Чему равна удельная теплоемкость олова что это значит

Теплопроводность, теплоемкость и плотность олова Sn

Теплопроводность, теплоемкость и плотность олова зависят от температуры и структуры этого металла. При атмосферном давлении олово имеет две кристаллические модификации: β-олово, стабильное выше температуры 19°С и низкотемпературное α-олово. Обе модификации способны длительное время существовать в метастабильном переохлажденном и, соответственно, перегретом состояниях.

Плотность олова при температуре 20°С имеет значение 7310 кг/м 3 . Плотность олова (или его удельный вес) намного меньше плотности свинца и немногим меньше плотности стали, однако олово намного тяжелее алюминия. При нагревании олова его плотность, как и у других металлов, снижается. Олово относится к легкоплавким металлам, и его несложно расплавить даже на обычной кухне. Плотность жидкого олова при температуре 250°С принимает значение 6980 кг/м 3 .

Удельная теплоемкость олова равна 230 Дж/(кг·град) при температуре 20°С. Температурная зависимость теплоемкости олова является типичной для простых металлов. Удельная теплоемкость олова слабо зависит от температуры и при его нагревании увеличивается. Значение теплоемкости жидкого олова имеет постоянную величину 255 Дж/(кг·град) при температурах выше 523 К. При этом объемная теплоемкость этого металла снижается из-за уменьшения его плотности. Например, при температуре 773 К удельная (объемная) теплоемкость олова в жидком состоянии равна 1,73 МДж/(м 3 ·град).

Теплопроводность олова имеет среднее значение среди распространенных металлов. Она сравнима с теплопроводностью железа или углеродистой стали, при этом больше теплопроводности чугуна. У β-олова теплопроводность носит электронный характер, и при температуре 20°С коэффициент теплопроводности олова равен 65 Вт/(м·град), что в 6 раз меньше теплопроводности меди при этой же температуре. Повышение температуры олова приводит к снижению его теплопроводности. Например, при температуре 523К (250°С) теплопроводность жидкого олова становится равной 34,1 Вт/(м·град).

В таблице представлены также данные о температурной зависимости коэффициента температуропроводности, кинематической вязкости и числа Прандтля жидкого олова в интервале температуры 523-773 К.


Следует также отметить, что при атмосферном давлении олово плавится при температуре 505 К (или 232°С) и его теплота плавления составляет 52 кДж/кг. Температура кипения олова равна 2267°С, а теплота испарения олова имеет значение 3014 кДж/кг. Термоэдс олова в твердом состоянии отрицательна по абсолютной величине и растет с повышением температуры.

Источник

Удельная теплоемкость

Содержание

Вам уже известно, что количество теплоты зависит от массы вещества, разности температур и рода вещества. Количество теплоты ($Q$) в СИ измеряется в джоулях ($Дж$).

Возьмем два тела одинаковой массы и температуры, но из разных веществ. Логично, что для их нагрева на $1 \degree C$ потребуется разное количество теплоты. В этом случае у нас разный род веществ, из которых состоят тела. Здесь мы вводим новое понятие – удельная теплоемкость вещества.

В данном уроке мы рассмотрим это новое для нас определение, узнаем его физическое значение, познакомимся с удельной теплоемкостью различных веществ.

Удельная теплоемкость вещества

Удельная теплоемкость вещества – это физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой $1 \space кг$ для того, чтобы его температура изменилась на $1 \degree C$

Рассмотрим на примерах, как удельная теплоемкость характеризует вещество.

Читайте также:  Радиус атома кремния больше радиуса атома олова

Возьмем $1 \space кг$ воды и нагреем его на $1 \degree C$ (рисунок 1).

Для этого нам понадобится $4200 \space Дж$. Именно это количество теплоты и будет определять удельную теплоемкость воды.

А теперь нагреем на $1 \degree C$ кусок свинца массой $1 \space кг$ (рисунок 2).

В этот раз нам потребуется затратить $140 \space Дж$. Это значение ожидаемо отличается от количества теплоты, затраченное на нагревание воды. Тем не менее, это количество теплоты так же будет характеризовать удельную теплоемкость свинца.

Единица измерения удельной теплоемкости

Удельная теплоемкость обозначается буквой $c$.

Измеряется удельная теплоемкость вещества в $\frac<Дж><кг \cdot \degree C>$.

Рассмотрим эту единицу измерения на примере графита. Его удельная теплоемкость равна $750 \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$. Что это означает?

Из этого значения мы можем сказать, что:

  1. Для нагревания куска графита массой $1 \space кг$ на $1 \degree C$ нам необходимо затратить количество теплоты, равное $750 \space Дж$
  2. При охлаждении куска графиты массой $1 \space кг$ на $1 \degree C$ будет выделяться количество теплоты, равное $750 \space Дж$
  3. При изменении температуры куска графита массой $1 \space кг$ на $1 \degree C$ он будет или поглощать, или выделять количество теплоты, равное $750 \space Дж$

Табличные значения удельной теплоемкости

Существуют уже известные значения удельной теплоемкости различных веществ. Они представлены таблице 1.

Вещество $c, \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$ Вещество $c, \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$
Золото 130 Песок 820
Ртуть 140 Стекло 840
Свинец 140 Кирпич 880
Олово 230 Алюминий 920
Серебро 250 Масло подсолнечное 1700
Медь 400 Лед 2100
Цинк 400 Керосин 2100
Латунь 400 Эфир 2350
Железо 460 Дерево (дуб) 2400
Сталь 500 Спирт 2500
Чугун 540 Вода 4200
Графит 750 Гелий 5200

Таблица 1. Удельные теплоемкости некоторых веществ.

Вода имеет почти самую большую теплоемкость в таблице – $4200 \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$. Это означает, что вода, находящаяся в морях и океанах, поглощает большое количество теплоты, нагреваясь летом. Зимой воды начинает остывать и отдавать большое количество теплоты. Поэтому, в местностях, которые расположены в непосредственной близости от воды, летом не бывает очень жарко, а зимой не бывает очень холодно. По этой же причине воду широко используют в технике (например, охлаждение деталей во время их обработки) и быту (отопительный системы помещений).

Песок имеет небольшую теплоемкость – $820 \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$. Он быстро нагревается и быстро остывает. Поэтому в пустыне днем очень жарко, а ночью температура может опуститься почти ниже $0 \degree C$.

Удельная теплоемкость и агрегатные состояния вещества

Давайте взглянем в таблицу 1 и сравним значения удельной теплоемкости льда и воды.

Удельная теплоемкость льда – $ 2100 \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$, а воды – $4200 \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$. Но мы знаем, что одно и то же вещество в разных агрегатных состояниях.

Удельная теплоемкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, различна.

Например, при $-120 \degree C$ ртуть будет находиться в твердом состоянии. Ее удельная теплоемкость будет равна $129 \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$. В жидком же состоянии удельная теплоемкость ртути равна $138 \frac<Дж><кг \cdot \degree C>$.

Источник

Удельная теплоемкость вещества

О чем эта статья:

Нагревание и охлаждение

Эти два процесса знакомы каждому. Вот нам захотелось чайку, и мы ставим чайник, чтобы нагреть воду. Или ставим газировку в холодильник, чтобы охладить.

Логично предположить, что нагревание — это увеличение температуры, а охлаждение — ее уменьшение. Все, процесс понятен, едем дальше.

Но не тут-то было: температура меняется не «с потолка». Все завязано на таком понятии, как количество теплоты. При нагревании тело получает количество теплоты, а при нагревании — отдает.

  • Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:

Нагревание

Охлаждение

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует и изменение температуры, о котором мы сказали выше, и удельная теплоемкость, речь о которой пойдет дальше.

А вот теперь поговорим о видах теплопередачи.

Виды теплопередачи

  • Теплопередача — это физический процесс передачи тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому.

Здесь все совсем несложно, их всего три: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Тот вид теплопередачи, который можно охарактеризовать, как способность тел проводить энергию от более нагретого тела к менее нагретому.

Речь о том, чтобы передать тепло с помощью соприкосновения. Признавайтесь, грелись же когда-нибудь возле батареи. Если вы сидели к ней вплотную, то согрелись вы благодаря теплопроводности. Обниматься с котиком, у которого горячее пузо, тоже эффективно.

Порой мы немного перебарщиваем с возможностями этого эффекта, когда на пляже ложимся на горячий песок. Эффект есть, только не очень приятный. Ну а ледяная грелка на лбу дает обратный эффект — ваш лоб отдает тепло грелке.

Конвекция

Когда мы говорили о теплопроводности, мы приводили в пример батарею. Теплопроводность — это когда мы получаем тепло, прикоснувшись к батарее. Но все вещи в комнате к батарее не прикасаются, а комната греется. Здесь вступает конвекция.

Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный просто плотнее). Когда батарея нагревает некий объем воздуха, он тут же поднимается наверх, проходит вдоль потолка, успевает остыть и спуститься обратно вниз — к батарее, где снова нагревается. Таким образом, вся комната равномерно прогревается, потому что все более горячие потоки сменяют все менее холодные.

Излучение

Пляж мы уже упоминали, но речь шла только о горячем песочке. А вот тепло от солнышка — это излучение. В этом случае тепло передается через волны.

Обоими способами. То тепло, которое мы ощущаем непосредственно от камина (когда лицу горячо, если вы расположились слишком близко к камину) — это излучение. А вот прогревание комнаты в целом — это конвекция.

Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета

Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:

Нагревание

Охлаждение

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.

С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:

Удельная теплоемкость вещества

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:

Удельная теплоемкость вещества

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

C — теплоемкость вещества [Дж/˚C]

Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

Таблица удельных теплоемкостей

Удельная теплоемкость — табличная величина. Часто ее указывают в условии задачи, но при отсутствии в условии — можно и нужно воспользоваться таблицей. Ниже приведена таблица удельных теплоемкостей для некоторых (многих) веществ.

Источник

8 класс

§ 8. Удельная теплоёмкость

Мы узнали, от каких величин зависит количество теплоты и каковы единицы его измерения. Нам известно, что для нагревания тел одинаковой массы, взятых при одинаковой температуре, на одну и ту же величину требуется разное количество теплоты. Так, для нагревания 1 кг воды на 1 °C требуется количество теплоты, равное 4200 Дж. Если нагревать 1 кг серебра на 1 °С, то потребуется 250 Дж.

Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 °С, называется удельной теплоёмкостью вещества.

Удельная теплоёмкость обозначается буквой с и измеряется в (далее будет записано как: Дж / кг • °С).

Так, например, удельная теплоёмкость цинка равна 400 Дж / кг • °С. Это означает, что для нагревания цинка массой 1 кг на 1 °С необходимо количество теплоты, равное 400 Дж. При охлаждении цинка массой 1 кг на 1 °С выделится количество теплоты, равное 400 Дж. Это означает, что если меняется температура цинка массой 1 кг на 1 °С, то он или поглощает, или выделяет количество теплоты, равное 400 Дж.

Таблица 1. Удельная теплоёмкость некоторых веществ

Вещество с, Дж/кг • °С
Золото 130
Ртуть 140
Свинец 140
Олово 230
Серебро 250
Медь 400
Цинк 400
Латунь 400
Железо 460
Сталь 500
Чугун 540
Графит 750
Стекло лабораторное 840
Кирпич 880
Алюминий 920
Масло подсолнечное 1700
Лёд 2100
Керосин 2100
Эфир 2350
Дерево (дуб) 2400
Спирт 2500
Вода 4200

Следует помнить, что удельная теплоёмкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, различна.

Например, ртуть в жидком состоянии имеет удельную теплоёмкость, равную 138 Дж/кг • °С, а в твёрдом состоянии — 129 Дж/кг • °С (при -120 °С).

Удельная теплоёмкость воды самая большая — 4200 Дж/кг • °С. В связи с этим вода в морях и океанах, нагреваясь летом, поглощает большое количество теплоты. Поэтому в районах, расположенных вблизи водоёмов, летом не бывает очень жарко, а зимой очень холодно. Это связано с тем, что зимой вода остывает и отдаёт большое количество теплоты. Из-за высокой удельной теплоёмкости воду широко используют в технике и быту. Например, в отопительных системах домов, при охлаждении деталей во время их обработки на станках, в медицине (в грелках)и др.

Вопросы:

1. Что называется удельной теплоёмкостью вещества?

2. Что является единицей удельной теплоёмкости вещества?

3. Почему близость водоёмов влияет на температуру воздуха?

4. Почему чаще всего вода используется в системе отопления, для охлаждения двигателей?

Упражнения:

Упражнение № 7

1. Удельная теплоёмкость свинца равна 140 Дж/кг • °С. Что это означает?

2. Для нагревания 1 кг золота на 1 °С требуется 130 Дж. Какова удельная теплоёмкость золота?

Задания:

В таблице 1 найдите жидкости. Какая из жидкостей при одинаковых условиях будет нагреваться быстрее?

Источник