуры.

Теперь мы можем подойти к теме кривых нагрева на более количественной основе. На диаграмме ниже представлена ​​кривая нагрева воды. На нанесенных линиях есть пять помеченных участков.

Три диагональных участка представляют собой изменения температуры пробы воды в твердом состоянии (участок 1), жидком состоянии (участок 3) и газообразном состоянии (участок 5).Две горизонтальные секции представляют изменения в состоянии воды. На участке 2 проба воды тает; твердое вещество превращается в жидкость. В секции 4 образец воды подвергается кипению; жидкость превращается в газ. Количество тепла, передаваемого воде в секциях 1, 3 и 5, связано с массой образца и изменением температуры по формуле Q = m • C • ΔT. А количество тепла, переданного воде в секциях 2 и 4, связано с массой образца и теплотой плавления и испарения формулами Q = m • ΔH _fusion (секция 2) и Q = m • ΔH _{испарение} (раздел 4).Итак, теперь мы попытаемся вычислить количество тепла, необходимое для перевода 50,0 граммов воды из твердого состояния при -20,0 ° C в газообразное состояние при 120,0 ° C. Для расчета потребуется пять шагов — по одному шагу для каждого раздела приведенного выше графика. Хотя удельная теплоемкость вещества зависит от температуры, в наших расчетах мы будем использовать следующие значения удельной теплоемкости:

Твердая вода: C = 2,00 Дж / г / ° C
Жидкая вода: C = 4,18 Дж / г / ° C
Газообразная вода: C = 2.01 Дж / г / ° C

Наконец, мы будем использовать ранее сообщенные значения ΔH _{слияния} (333 Дж / г) и ΔH _{испарения} (2,23 кДж / г).

Раздел 1 : Изменение температуры твердой воды (льда) с -20,0 ° C до 0,0 ° C.

Используйте Q ₁ = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,00 Дж / г / ° C, T _{начальная} = -200 ° C и T _{конечная} = 0,0 ° C

Q ₁ = m • C • ΔT = (50.0 г) • (2,00 Дж / г / ° C) • (0,0 ° C — -20,0 ° C)
Q ₁ = 2,00 x10 ³ Дж = 2,00 кДж

Раздел 2 : Таяние льда при 0,0 ° C.

Используйте Q ₂ = m • ΔH _сварка

, где m = 50,0 г и ΔH _{плавление} = 333 Дж / г

Q ₂ = m • ΔH _{плавление} = (50,0 г) • (333 Дж / г)
Q ₂ = 1,665 x10 ⁴ J = 16.65 кДж
Q ₂ = 16,7 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 3 : Изменение температуры жидкой воды с 0,0 ° C на 100,0 ° C.

Используйте Q ₃ = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 4,18 Дж / г / ° C, T _{начальная} = 0,0 ° C и T _{конечная} = 100,0 ° C

Q ₃ = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (100,0 ° C — 0,0 ° C)
Q ₃ = 2.09 x10 ⁴ Дж = 20,9 кДж

Раздел 4 : Кипячение воды при 100,0 ° C.

Используйте Q ₄ = m • ΔH _{испарение}

, где m = 50,0 г и ΔH _{испарение} = 2,23 кДж / г

Q ₄ = m • ΔH _{испарение} = (50,0 г) • (2,23 кДж / г)
Q ₄ = 111,5 кДж
Q ₄ = 112 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 5 : Изменение температуры жидкой воды со 100.От 0 ° C до 120,0 ° C.

Используйте Q ₅ = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,01 Дж / г / ° C, T _{начальная} = 100,0 ° C и T _{конечная} = 120,0 ° C

Q ₅ = m • C • ΔT = (50,0 г) • (2,01 Дж / г / ° C) • (120,0 ° C — 100,0 ° C)
Q ₅ = 2,01 x10 ³ J = 2,01 кДж

Общее количество тепла, необходимое для превращения твердой воды (льда) при -20 ° C в газообразную воду при 120 ° C, является суммой значений Q для каждого участка графика.То есть

Q _итого = Q ₁ + Q ₂ + Q ₃ + Q ₄ + Q ₅

Суммирование этих пяти значений Q и округление до нужного количества значащих цифр приводит к значению 154 кДж в качестве ответа на исходный вопрос.

В приведенном выше примере есть несколько особенностей решения, над которыми стоит задуматься:

• Первое: длинная задача была разделена на части, каждая из которых представляет собой одну из пяти частей графика.Поскольку было вычислено пять значений Q, они были обозначены как Q ₁ , Q ₂ и т. Д. Этот уровень организации требуется в многоступенчатой ​​задаче, такой как эта.
• Секунда: внимание было уделено знаку +/- на ΔT. Изменение температуры (или любой величины) всегда рассчитывается как конечное значение величины за вычетом начального значения этой величины.
• Третий: На протяжении всей задачи внимание уделялось подразделениям.Единицы Q будут либо в Джоулях, либо в килоджоулях, в зависимости от того, какие количества умножаются. Отсутствие внимания к устройствам — частая причина сбоев в подобных проблемах.
• Четвертый: На протяжении всей задачи внимание уделялось значащим цифрам. Хотя это никогда не должно становиться основным акцентом какой-либо проблемы в физике, это, безусловно, деталь, на которую стоит обратить внимание.

Мы узнали здесь, на этой странице, как рассчитать количество тепла, задействованного в любом процессе нагрева / охлаждения и в любом процессе изменения состояния.Это понимание будет иметь решающее значение, когда мы перейдем к следующей странице Урока 2, посвященной калориметрии. Калориметрия — это наука, связанная с определением изменений энергии системы путем измерения теплообмена с окружающей средой.

Проверьте свое понимание

1. Вода имеет необычно высокую удельную теплоемкость. Какое из следующих утверждений логически следует из этого факта?

а.По сравнению с другими веществами горячая вода вызывает сильные ожоги, потому что хорошо проводит тепло.
б. По сравнению с другими веществами вода при нагревании быстро нагревается до высоких температур.
c. По сравнению с другими веществами, образец воды требует значительного количества тепла, чтобы немного изменить ее температуру.

2. Объясните, почему в больших водоемах, таких как озеро Мичиган, в начале июля может быть довольно прохладно, несмотря на то, что температура наружного воздуха около или выше 90 ° F (32 ° C).

3. В таблице ниже описан термический процесс для различных объектов (выделен красным жирным шрифтом). Для каждого описания укажите, набирается или теряется тепло объектом, является ли процесс эндотермическим или экзотермическим, и является ли Q для указанного объекта положительным или отрицательным значением.

4. Образец металлического цинка массой 11,98 грамма помещают в баню с горячей водой и нагревают до 78,4 ° C. Затем его удаляют и помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 мл воды комнатной температуры (T = 27,0 ° C; плотность = 1,00 г / мл). Вода прогревается до температуры 28.1 ° С. Определите удельную теплоемкость цинка.

5. Джейк берет из туалета банку с газировкой и выливает ее в чашку со льдом. Определите количество тепла, теряемого содой комнатной температуры при плавлении 61,9 г льда (ΔH _fusion = 333 Дж / г).

6. Теплота сублимации (ΔH _{сублимация} ) сухого льда (твердый диоксид углерода) составляет 570 Дж / г. Определите количество тепла, необходимое для превращения 5,0-фунтового мешка сухого льда в газообразный диоксид углерода.(Дано: 1,00 кг = 2,20 фунта)

7. Определите количество тепла, необходимое для повышения температуры 3,82-граммового образца твердого пара-дихлорбензола с 24 ° C до жидкого состояния при 75 ° C. Пара-дихлорбензол имеет температуру плавления 54 ° C, теплоту плавления 124 Дж / г и удельную теплоемкость 1,01 Дж / г / ° C (твердое состояние) и 1,19 Дж / г / ° C (жидкое состояние).

3.12: Расчеты энергоемкости и теплоемкости

Цели обучения

• Связать теплопередачу с изменением температуры.

Тепло — знакомое проявление передачи энергии. Когда мы прикасаемся к горячему объекту, энергия перетекает от горячего объекта к нашим пальцам, и мы воспринимаем эту поступающую энергию как «горячий» объект. И наоборот, когда мы держим кубик льда в ладонях, энергия перетекает из руки в кубик льда, и мы воспринимаем эту потерю энергии как «холод».«В обоих случаях температура объекта отличается от температуры нашей руки, поэтому мы можем сделать вывод, что разница температур является основной причиной теплопередачи.

Удельную теплоемкость вещества можно использовать для расчета изменения температуры, которому подвергнется данное вещество при нагревании или охлаждении. Уравнение, связывающее тепло \ (\ left (q \ right) \) с удельной теплоемкостью \ (\ left (c_p \ right) \), массой \ (\ left (m \ right) \) и изменением температуры \ (\ left (\ Delta T \ right) \) показан ниже.

\ [q = c_p \ times m \ times \ Delta T \]

Поглощаемое или выделяемое тепло измеряется в джоулях. Масса измеряется в граммах. Изменение температуры определяется выражением \ (\ Delta T = T_f — T_i \), где \ (T_f \) — конечная температура, а \ (T_i \) — начальная температура.

Каждое вещество имеет характерную удельную теплоемкость, которая выражается в единицах кал / г • ° C или кал / г • К, в зависимости от единиц, используемых для выражения Δ T .\text{o} \text{C} \right)\)»> 0.233

Направление теплового потока не показано в heat = mc Δ T . Если энергия поступает в объект, общая энергия объекта увеличивается, и значения тепла Δ T положительны. Если энергия исходит из объекта, общая энергия объекта уменьшается, а значения тепла и Δ T являются отрицательными.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

A \ (15.0 \: \ text {g} \) кусок металлического кадмия поглощает \ (134 \: \ text {J} \) тепла, поднимаясь из \ (24.\ text {o} \ text {C} \]

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Какое количество тепла передается при нагревании блока металлического железа весом 150,0 г с 25,0 ° C до 73,3 ° C? Какое направление теплового потока?

Решение

Мы можем использовать heat = mc Δ T , чтобы определить количество тепла, но сначала нам нужно определить Δ T . Поскольку конечная температура утюга составляет 73,3 ° C, а начальная температура составляет 25,0 ° C, Δ T имеет следующий вид:

Δ T = T _{конечный} — T _{начальный} = 73.\ circ C) = 782 \: cal} \]

Обратите внимание, как единицы измерения грамм и ° C отменяются алгебраически, оставляя только единицу калорий, которая является единицей тепла. Поскольку температура железа увеличивается, энергия (в виде тепла) должна течь в металл .

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Какое количество тепла передается при охлаждении блока металлического алюминия массой 295,5 г с 128,0 ° C до 22,5 ° C? Какое направление теплового потока?

Ответ

Тепло уходит из алюминиевого блока.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Образец красновато-коричневого металла массой 10,3 г выделил 71,7 кал тепла при снижении его температуры с 97,5 ° C до 22,0 ° C. Какова удельная теплоемкость металла? Можете ли вы идентифицировать металл по данным в Таблице \ (\ PageIndex {1} \)?

Решение

Вопрос дает нам тепло, конечную и начальную температуры и массу образца. Значение Δ T составляет:

Δ T = T _{конечный} — T _{начальный} = 22.\ circ C)}} \)

c = 0,0923 кал / г • ° C

Это значение удельной теплоемкости очень близко к значению, приведенному для меди в таблице 7.3.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Кристалл хлорида натрия (NaCl) массой 10,7 г имеет начальную температуру 37,0 ° C. Какова конечная температура кристалла, если на него было подано 147 кал тепла?

Ответ

Сводка

Проиллюстрированы расчеты удельной теплоемкости.

Авторы и авторства

Эта страница была создана на основе содержимого следующими участниками и отредактирована (тематически или всесторонне) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, представлением и качеством платформы:

Калькулятор удельной теплоемкости — определение теплоемкости веществ

Онлайн-калькулятор удельной теплоемкости помогает определить удельную теплоемкость, тепловую энергию, массу вещества, начальную и конечную температуру любого вещества.Когда дело доходит до анализа удельной теплоемкости воды или любого другого вещества, он сообщает нам формулу теплоемкости вместе со всем раствором для соответствующего вещества.

Вы попробуете этот калькулятор удельной теплоемкости, чтобы определить теплоемкость нагретого или охлажденного образца.

Хорошо, прочтите данный контекст, чтобы понять, как вычислить удельную теплоемкость (шаг за шагом) и с помощью калькулятора уравнения q = mc∠† t. Но давайте начнем с основ!

Это количество тепла, необходимое для изменения температуры единицы массы любого вещества всего на один градус.Чтобы найти удельную теплоемкость, мы можем сказать, что это мера общей энергии, необходимой для нагрева 1 килограмма любого материала до 1 ° Цельсия или 1 Кельвина. Эти явления должны происходить в диапазоне температур, в котором вещество не меняет своего состояния, например в случае воды она не должна закипать.

Для удобства используйте этот бесплатный, но лучший калькулятор закона Ома для расчета напряжения (В) и сопротивления (R). Ток (I) и мощность (P).

Формула теплоемкости:

$$ C = \ frac {Q} {m \ times \ Delta T} $$

А:

• \ (C \) представляет собой удельную теплоемкость
• \ (Q \) представляет наведенную тепловую энергию
• \ (м \) представляет собой массу
• \ (\ Delta T \) — разница температур
• \ (J \) — это
джоулей
• \ (° C \) — градусы Цельсия или
Цельсия
• \ (K \) —
кельвинов

Пример:

Если у вас есть кусок любого металла весом \ (15 г \), который поглощает \ (134 Дж \) тепла, увеличиваясь с \ (24.От 0 ° C \) до \ (62,7 ° C \). Как вы рассчитаете его удельную теплоемкость?

• С учетом тепла \ (q = 134 Дж \)
• Заданная масса \ (m = 15,0 г \)
• Изменение температуры: \ (\ Delta T = 62,7 — 24,0 = 38,7 \)

Чтобы найти удельную теплоемкость, введите значения в приведенное выше уравнение теплоемкости: \ (\ frac {q} {m \ times \ Delta T} = \ frac {134} {15 \ times 38,7} = 0,231 \). Однако калькулятор удельной теплоемкости может помочь вам найти значения без каких-либо ручных расчетов.

Однако плотность имеет решающее значение для определения чистоты веществ, поэтому попробуйте онлайн-калькулятор плотности, чтобы найти взаимосвязь между плотностью, массой и весом объекта.

Определение удельной теплоемкости показало, что это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 килограмма любого вещества на 1 кельвин. Следовательно, его производная единица \ (SI \) равна \ (J kg − 1 K − 1 \). Калькулятор удельной теплоемкости служит для получения результатов вместе со стандартизованными единицами измерения.

имеет одно из максимальных значений удельной теплоемкости среди обычных веществ.Это примерно \ (4182 Дж / (К · кг) при 20 ° C \). В случае льда это всего \ (2093 Дж / (К · кг) \).

С поддержкой формулы удельной теплоемкости расчет удельной теплоемкости является простым процессом. Посмотрите ниже и выполните несколько простых шагов:

Шаг 1:

Прежде всего, вы должны определить, хотите ли вы нагреть вещество или охладить его. Теперь представьте количество подаваемой энергии как положительное значение.Охлаждая образец, вы должны дать вычтенную энергию как отрицательное значение. Например, предположим, что мы хотим уменьшить тепловую энергию дегустатора на \ (63000 Дж \). Тогда \ (Q \) будет \ (- 63 000 Дж \).

Шаг 2:

Теперь определите разницу между начальным и конечным состоянием образца. Предположим, что разница равна \ (ΔT = -3 K \), а m равно 5 кг.

Шаг 3:

Просто введите значения в уравнение теплоемкости как \ (c = Q / (m x ΔT) \).В этом примере это будет равно c = \ (- 63 000 Дж / (5 кг * -3 K) = 4 200 Дж / (кг • K) \).

Это типичная теплоемкость воды, которую также можно рассчитать с помощью калькулятора удельной теплоемкости за один раз.

Нет необходимости использовать калориметрический калькулятор, чтобы определить удельную теплоемкость обычных веществ, как мы их перечислили ниже:

Стол:

Онлайн-калькулятор удельной теплоемкости помогает определить теплоемкость различных веществ.Просто выполните следующие действия, чтобы получить точные результаты для веществ:

Ввод:

• Прежде всего, выберите вариант, вы хотите найти тепловую энергию, удельную теплоемкость, массу, начальную температуру, конечную температуру любого вещества
• Затем выберите вариант, в котором необходимо выполнить расчеты по изменению температуры \ (ΔT) \) или начальной и конечной температуры
• Теперь вы можете добавлять значения в назначенные поля для выбранных опций
• Затем выберите вещество, например (вода, почва, алюминий, асфальт и т. Д.), Для которого вам нужно найти удельную теплоемкость (это поле необязательно).
• Нажмите кнопку «рассчитать»

Выход:

Калькулятор удельной теплоемкости вычисляет:

• Тепловая энергия, удельная теплоемкость, масса, начальная или конечная температура вещества
• Удельная теплоемкость данного вещества
• Формула для выбранного варианта
• Пошаговое решение по формуле по выбранному варианту

Примечание: Калькулятор удельной теплоемкости поддерживает различные единицы измерения, чтобы предоставить вам точные результаты для веществ.

Калории определяются как количество тепла, которое требуется при давлении 1 для повышения температуры 1 грамма воды при \ (1 ° \) Цельсия. Кроме того, калории были определены в джоулях, и одна калория равна примерно \ (4,2 джоуля \). Следовательно, мы можем сказать, что для повышения температуры 1 грамма воды требуется \ (4,2 джоуля \) энергии. Однако калькулятор теплоемкости — лучший способ получить безошибочный ответ.

Высокая теплоемкость воды обусловлена ​​водородными связями между ее молекулами. Когда тепло поглощается водой, связи водородных тормозов и молекул воды начинают свободно перемещаться. При понижении температуры воды водородные связи выделяют значительное количество энергии.

Обычно \ (250 × 332 джоулей \) энергии, необходимой для плавления \ (200 нг \) льда.

Если вы хотите растопить, требуется 1 г льда с \ (0 ° C \) общим \ (334 Джоуля \) энергии. Его еще называют скрытой теплотой плавления. Калькулятор удельной теплоемкости может рассчитать джоули энергии для нескольких граммов любого вещества за несколько секунд.

У всех нас есть некоторое представление о том, что такое удельная теплоемкость, как мы изучали физику в наших академических кругах. Это количество тепла, которое необходимо для повышения температуры определенного материала на определенное количество, и это количество тепла будет изменяться для разнородных веществ.Конкретный калькулятор — лучший способ найти количество тепла, необходимое для повышения температуры \ (1 (г) \) вещества \ (1 (° C) \).

Из информационного источника Википедии: Удельная теплоемкость

Из источника викторины: тепловая энергия (практические задачи)

От источника искры (ИОП): полное обсуждение теплоемкости

Требования к тепловой энергии

Целью любого нагревательного устройства является повышение или поддержание температуры твердого вещества, жидкости или газа до или на уровне, подходящем для конкретного процесса или применения.Большинство систем отопления можно разделить на две основные ситуации; приложения, требующие поддержания постоянной температуры, и приложения или процессы, требующие нагрева рабочего продукта до различных температур. Принципы и процедуры расчета аналогичны для любой ситуации.

Приложения с постоянной температурой

Большинство применений с постоянной температурой — это особые случаи, когда температура твердого тела, жидкости или газа поддерживается на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды.Расчетные коэффициенты и расчеты основаны на установившемся режиме при фиксированной разнице температур. Потери тепла и потребности в энергии оцениваются с использованием условий «наихудшего случая».

По этой причине определить потребность в тепловой энергии для применения с постоянной температурой относительно просто. Комфортный обогрев (постоянная температура воздуха) и защита трубопроводов от замерзания являются типичными примерами приложений с постоянной температурой. Уравнения и процедуры для расчета потребности в тепле для нескольких приложений обсуждаются далее в этом разделе.

Приложения с переменной температурой

Приложения с переменной температурой (технологические процессы) обычно включают последовательность запуска и имеют множество рабочих переменных. Общая потребность в тепловой энергии для технологических процессов определяется как сумма этих расчетных переменных. В результате расчет тепловой энергии обычно более сложен, чем для приложений с постоянной температурой. Переменные:

Общая поглощенная тепловая энергия — Сумма всей тепловой энергии, поглощенной во время запуска или работы, включая рабочий продукт, скрытую теплоту плавления (или испарения), материалы, контейнеры и оборудование.

Общие потери тепловой энергии — Сумма потерь тепловой энергии из-за теплопроводности, конвекции, излучения, вентиляции и испарения во время запуска или работы.

Расчетный коэффициент безопасности — Коэффициент для компенсации неизвестных факторов в процессе или применении.

Технологические приложения

Выбор и определение размеров установленного оборудования в технологическом процессе основывается на большем из двух рассчитанных требований к тепловой энергии.В большинстве технологических процессов параметры запуска и эксплуатации представляют собой два совершенно разных состояния одного и того же процесса. Тепловая энергия, необходимая для запуска, обычно значительно отличается от энергии, необходимой для рабочих условий. Чтобы точно оценить требования к теплу для приложения, необходимо оценить каждое условие. Сравнительные значения определены следующим образом:

• Расчетная тепловая энергия, необходимая для запуска процесса в течение определенного периода времени.
• Расчетная тепловая энергия, необходимая для поддержания температуры процесса и рабочих условий в течение определенного времени цикла.

Определение поглощенной тепловой энергии

Первым шагом в определении общей потребности в тепловой энергии является определение поглощенной тепловой энергии. Если изменение состояния происходит как прямая или косвенная часть процесса, тепловая энергия, необходимая для изменения состояния, должна быть включена в расчеты.Это правило применяется независимо от того, происходит ли изменение во время запуска или позже, когда материал находится при рабочей температуре. Факторы, которые следует учитывать при расчетах поглощения тепла, показаны ниже:

• Тепло, поглощаемое при запуске:
  • Рабочие продукты и материалы
  • Оборудование (цистерны, стеллажи и др.)
• Скрытое поглощение тепла при запуске или во время запуска:
  • Теплота плавления
  • Теплота испарения
• Коэффициент времени

• Тепло, поглощаемое во время работы:
  • Рабочий продукт в процессе
  • Оборудование погрузочное (ремни, стойки и др.))
  • Макияжные материалы
• Скрытое поглощение тепла при работе:
  • Теплота плавления
  • Теплота испарения
• Коэффициент времени (или цикла), если применимо

Определение потерь тепловой энергии

Объекты или материалы, температура которых превышает температуру окружающей среды, теряют тепловую энергию за счет теплопроводности, конвекции и излучения.Жидкие поверхности, контактирующие с атмосферой, теряют тепловую энергию за счет испарения. При расчете общей потребности в тепловой энергии необходимо учитывать эти потери и обеспечивать достаточное количество энергии для их компенсации. Тепловые потери оцениваются как для условий запуска, так и для условий эксплуатации и добавляются в соответствующий расчет. Тепловые потери при запуске — Первоначально тепловые потери при запуске равны нулю, поскольку все материалы и оборудование находятся при температуре окружающей среды. Тепловые потери увеличиваются до максимума при рабочей температуре.Следовательно, потери тепла при запуске обычно основываются на среднем значении потерь при запуске и потерь при рабочей температуре. Потери тепла при рабочей температуре — тепловые потери максимальны при рабочей температуре. Тепловые потери при рабочей температуре принимаются за полную стоимость и добавляются к общей потребности в энергии.

Оценка коэффициентов тепловых потерь

Обсуждаемые теплопотери можно оценить, используя коэффициенты из диаграмм и графиков, представленных в этом разделе.Общие потери включают излучение, конвекцию и теплопроводность от различных поверхностей и выражаются в ваттах в час на единицу площади поверхности на градус температуры (Вт / час / фут ² / ° F).

Примечание — Поскольку значения в таблицах уже выражены в ваттах в час, на них не влияет фактор времени «t» в уравнениях тепловой энергии.

Расчетный коэффициент безопасности

Во многих системах отопления фактические условия эксплуатации, тепловые потери и другие факторы, влияющие на процесс, можно только оценить.В большинстве расчетов рекомендуется использовать коэффициент запаса прочности, чтобы компенсировать такие неизвестные факторы, как вентиляционный воздух, теплоизоляция, материалы для подпитки и колебания напряжения. Например, колебание (или падение) напряжения на 5% приводит к изменению выходной мощности нагревателя на 10%.

Коэффициенты безопасности варьируются от 10 до 25% в зависимости от уровня уверенности проектировщика в оценке неизвестных. Коэффициент запаса прочности применяется к сумме рассчитанных значений поглощенной и потерянной тепловой энергии.

Общая потребность в тепловой энергии

Общая тепловая энергия (Q _T ), необходимая для конкретного применения, является суммой ряда переменных. Основное уравнение полной энергии:

Q _T = Q _M + Q _L + коэффициент безопасности

Где:

• Q _T = Общая необходимая энергия в киловаттах
• Q _M = Общая энергия в киловаттах, поглощенная рабочим продуктом, включая скрытую теплоту, вспомогательные материалы, емкости и оборудование
• Q _L = Общая энергия в киловаттах, теряемая поверхностями из-за теплопроводности, конвекции, излучения, вентиляции и испарения
• Коэффициент безопасности = от 10% до 25%

Хотя Q _T традиционно выражается в британских тепловых единицах (BTU), при использовании электрических нагревателей удобнее использовать ватты или киловатты.В этом случае выбор оборудования может основываться непосредственно на номинальной мощности нагревателя. Уравнения и примеры в этом разделе преобразованы в ватты.

Основные уравнения тепловой энергии

Следующие уравнения описывают вычисления, необходимые для определения переменных в приведенном выше уравнении полной энергии. Уравнения 1 и 2 используются для определения тепловой энергии, поглощаемой рабочим продуктом и оборудованием. Удельная теплоемкость и скрытая теплота различных материалов указаны в этом разделе в таблицах свойств неметаллических твердых тел, металлов, жидкостей, воздуха и газов.Уравнения 3 и 4 используются для определения потерь тепловой энергии. Потери тепловой энергии с поверхностей можно оценить, используя значения из кривых в таблицах G-114S, G-125S, G-126S или G-128S. Потери проводимости рассчитываются с использованием коэффициента теплопроводности или коэффициента «k», указанного в таблицах свойств материалов.

Поглощенная тепловая энергия определяется по весу материалов, удельной теплоемкости и изменению температуры.Некоторые материалы, такие как свинец, имеют разную удельную температуру в разных состояниях. Когда происходит изменение состояния, для этих материалов требуются два расчета: один для твердого материала и один для жидкости после того, как твердое тело расплавится.

Где:

• Q _A = кВтч, необходимый для повышения температуры
• фунтов = вес материала в фунтах
• C _p = Удельная теплоемкость материала (БТЕ / фунт / ° F)
• Δ T = изменение температуры в ° F [ T _{2 (окончание)} — T _{1 (начало)} ]

Поглощенная тепловая энергия определяется на основе веса материалов и скрытой теплоты плавления или испарения.

Где:

• Q _F = кВтч, необходимый для преобразования материала из твердого в жидкое
• Q _v = кВтч, необходимый для преобразования материала из жидкости в пар или газ
• фунтов = вес материала в фунтах
• H _fus = Теплота плавления (БТЕ / фунт / ° F)
• H _vap = Теплота испарения (БТЕ / фунт / ° F)

Тепловая энергия, теряемая поверхностями из-за излучения, конвекции и испарения, определяется по площади поверхности и скорости потерь в ваттах на квадратный фут в час.

Где:

• Q _LS = кВт-ч, потерянное с поверхностей из-за излучения, конвекции и испарения
• A = Площадь поверхностей в квадратных футах
• L _S = Коэффициент потерь в ваттах на квадратный фут при конечной температуре (Вт / фут ² / час по графикам)

Тепловая энергия, теряемая за счет теплопроводности, определяется площадью поверхности, теплопроводностью материала, толщиной и разницей температур в материале.

Где:

• Q _LC = кВтч, потерянное из-за теплопроводности
• A = Площадь поверхностей в квадратных футах
• k = теплопроводность материала в британских тепловых единицах на дюйм на квадратный фут в час (британские тепловые единицы на дюйм на фут ² на час)
• Δ T = Разница температур в ° F по материалу [T2 — T1]
• d = Толщина материала в дюймах

Обобщение требований к энергии

Уравнения 5a и 5b используются для суммирования результатов всех других уравнений, описанных на этой странице.Эти два уравнения определяют общую потребность в энергии для двух условий процесса: запуска и эксплуатации.

Где:

• Q _T = Общая требуемая энергия в киловаттах
• Q _A = кВтч, необходимый для повышения температуры
• Q _F = кВтч, необходимый для преобразования материала из твердого в жидкое
• Q _V = кВтч, необходимый для преобразования материала из жидкости в пар или газ
• Q _LS = кВтч, потерянное с поверхностей из-за излучения, конвекции и испарения
• Q _LC = кВтч, потерянное из-за теплопроводности
• SF = коэффициент безопасности (в процентах)
• t = Время запуска в часах ²

Где:

• Q _T = Общая требуемая энергия в киловаттах
• Q _A = кВтч, необходимый для повышения температуры добавляемого материала
• Q _F = кВтч, необходимый для изменения добавленного материала с твердого на жидкое
• Q _V = кВтч, необходимый для замены добавляемого материала с жидкости на пар или газ
• Q _LS = кВтч, потерянное с поверхностей из-за излучения, конвекции и испарения
• Q _LC = кВтч, потерянное из-за теплопроводности
• SF = коэффициент безопасности (в процентах)

Размер и выбор оборудования

Размер и номинальные характеристики установленного нагревательного оборудования основаны на большем из результатов расчетов по уравнениям 5a или 5b.

Банкноты —

Коэффициенты потерь из таблиц в этом разделе включают потери от излучения, конвекции и испарения, если не указано иное.

Время ( t ) учитывается в уравнении запуска, поскольку запуск процесса может варьироваться от минут или часов до дней.

Требования к эксплуатации обычно основаны на стандартном периоде времени в один час ( t = 1). Если продолжительность цикла и потребность в тепловой энергии не совпадают с часовыми интервалами, их следует пересчитать на почасовую основу.

Удельная теплоемкость — энергия, температура и изменение состояния — OCR Gateway — GCSE Physics (Single Science) Revision — OCR Gateway

Если энергия передается блоку свинца путем нагревания, частицы свинца получают энергию. Когда свинец находится в твердом состоянии, его частицы только колеблются, но при нагревании они колеблются быстрее. В твердом состоянии частицы расположены близко друг к другу, поэтому они могут столкнуться друг с другом и передать энергию. Энергия передается через блок быстро, поэтому температура блока быстро повышается.

Изменение температуры системы зависит от:

• количества тепловой энергии, переданной системе
• массы вещества
• природы самого вещества

Удельная теплоемкость вещества равна мера количества тепловой энергии, необходимой для повышения температуры данного вещества.

Удельная теплоемкость вещества — это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества на 1 ° C.

Различные вещества имеют разную удельную теплоемкость. Например, удельная теплоемкость воды составляет 4180 Дж / кг ° C, а удельная теплоемкость свинца составляет всего 129 Дж / кг ° C.

Расчет изменений тепловой энергии

Изменение тепловой энергии из-за изменений температуры рассчитывается по следующему уравнению:

изменение тепловой энергии = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры

Это когда:

• изменение тепловая энергия измеряется в джоулях (Дж)
• масса измеряется в килограммах (кг)
• удельная теплоемкость измеряется в джоулях на килограмм на градус Цельсия (Дж / кг ° C)
• изменение температуры измеряется в градусах Цельсия (° C)

Слово «удельная» в слове «удельная теплоемкость» означает на единицу массы, обычно на килограмм.

Пример

Удельная теплоемкость для меди составляет 385 Дж / кг ° C. Рассчитайте изменение тепловой энергии при изменении температуры 2,00 кг меди на 10,0 ° C.

изменение тепловой энергии = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры

= 2,00 × 385 × 10,0

= 7,700 Дж (7,7 кДж)

Вопрос

Удельная теплоемкость воды составляет 4180 Дж / кг ° C. Рассчитайте изменение тепловой энергии при охлаждении 0,200 кг воды со 100 ° C до 25 ° C.0 ° С.

Показать ответ

изменение температуры = (100-25) = 75,0 ° C

изменение тепловой энергии = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры

= 0,200 × 4,180 × 75,0

= 62,700 Дж (62,7 кДж)

Вопрос

Удельная теплоемкость кирпича составляет 840 Дж / кг ° C. Рассчитайте изменение температуры при передаче 400 кДж тепловой энергии на кирпич весом 3,50 кг.