Удельная теплоемкость

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. 

На 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.

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.

{"questions":[{"content":"Удельная теплоемкость определяет количество теплоты, которое необходимо для нагрева тела[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["массой $1 \\space кг$ на $1 \\degree C$","массой $1 \\space кг$ в течение $1 \\space мин$","на  $1 \\degree C$ в течение $1 \\space с$"],"answer":[0]}},"hints":[]}]}

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.

{"questions":[{"content":"Чему равна теплоемкость олова? [[input-1]] $\\frac{Дж}{кг \\cdot \\degree C}$.","widgets":{"input-1":{"type":"input","inline":1,"answer":"230"}},"hints":[]}]}

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).

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.

{"questions":[{"content":"Удельная теплоемкость зависит от[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["агрегатного состояния вещества","массы тела","времени нагревания тела"],"answer":[0]}},"hints":[]}]}

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 $138 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$.