Fizika i termalni fenomeni su prilično opsežan dio koji se detaljno proučava školski kurs. Ne posljednje mjesto u ovoj teoriji pripisuje se određenim količinama. Prvi od njih je specifični toplinski kapacitet.

Međutim, tumačenju riječi „specifično“ obično se ne poklanja dovoljno pažnje. Učenici to jednostavno pamte kao datost. Šta to znači?

Ako pogledate u Ozhegov rečnik, možete pročitati da je takva količina definisana kao omjer. Štaviše, može se izvesti u odnosu na masu, zapreminu ili energiju. Sve ove količine se moraju uzeti jednako jedan. Sa čime je povezan specifični toplotni kapacitet?

Na proizvod mase i temperature. Štaviše, njihove vrijednosti moraju biti jednake jedan. Odnosno, djelitelj će sadržavati broj 1, ali će njegova dimenzija kombinirati kilogram i stepen Celzijusa. Ovo se mora uzeti u obzir pri formulisanju definicije specifičnog toplotnog kapaciteta, koja je data malo ispod. Postoji i formula iz koje je jasno da su ove dvije veličine u nazivniku.

Šta je to?

Specifična toplota supstanca se unosi u trenutku kada se razmatra situacija sa njenim zagrijavanjem. Bez toga je nemoguće znati koliko će topline (ili energije) biti potrebno za ovaj proces. I izračunajte njegovu vrijednost kada se tijelo ohladi. Inače, ove dvije količine topline su međusobno jednake po modulu. Ali jesu različiti znakovi. Dakle, u prvom slučaju je pozitivan, jer energiju treba trošiti i ona se prenosi u tijelo. Druga situacija hlađenja daje negativan broj, jer se oslobađa toplota i smanjuje se unutrašnja energija tela.

Ova fizička veličina je označena latinično pismo c. Definira se kao određena količina topline potrebna za zagrijavanje jednog kilograma tvari za jedan stepen. Znam školske fizike ovaj stepen je onaj uzet na Celzijusovoj skali.

Kako to izbrojati?

Ako želite znati koji je specifični toplinski kapacitet, formula izgleda ovako:

c = Q / (m * (t 2 - t 1)), gdje je Q količina topline, m je masa tvari, t 2 je temperatura koju je tijelo steklo kao rezultat izmjene topline, t 1 je početna temperatura supstance. Ovo je formula broj 1.

Na osnovu ove formule, mjerna jedinica ove količine je međunarodni sistem jedinice (SI) ispada J/(kg*ºS).

Kako iz ove jednakosti pronaći druge veličine?

Prvo, količina toplote. Formula će izgledati ovako: Q = c * m * (t 2 - t 1). Samo je potrebno zamijeniti vrijednosti u SI jedinicama. To jest, masa u kilogramima, temperatura u stepenima Celzijusa. Ovo je formula broj 2.

Drugo, masa tvari koja se hladi ili zagrijava. Formula za to će biti: m = Q / (c * (t 2 - t 1)). Ovo je formula broj 3.

Treće, promjena temperature Δt = t 2 - t 1 = (Q / c * m). Znak “Δ” se čita kao “delta” i označava promjenu količine, u ovom slučaju temperature. Formula br. 4.

Četvrto, početna i konačna temperatura supstance. Formule koje vrijede za zagrijavanje tvari izgledaju ovako: t 1 = t 2 - (Q / c * m), t 2 = t 1 + (Q / c * m). Ove formule su br. 5 i 6. Ako je problem oko hlađenja supstance, onda su formule: t 1 = t 2 + (Q / c * m), t 2 = t 1 - (Q / c * m) . Ove formule su br. 7 i 8.

Koja značenja može imati?

Eksperimentalno je utvrđeno koje vrijednosti ima za svaku konkretnu supstancu. Zbog toga je napravljena posebna tabela specifičnog toplotnog kapaciteta. Najčešće sadrži podatke koji su validni u normalnim uslovima.

Koji je laboratorijski rad uključen u mjerenje specifičnog toplotnog kapaciteta?

U školskom predmetu fizike je definisano za solidan. Štaviše, njegov toplotni kapacitet se izračunava upoređivanjem sa onim koji je poznat. Najlakši način da to učinite je vodom.

Tokom rada potrebno je izmjeriti početne temperature vode i zagrijane čvrste tvari. Zatim ga spustite u tečnost i sačekajte termičku ravnotežu. Cijeli eksperiment se provodi u kalorimetru, tako da se gubici energije mogu zanemariti.

Zatim morate zapisati formulu za količinu topline koju voda prima kada se zagrije iz čvrste tvari. Drugi izraz opisuje energiju koju tijelo odaje pri hlađenju. Ove dvije vrijednosti su jednake. By matematičkih proračuna Ostaje odrediti specifični toplinski kapacitet tvari od koje se sastoji čvrsto tijelo.

Najčešće se predlaže da se to uporedi s tabličnim vrijednostima kako bi se pokušalo pogoditi od koje je tvari sastavljeno tijelo koje se proučava.

Zadatak br. 1

Stanje. Temperatura metala varira od 20 do 24 stepena Celzijusa. Istovremeno se njegova unutrašnja energija povećala za 152 J. Koliki je specifični toplotni kapacitet metala ako je njegova masa 100 grama?

Rješenje. Da biste pronašli odgovor, trebat ćete koristiti formulu napisanu pod brojem 1. Sve količine potrebne za proračun su tu. Samo prvo trebate pretvoriti masu u kilograme, inače će odgovor biti pogrešan. Jer sve količine moraju biti one prihvaćene u SI.

U jednom kilogramu ima 1000 grama. To znači da se 100 grama mora podijeliti sa 1000, dobićete 0,1 kilogram.

Zamjena svih veličina daje sljedeći izraz: c = 152 / (0,1 * (24 - 20)). Proračuni nisu posebno teški. Rezultat svih radnji je broj 380.

odgovor: s = 380 J/(kg * ºS).

Problem br. 2

Stanje. Odredite konačnu temperaturu na koju će se voda zapremine 5 litara ohladiti ako se uzme na 100 ºS i razdvoji na okruženje 1680 kJ toplote.

Rješenje. Vrijedi početi s činjenicom da se energija daje u nesistemskoj jedinici. Kilodžule je potrebno pretvoriti u džule: 1680 kJ = 1680000 J.

Da biste pronašli odgovor, trebate koristiti formulu broj 8. Međutim, u njoj se pojavljuje masa, au zadatku je nepoznata. Ali količina tečnosti je data. To znači da možemo koristiti formulu poznatu kao m = ρ * V. Gustina vode je 1000 kg/m3. Ali ovdje će se volumen morati zamijeniti u kubnim metrima. Da biste ih pretvorili iz litara, trebate podijeliti sa 1000. Dakle, volumen vode je 0,005 m 3.

Zamjena vrijednosti u formulu mase daje sljedeći izraz: 1000 * 0,005 = 5 kg. Morat ćete potražiti specifični toplinski kapacitet u tabeli. Sada možete preći na formulu 8: t 2 = 100 + (1680000 / 4200 * 5).

Prva radnja je množenje: 4200 * 5. Rezultat je 21000. Druga je dijeljenje. 1680000: 21000 = 80. Posljednje je oduzimanje: 100 - 80 = 20.

Odgovori. t 2 = 20 ºS.

Zadatak br. 3

Stanje. U nju se sipa čaša od 100 g. Početna temperatura vode sa čašom je 0 stepeni Celzijusa. Koliko je toplote potrebno da voda proključa?

Rješenje. Dobro mjesto za početak je uvođenje odgovarajuće notacije. Neka podaci koji se odnose na staklo imaju indeks 1, a za vodu - indeks 2. U tabeli je potrebno pronaći specifične toplotne kapacitete. Čaša je napravljena od laboratorijskog stakla, pa je njena vrijednost c 1 = 840 J/ (kg * ºC). Podaci za vodu su: c 2 = 4200 J/ (kg * ºS).

Njihove mase su date u gramima. Morate ih pretvoriti u kilograme. Mase ovih supstanci će biti označene na sljedeći način: m 1 = 0,1 kg, m 2 = 0,05 kg.

Početna temperatura je data: t 1 = 0 ºS. Za konačnu vrijednost se zna da ona odgovara tački na kojoj voda ključa. Ovo je t 2 = 100 ºS.

Pošto se staklo zagrijava zajedno s vodom, potrebna količina topline bit će zbir dva. Prvi koji je potreban za zagrijavanje stakla (Q 1), a drugi koji se koristi za zagrijavanje vode (Q 2). Da biste ih izrazili, trebat će vam druga formula. Mora se dva puta zapisati s različitim indeksima, a zatim ih zbrojiti.

Ispada da je Q = c 1 * m 1 * (t 2 - t 1) + c 2 * m 2 * (t 2 - t 1). Zajednički faktor (t 2 - t 1) može se izvaditi iz zagrade kako bi se lakše izračunalo. Tada će formula koja će biti potrebna za izračunavanje količine topline poprimiti sljedeći oblik: Q = (c 1 * m 1 + c 2 * m 2) * (t 2 - t 1). Sada možete zamijeniti količine poznate u zadatku i izračunati rezultat.

Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 - 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (J).

Odgovori. Q = 29400 J = 29,4 kJ.

Promjenu unutrašnje energije vršenjem rada karakteriše količina rada, tj. rad je mjera promjene unutrašnje energije u ovaj proces. Promjenu unutrašnje energije tijela tokom prijenosa topline karakterizira količina koja se zove količina topline.

je promjena unutrašnje energije tijela tokom procesa prijenosa topline bez vršenja rada. Količina toplote je označena slovom Q .

Rad, unutrašnja energija i toplota mjere se u istim jedinicama - džulima ( J), kao i svaka vrsta energije.

U termičkim mjerenjima ranije se kao jedinica za količinu topline koristila posebna jedinica energije - kalorija ( feces), jednak količina toplote potrebna da se 1 gram vode zagreje za 1 stepen Celzijusa (tačnije, od 19,5 do 20,5 °C). Ova se jedinica, posebno, trenutno koristi za izračunavanje potrošnje topline (toplotne energije) u stambene zgrade. Eksperimentalno je utvrđen mehanički ekvivalent topline - odnos između kalorija i džula: 1 kal = 4,2 J.

Kada tijelo prenosi određenu količinu topline bez obavljanja posla, njegova unutrašnja energija se povećava ako tijelo odaje određenu količinu topline, tada se njegova unutrašnja energija smanjuje.

Ako 100 g vode sipate u dvije identične posude, jednu i 400 g u drugu na istoj temperaturi i stavite ih na identične gorionike, tada će voda u prvoj posudi ranije proključati. Dakle, što je veća tjelesna masa, potrebna je veća količina topline za zagrijavanje. Isto je i sa hlađenjem.

Količina topline potrebna za zagrijavanje tijela također ovisi o vrsti tvari od koje je tijelo napravljeno. Ovu ovisnost količine topline potrebne za zagrijavanje tijela od vrste tvari karakterizira fizička veličina tzv. specifični toplotni kapacitet supstance.

je fizička veličina jednaka količini toplina koja se mora prenijeti na 1 kg tvari da bi se zagrijala za 1 °C (ili 1 K). 1 kg tvari oslobađa istu količinu topline kada se ohladi za 1 °C.

Specifični toplotni kapacitet je označen slovom With. Jedinica specifičnog toplotnog kapaciteta je 1 J/kg °C ili 1 J/kg °K.

Specifični toplinski kapacitet tvari određuje se eksperimentalno. Tečnosti imaju veći specifični toplotni kapacitet od metala; Voda ima najveću specifičnu toplotu, zlato ima vrlo malu specifičnu toplotu.

Pošto je količina toplote jednaka promeni unutrašnje energije tela, možemo reći da specifični toplotni kapacitet pokazuje koliko se menja unutrašnja energija 1 kg supstance kada se njena temperatura promeni za 1 °C. Konkretno, unutrašnja energija 1 kg olova povećava se za 140 J kada se zagrije za 1 °C, a smanjuje se za 140 J kada se ohladi.

Q potrebno za zagrijavanje tijela mase m na temperaturi t 1 °C do temperature t 2 °S, jednak je umnošku specifičnog toplotnog kapaciteta supstance, telesne mase i razlike između krajnje i početne temperature, tj.

Q = c ∙ m (t 2 - t 1)

Ista formula se koristi za izračunavanje količine topline koju tijelo odaje pri hlađenju. Samo u ovom slučaju treba oduzeti konačnu temperaturu od početne temperature, tj. od veća vrijednost oduzmite manju temperaturu.

Ovo je sažetak teme „Količina toplote. Specifična toplota". Odaberite šta dalje:

• Idi na sljedeći sažetak:

Pretvarač dužine i udaljenosti Pretvarač mase Pretvarač zapremine i količine hrane Konvertor površine Konvertor zapremine i jedinica u kulinarski recepti Pretvarač temperature Konverter pritiska, naprezanja, Youngovog modula Konverter energije i rada Konverter snage Konverter sile Konverter vremena Konverter linearne brzine Konverter ravnog ugla Toplinska efikasnost i efikasnost goriva Konverter broja u razni sistemi notacije Pretvarač mjernih jedinica količine informacija Kurs valuta Ženska odjeća i veličine cipela Muška odjeća i veličine cipela Pretvarač ugaone brzine i frekvencije rotacije Pretvarač ubrzanja Konvertor ugaonog ubrzanja Pretvarač gustine Konvertor specifičnog volumena Pretvarač momenta inercije Pretvarač momenta Pretvarač sile Konvertor obrtnog momenta specifična toplota sagorevanje (po masi) Gustina energije i specifična toplota pretvarača sagorevanja (po zapremini) Konverter temperaturne razlike Koeficijent pretvarača termičke ekspanzije Pretvarač toplotnog otpora Konvertor specifične toplotne provodljivosti Konvertor specifičnog toplotnog kapaciteta Konvertor snage izlaganja energije i toplotnog zračenja Pretvarač gustine toplotnog toka Koeficijent prenosa toplote pretvarač Volumetrijski pretvarač protoka Konvertor masenog protoka Konvertor molarnog protoka Konvertor gustine masenog protoka Konvertor molarne koncentracije Konvertor masene koncentracije u rastvoru Konvertor dinamičkog (apsolutnog) viskoziteta Konvertor kinematičkog viskoziteta površinski napon Konvertor paropropusnosti Konvertor paropropusnosti i brzine prenosa pare Konvertor nivoa zvuka Konvertor osetljivosti mikrofona Konvertor nivoa zvučnog pritiska (SPL) Konvertor nivoa zvučnog pritiska sa izborom referentnog pritiska Konvertor osvetljenosti Konvertor intenziteta svetlosti Konvertor osvetljenja Konvertor rezolucije kompjuterska grafika Pretvarač frekvencije i valne dužine Optička snaga u dioptrijama i žižna daljina Optička snaga u dioptrijama i uvećanje sočiva (×) Električni pretvarač naboja Linearni pretvarač gustine naboja Konvertor gustine površinskog naboja Konvertor zapreminske gustine naelektrisanja Pretvarač električne struje Pretvarač linearne gustine struje Konvertor gustine površinske struje Pretvarač električnog polja Pretvarač elektrostatičkog potencijala i napona Konvertor električnog otpora Konvertor električnog otpora Specifičnost električni otpor Pretvarač električne provodljivosti Pretvarač električne provodljivosti Električni kapacitet Induktivni pretvarač Američki pretvarač kalibra žice Nivoi u dBm (dBm ili dBmW), dBV (dBV), vatima i drugim jedinicama Pretvarač magnetne sile Pretvarač napona magnetsko polje Converter magnetni fluks Magnetna indukcija pretvarač Zračenje. Konvertor brzine doze apsorbovanog jonizujućeg zračenja Radioaktivnost. Konvertor radioaktivnog raspada Zračenje. Konverter doze ekspozicije Zračenje. Pretvarač apsorbovane doze Pretvarač decimalnog prefiksa Prenos podataka Tipografski i slikovni pretvarač Konvertor jedinica zapremine drveta Pretvarač molarne mase Periodni sistem hemijski elementi D. I. Mendeljejev

Početna vrijednost

Preračunata vrijednost

džul po kilogramu po kelvinu džul po kilogramu po °C džul po gramu po °C kilodžul po kilogramu po kelvinu kilodžul po kilogramu po °C kalorija (IT) po gramu po °C kalorija (IT) po gramu po °F kaloriji (term. ) po gramu po °C kilokaloriji (int.) po kg po °C kaloriji (term.) po kg po °C kilokaloriji (int.) po kg po kelvinu kilokaloriji (int.) po kg po kelvinu kgf-metar po kilogramu po kelvin funta-sila stopa po funti po °Rankine BTU (int.) po funti po °F BTU (term.) po funti po °F BTU (int.) po funti po °Rankine BTU (int.) po funti po °Rankineu BTU (int.) po funti po °C toplote. jedinice po funti po °C

Masena koncentracija u otopini

Više o specifičnom toplotnom kapacitetu

Opće informacije

Molekule se kreću pod uticajem toplote - ovo kretanje se zove molekularna difuzija. Što je temperatura tvari viša, to se molekuli brže kreću i dolazi do intenzivnije difuzije. Na kretanje molekula utječe ne samo temperatura, već i pritisak, viskoznost tvari i njena koncentracija, otpor difuzije, udaljenost koju molekuli prelaze kada se kreću i njihova masa. Na primjer, ako uporedimo kako se proces difuzije odvija u vodi i u medu, kada su sve ostale varijable osim viskoznosti jednake, onda je očito da se molekuli u vodi kreću i difundiraju brže nego u medu, jer med ima veću viskoznost.

Molekulima je potrebna energija za kretanje, a što se brže kreću, potrebno im je više energije. Toplina je jedna od vrsta energije koja se koristi u ovom slučaju. To jest, ako održavate određenu temperaturu u tvari, molekuli će se kretati, a ako se temperatura poveća, tada će se kretanje ubrzati. Energija u obliku toplote dobija se sagorevanjem goriva, npr. prirodni gas, ugalj ili drvo. Ako zagrijavate više tvari koristeći istu količinu energije, neke će se tvari vjerojatno zagrijati brže od drugih zbog veće difuzije. Toplotni kapacitet i specifični toplotni kapacitet opisuju upravo ova svojstva tvari.

Specifična toplota određuje koliko je energije (tj. topline) potrebno da se temperatura tijela ili tvari određene mase promijeni za određenu količinu. Ova nekretnina se razlikuje od toplotni kapacitet, koji određuje količinu energije koja je potrebna za promjenu temperature cijelog tijela ili tvari na određenu temperaturu. U proračunima toplotnog kapaciteta, za razliku od specifičnog toplotnog kapaciteta, masa se ne uzima u obzir. Toplotni kapacitet i specifični toplinski kapacitet izračunavaju se samo za tvari i tijela u stabilnom agregacijskom stanju, na primjer, za čvrste tvari. Ovaj članak razmatra oba ova koncepta jer su međusobno povezani.

Toplotni kapacitet i specifični toplotni kapacitet materijala i supstanci

Metali

Metali imaju vrlo jaku molekularnu strukturu jer je udaljenost između molekula u metalima i drugim čvrstim tvarima mnogo manja nego u tekućinama i plinovima. Zbog toga se molekuli mogu kretati samo na vrlo malim udaljenostima, pa je, shodno tome, da bi se kretali većim brzinama, potrebno je mnogo manje energije nego za molekule tekućina i plinova. Zbog ove osobine, njihov specifični toplinski kapacitet je nizak. To znači da je vrlo lako podići temperaturu metala.

Voda

S druge strane, voda ima veoma visok specifični toplotni kapacitet, čak iu poređenju sa drugim tečnostima, pa je potrebno mnogo više energije da se jedna jedinica mase vode zagreje za jedan stepen, u poređenju sa supstancama koje imaju manji specifični toplotni kapacitet. Voda ima veliki toplinski kapacitet zbog jakih veza između atoma vodika u molekuli vode.

Voda je jedna od glavnih komponenti svih živih organizama i biljaka na Zemlji, pa njen specifični toplinski kapacitet igra važnu ulogu za život na našoj planeti. Zbog visokog specifičnog toplotnog kapaciteta vode, temperatura tečnosti u biljkama i temperatura šupljine u telu životinja se malo menjaju čak i u veoma hladnim ili veoma toplim danima.

Voda predstavlja sistem za održavanje toplotnog režima kako u životinjama i biljkama, tako i na površini Zemlje u cjelini. Ogroman dio naše planete prekriven je vodom, tako da voda igra veliku ulogu u regulaciji vremena i klime. Cak i sa velike količine toplota koja dolazi kao rezultat uticaja sunčevog zračenja na površinu Zemlje, temperatura vode u okeanima, morima i drugim vodnim tijelima se postepeno povećava, a i okolna temperatura se polako mijenja. S druge strane, uticaj na temperaturu toplotnog intenziteta sunčevog zračenja je velik na planetama bez velikih površina prekrivenih vodom, kao što je Zemlja, ili u područjima Zemlje gdje je vode oskudno. To je posebno uočljivo ako pogledate razliku između dnevne i noćne temperature. Na primjer, u blizini okeana razlika između dnevne i noćne temperature je mala, ali u pustinji je ogromna.

Visok toplotni kapacitet vode takođe znači da se voda ne samo da se polako zagreva, već se i polako hladi. Zbog ovog svojstva voda se često koristi kao rashladno sredstvo, odnosno kao rashladno sredstvo. Osim toga, isplativo je koristiti vodu zbog niske cijene. U hladnim klimatskim uslovima, topla voda cirkuliše u cevima za grejanje. Pomešan sa etilen glikolom, koristi se u automobilskim radijatorima za hlađenje motora. Takve tečnosti se nazivaju antifriz. Toplotni kapacitet etilen glikola je manji od toplotnog kapaciteta vode, pa je i toplotni kapacitet takve mešavine manji, što znači da je i efikasnost sistema za hlađenje sa antifrizom niža od sistema sa vodom. Ali s tim se morate pomiriti, jer etilen glikol sprečava zamrzavanje vode zimi i oštećenje kanala rashladnog sistema automobila. Više etilen glikola se dodaje rashladnim tečnostima dizajniranim za hladnije klime.

Toplotni kapacitet u svakodnevnom životu

Pod svim ostalim stvarima, toplinski kapacitet materijala određuje koliko se brzo zagrijavaju. Što je veća specifična toplina, to je više energije potrebno za zagrijavanje tog materijala. Odnosno, ako se dva materijala različitog toplotnog kapaciteta zagreju istom količinom toplote i pod istim uslovima, tada će se supstanca sa manjim toplotnim kapacitetom zagrejati brže. Materijali visokog toplotnog kapaciteta, naprotiv, se zagrevaju i sporije otpuštaju toplotu nazad u okolinu.

Kuhinjski pribor i posuđe

Najčešće biramo materijale za posuđe i kuhinjski pribor na osnovu njihovog toplotnog kapaciteta. To se uglavnom odnosi na predmete koji dolaze u direktan kontakt s toplinom, kao što su lonci, tanjiri, posude za pečenje i drugi slični pribor. Na primjer, za lonce i tave bolje je koristiti materijale niskog toplinskog kapaciteta, poput metala. To pomaže lakšem i bržem prijenosu topline od grijača kroz posudu do hrane i ubrzava proces kuhanja.

S druge strane, budući da materijali visokog toplotnog kapaciteta zadržavaju toplotu dugo vremena, dobro ih je koristiti za izolaciju, odnosno kada je potrebno zadržati toplotu proizvoda i sprečiti njeno izlazak u okolinu ili, obrnuto. , kako bi se spriječila toplina prostorije od zagrijavanja rashlađenih proizvoda. Najčešće se takvi materijali koriste za tanjire i čaše u kojima se poslužuju topla ili, obrnuto, vrlo hladna hrana i pića. Oni pomažu ne samo u održavanju temperature proizvoda, već i sprječavaju da se ljudi opeku. Posuđe od keramike i pjenastog polistirena - dobri primjeri upotreba takvih materijala.

Izolacijski prehrambeni proizvodi

U zavisnosti od brojnih faktora, kao što su sadržaj vode i masti u hrani, njihov toplotni kapacitet i specifični toplotni kapacitet variraju. U kulinarstvu, poznavanje toplinskog kapaciteta namirnica omogućava korištenje nekih proizvoda za izolaciju. Postavljanje izolacijskih proizvoda preko druge hrane pomoći će hrani ispod da zadrži toplinu duže. Ako posuđe ispod ovih termoizolacionih proizvoda ima visok toplotni kapacitet, onda polako otpušta toplotu u okolinu. Nakon što se dobro zagriju, još sporije gube toplinu i vodu zahvaljujući izolacijskim proizvodima na vrhu. Zbog toga ostaju topli duže.

Primjer toplinski izolirane hrane je sir, posebno na pizzama i drugim sličnim jelima. Sve dok se ne otopi, propušta vodenu paru, omogućavajući hrani ispod da se brzo ohladi jer voda koju sadrži isparava i na taj način hladi hranu koja je sadrži. Topljeni sir prekriva površinu posude i izoluje hranu ispod. Sir često sadrži hranu s visokim sadržajem vode, kao što su umaci i povrće. Zahvaljujući tome imaju veliki toplotni kapacitet i dugo zadržavaju toplotu, posebno zato što su ispod topljenog sira koji ne ispušta vodenu paru. Zbog toga pica izlazi iz rerne toliko vruća da se lako možete opeći sosom ili povrćem, čak i kada se testo oko ivica već ohladi. Površina pizze ispod sira se ne hladi dugo, što omogućava dostavu pizze u vaš dom u dobro izolovanoj termo vrećici.

Neki recepti koriste umake na isti način kao i sir, da izoluju hranu ispod. Što je veći sadržaj masti u sosu, to bolje izoluje hranu - umaci na bazi putera ili vrhnja su posebno dobri u ovom slučaju. Ovo je opet zbog činjenice da mast sprječava isparavanje vode i, prema tome, izdvajanje topline potrebne za isparavanje.

U kulinarstvu se za toplotnu izolaciju ponekad koriste materijali koji nisu pogodni za hranu. Kuvari u Centralnoj Americi, Filipinima, Indiji, Tajlandu, Vijetnamu i mnogim drugim zemljama često koriste listove banane u tu svrhu. Ne samo da se mogu sakupljati u vrtu, već i kupiti u trgovini ili na tržištu - čak se uvoze u te svrhe u zemlje u kojima se banane ne uzgajaju. Ponekad se aluminijska folija koristi za potrebe izolacije. Ne samo da sprečava isparavanje vode, već i pomaže u zadržavanju topline u unutrašnjosti sprečavajući prijenos topline u obliku zračenja. Ako krila i ostale izbočene dijelove ptice zamotate u foliju prilikom pečenja, folija će spriječiti njihovo pregrijavanje i zagorevanje.

Kuvanje hrane

Hrana sa visokim sadržajem masti, kao što je sir, ima mali toplotni kapacitet. Oni se zagrijavaju više s manje energije od hrane s velikim toplinskim kapacitetom i postižu temperature dovoljno visoke da dođe do Maillardove reakcije. Maillardova reakcija je kemijska reakcija koja se javlja između šećera i aminokiselina koja mijenja okus i izgled proizvodi. Ova reakcija je važna u nekim metodama kuhanja, kao što su pečenje kruha i peciva od brašna, pečenje hrane u pećnici i prženje. Da bi se temperatura namirnica povećala na temperaturu na kojoj se javlja ova reakcija, u kuvanju se koriste namirnice s visokim sadržajem masti.

Šećer u kuvanju

Specifična toplota šećera je čak niža od toplote masti. Budući da se šećer brzo zagrijava do temperature viših od točke ključanja vode, rad s njim u kuhinji zahtijeva poštivanje sigurnosnih pravila, posebno pri pripremi karamele ili slatkiša. Prilikom topljenja šećera morate biti izuzetno oprezni i ne prosipati ga po nezaštićenoj koži, jer temperatura šećera dostiže 175°C (350°F) i opekotine od rastopljenog šećera će biti veoma ozbiljne. U nekim slučajevima potrebno je provjeriti konzistenciju šećera, ali to nikako ne treba raditi golim rukama ako se šećer zagrijava. Ljudi često zaborave koliko brzo i koliko vruć šećer može da se zagreje, zbog čega se opeče. Ovisno o tome čemu služi rastopljeni šećer, može se provjeriti njegova konzistencija i temperatura hladnom vodom, kao što je opisano u nastavku.

Svojstva šećera i šećernog sirupa mijenjaju se ovisno o temperaturi na kojoj se kuhaju. Vrući šećerni sirup može biti rijedak, kao najrjeđi med, gust ili negdje između tankog i gustog. Recepti za bombone, karamele i slatke umake obično navode ne samo temperaturu na kojoj se šećer ili sirup treba zagrijati, već i stupanj tvrdoće šećera, kao što je faza "meka kugla" ili faza "tvrda lopta". . Naziv svake faze odgovara konzistenciji šećera. Da bi odredio konzistenciju, slastičar kapne nekoliko kapi sirupa u ledenu vodu, hladeći ih. Nakon toga, konzistencija se provjerava dodirom. Tako, na primjer, ako se ohlađeni sirup zgusnuo, ali nije stvrdnuo, ali ostaje mekan i može se oblikovati u kuglu, onda se smatra da je sirup u fazi „meke kugle“. Ako je oblik smrznutog sirupa veoma težak, ali se još uvek može promeniti rukom, onda je on u fazi „tvrde lopte“. Slastičari često koriste termometar za hranu i ručno provjeravaju konzistenciju šećera.

Sigurnost hrane

Poznavajući toplinski kapacitet proizvoda, možete odrediti koliko dugo ih je potrebno hladiti ili grijati da bi dosegli temperaturu na kojoj se neće pokvariti i na kojoj se ubijaju bakterije štetne za organizam. Na primjer, da bi se postigla određena temperatura, hrana s većim toplinskim kapacitetom treba duže da se ohladi ili zagrije od hrane s niskim toplinskim kapacitetom. Odnosno, trajanje kuhanja jela ovisi o tome koji su proizvodi uključeni u njega, kao i koliko brzo voda iz njega isparava. Isparavanje je važno jer zahtijeva puno energije. Često se koristi termometar za hranu da bi se provjerilo na koju temperaturu se jelo ili hrana u njemu zagrijala. Posebno ga je pogodno koristiti za kuhanje ribe, mesa i peradi.

mikrovalne pećnice

Koliko efikasno mikrotalasna pećnica zagreva hranu zavisi, između ostalih faktora, od specifičnog toplotnog kapaciteta hrane. Mikrotalasno zračenje, koji proizvodi magnetron mikrovalne pećnice, uzrokuje brže kretanje molekula vode, masti i nekih drugih tvari, uzrokujući zagrijavanje hrane. Molekule masti se lako pomeraju zbog njihovog malog toplotnog kapaciteta, zbog čega masna hrana dostiže višu temperaturu od hrane koja sadrži mnogo vode. Postignuta temperatura može biti toliko visoka da je dovoljna za Maillardovu reakciju. Proizvodi s visokim sadržajem vode ne postižu takve temperature zbog velikog toplinskog kapaciteta vode, pa se u njima ne događa Maillardova reakcija.

Visoke temperature koje dostiže mast u mikrovalnoj pećnici mogu proizvesti hrskavu koricu na nekim namirnicama, kao što je slanina, ali te temperature mogu biti opasne kada se koriste mikrotalasne pećnice, posebno ako se ne pridržavate pravila za korištenje pećnice opisana u uputama za uporabu. Na primjer, kada zagrijavate ili kuhate masnu hranu u pećnici, ne biste trebali koristiti plastično posuđe, jer čak ni posuđe za mikrovalnu pećnicu nije dizajnirano da izdrži temperature koje dostiže masnoća. Takođe treba da zapamtite da je masna hrana veoma vruća i jedite je pažljivo kako se ne biste opekli.

Specifični toplotni kapacitet materijala koji se koriste u svakodnevnom životu

Da li vam je teško prevesti mjerne jedinice s jednog jezika na drugi? Kolege su spremne da vam pomognu. Postavite pitanje u TCTerms i u roku od nekoliko minuta dobićete odgovor.

Toplotni kapacitet je sposobnost da apsorbuje određenu količinu toplote tokom zagrevanja ili je oslobodi tokom hlađenja. Toplotni kapacitet tijela je omjer beskonačno male količine topline koju tijelo prima i odgovarajućeg povećanja njegovih temperaturnih indikatora. Vrijednost se mjeri u J/K. U praksi se koristi nešto drugačija vrijednost - specifični toplinski kapacitet.

Definicija

Šta znači specifični toplotni kapacitet? Ovo je količina koja se odnosi na jediničnu količinu supstance. U skladu s tim, količina tvari može se mjeriti u kubnim metrima, kilogramima ili čak molovima. Od čega ovo zavisi? U fizici, toplotni kapacitet direktno zavisi od toga kojoj kvantitativnoj jedinici pripada, što znači da razlikuju molarni, maseni i volumetrijski toplotni kapacitet. IN građevinska industrija nećete naići na molarne dimenzije, ali ćete se stalno susresti s drugim.

Šta utiče na specifični toplotni kapacitet?

Znate što je toplinski kapacitet, ali koje vrijednosti utječu na indikator još nisu jasne. Na vrijednost specifičnog toplotnog kapaciteta direktno utiče nekoliko komponenti: temperatura supstance, pritisak i druge termodinamičke karakteristike.

Kako temperatura proizvoda raste, njegov specifični toplinski kapacitet raste, ali određene tvari imaju potpuno nelinearnu krivulju u ovoj zavisnosti. Na primjer, s povećanjem indikatora temperature od nula do trideset sedam stupnjeva, specifični toplinski kapacitet vode počinje se smanjivati, a ako je granica između trideset sedam i sto stupnjeva, onda će indikator, naprotiv, povećati.

Vrijedi napomenuti da parametar također ovisi o tome kako se termodinamičke karakteristike proizvoda (pritisak, zapremina, itd.) smiju mijenjati. Na primjer, specifični toplinski kapacitet pri stabilnom pritisku i pri stabilnoj zapremini bit će različit.

Kako izračunati parametar?

Zanima li vas koliki je toplinski kapacitet? Formula za proračun je sljedeća: C=Q/(m·ΔT). Kakva su ovo značenja? Q je količina toplote koju proizvod primi kada se zagreje (ili oslobodi proizvod tokom hlađenja). m je masa proizvoda, a ΔT je razlika između konačne i početne temperature proizvoda. Ispod je tabela toplinskog kapaciteta nekih materijala.

Šta možete reći o izračunavanju toplotnog kapaciteta?

Izračunavanje toplotnog kapaciteta nije najlakši zadatak, pogotovo ako koristite isključivo termodinamičke metode, nemoguće je to učiniti preciznije. Stoga fizičari koriste metode statističke fizike ili poznavanje mikrostrukture proizvoda. Kako napraviti proračune za gas? Toplotni kapacitet plina izračunava se izračunavanjem prosječne energije toplinskog kretanja pojedinih molekula u tvari. Molekularni pokreti mogu biti translacijski ili rotacijski, a unutar molekula može biti cijeli atom ili vibracija atoma. Klasična statistika kaže da za svaki stepen slobode rotacionih i translacionih kretanja postoji molarna vrednost koja je jednaka R/2, a za svaki vibracioni stepen slobode vrednost je jednaka R. Ovo pravilo se naziva i zakon ekviparticije.

U ovom slučaju, čestica jednoatomnog gasa ima samo tri translaciona stepena slobode, pa stoga njen toplotni kapacitet treba da bude jednak 3R/2, što se odlično slaže sa eksperimentom. Svaki molekul dvoatomskog gasa odlikuje se tri translaciona, dva rotirajuća i jednim vibracionim stepenom slobode, što znači da će zakon ekvipodele biti jednak 7R/2, a iskustvo je pokazalo da je toplotni kapacitet mola dvoatomskog gasa na običnoj temperaturi je 5R/2. Zašto je došlo do takvog neslaganja između teorija? Sve je povezano sa činjenicom da će prilikom utvrđivanja toplotnog kapaciteta biti potrebno uzeti u obzir različite kvantne efekte, odnosno koristiti kvantnu statistiku. Kao što vidite, toplotni kapacitet je prilično složen koncept.

Kvantna mehanika kaže da svaki sistem čestica koji vibrira ili rotira, uključujući i molekul gasa, može imati određene diskretne vrijednosti energije. Ako je energija toplotnog kretanja u instaliran sistem nije dovoljna da pobudi oscilacije potrebne frekvencije, onda te oscilacije ne doprinose toplotnom kapacitetu sistema.

U čvrstim tijelima, toplinsko kretanje atoma su slabe vibracije u blizini određenih ravnotežnih položaja, to se odnosi na čvorove kristalne rešetke. Atom ima tri vibraciona stepena slobode i, prema zakonu, molarni toplotni kapacitet čvrstog tela je jednak 3nR, gdje je n broj atoma prisutnih u molekulu. U praksi, ova vrijednost je granica kojoj teži toplinski kapacitet tijela na visokim temperaturama. Vrijednost se postiže normalnim promjenama temperature za mnoge elemente, to se odnosi na metale, kao i na jednostavna jedinjenja. Određuje se i toplotni kapacitet olova i drugih supstanci.

Šta je sa niskim temperaturama?

Već znamo šta je toplotni kapacitet, ali ako govorimo o niskim temperaturama, kako će se onda ta vrednost izračunati? Ako mi pričamo o tome o indikatorima niske temperature, tada se toplinski kapacitet čvrstog tijela tada ispostavlja proporcionalnim T 3 ili takozvani Debajev zakon toplotnog kapaciteta. Glavni kriterij za razlikovanje visokih temperatura od niskih je njihovo uobičajeno poređenje s parametrom karakterističnim za određenu tvar - to može biti karakteristična ili Debyeova temperatura q D. Prikazana vrijednost je utvrđena spektrom vibracija atoma u proizvodu i značajno ovisi o kristalnoj strukturi.

U metalima, elektroni provodljivosti daju određeni doprinos toplotnom kapacitetu. Ovaj dio toplotnog kapaciteta izračunava se pomoću Fermi-Diracove statistike, koja uzima u obzir elektrone. Elektronski toplotni kapacitet metala, koji je proporcionalan uobičajenom toplotnom kapacitetu, je relativno mala vrednost i doprinosi toplotnom kapacitetu metala samo na temperaturama blizu apsolutne nule. Tada toplotni kapacitet rešetke postaje vrlo mali i može se zanemariti.

Maseni toplotni kapacitet

Maseni specifični toplinski kapacitet je količina topline koja je potrebna da se doda jedinici mase tvari da bi se proizvod zagrijao na jediničnu temperaturu. Ova količina je označena slovom C i mjeri se u džulima podijeljenim sa kilogramom po kelvinu - J/(kg K). To je sve za masovni toplotni kapacitet.

Šta je volumetrijski toplotni kapacitet?

Volumetrijski toplinski kapacitet je određena količina topline koju je potrebno dostaviti jedinici volumena proizvoda da bi se zagrijao po jediničnoj temperaturi. Izmjereno ovaj indikator u džulima podijeljenim po kubnom metru po kelvinu ili J/(m³ K). U mnogim građevinskim referentnim knjigama uzima se u obzir maseni specifični toplinski kapacitet u radu.

Praktična primjena toplotnog kapaciteta u građevinarstvu

Mnogi toplinski intenzivni materijali aktivno se koriste u izgradnji zidova otpornih na toplinu. Ovo je izuzetno važno za kuće koje karakteriše periodično grejanje. Na primjer, štednjak. Toplotno intenzivni proizvodi i zidovi izgrađeni od njih savršeno akumuliraju toplinu, pohranjuju je tokom perioda grijanja i postupno otpuštaju toplinu nakon isključivanja sistema, omogućavajući vam da održavate prihvatljivu temperaturu tokom cijelog dana.

Dakle, što je više topline pohranjeno u konstrukciji, to će temperatura u prostorijama biti ugodnija i stabilnija.

Vrijedi napomenuti da obična cigla i beton koji se koriste u izgradnji kuća imaju znatno niži toplinski kapacitet od ekspandiranog polistirena. Ako uzmemo ecowool, ona ima tri puta veći toplinski kapacitet od betona. Treba napomenuti da nije uzalud masa prisutna u formuli za izračunavanje toplinskog kapaciteta. Zahvaljujući velikoj, ogromnoj masi betona ili cigle u odnosu na ekovanu, omogućava kamenim zidovima konstrukcija da akumuliraju ogromne količine topline i izglade sve dnevne temperaturne fluktuacije. Samo mala masa izolacije u svim okvirnim kućama, unatoč dobrom toplinskom kapacitetu, najslabija je oblast svih tehnologija okvira. Riješiti ovaj problem, u svim kućama ugrađeni su impresivni akumulatori topline. Šta je to? To su strukturni dijelovi koje karakterizira velika masa s prilično dobrim toplinskim kapacitetom.

Primjeri akumulatora topline u stvarnom životu

šta bi to moglo biti? Na primjer, neki unutrašnji zidovi od cigle, velika peć ili kamin, betonske košuljice.

Namještaj u svakoj kući ili stanu odličan je akumulator topline, jer šperploča, iverica i drvo zapravo mogu pohraniti tri puta više topline po kilogramu težine od ozloglašene cigle.

Postoje li nedostaci termalnih akumulatora? Naravno, glavni nedostatak ovog pristupa je da akumulator topline treba projektirati u fazi izrade modela okvirne kuće. To je zbog činjenice da je težak i to će se morati uzeti u obzir prilikom stvaranja temelja, a zatim zamisliti kako će se ovaj objekt integrirati u unutrašnjost. Vrijedi reći da ćete morati uzeti u obzir ne samo masu, već ćete morati procijeniti obje karakteristike u svom radu: masu i toplinski kapacitet. Na primjer, ako kao akumulator topline koristite zlato nevjerovatne težine od dvadeset tona po kubnom metru, tada će proizvod funkcionirati po potrebi samo dvadeset tri posto bolje od betonske kocke teške dvije i pol tone.

Koja je supstanca najprikladnija za akumulator topline?

Najbolji proizvod za akumulator topline nije beton i cigla! Bakar, bronza i gvožđe dobro se nose sa ovim zadatkom, ali su veoma teški. Čudno, ali najbolji akumulator toplote je voda! Tečnost ima impresivan toplotni kapacitet, najveći među nama dostupnim supstancama. Samo gasovi helijum (5190 J/(kg K) i vodonik (14300 J/(kg K)) imaju veći toplotni kapacitet, ali su problematični za upotrebu u praksi. Po želji i potrebi pogledajte tabelu toplotnog kapaciteta od supstanci koje su vam potrebne.

U današnjoj lekciji uvest ćemo takav fizički koncept kao specifični toplinski kapacitet tvari. Saznajemo da zavisi od hemijska svojstva supstance, a njena vrednost, koja se može naći u tabelama, je različita za različite supstance. Zatim ćemo saznati mjerne jedinice i formulu za pronalaženje specifičnog toplinskog kapaciteta, a također ćemo naučiti analizirati toplinska svojstva tvari na osnovu vrijednosti njihovog specifičnog toplinskog kapaciteta.

Kalorimetar(od lat. calor– toplo i metor- mjera) - uređaj za mjerenje količine toplote koja se oslobađa ili apsorbuje u bilo kom fizičkom, hemijskom ili biološkom procesu. Termin “kalorimetar” su predložili A. Lavoisier i P. Laplace.

Kalorimetar se sastoji od poklopca, unutrašnjeg i vanjskog stakla. U konstrukciji kalorimetra je veoma važno da između manjih i većih posuda postoji sloj vazduha, koji zbog niske toplotne provodljivosti obezbeđuje slab prenos toplote između sadržaja i spoljašnje sredine. Ovaj dizajn vam omogućava da kalorimetar smatrate nekom vrstom termosa i praktično se riješite utjecaja spoljašnje okruženje o nastanku procesa izmjene topline unutar kalorimetra.

Kalorimetar je namenjen preciznijim merenjima specifičnih toplotnih kapaciteta i drugih toplotnih parametara tela od navedenih u tabeli.

Komentar. Važno je napomenuti da takav koncept kao što je količina toplote, koji vrlo često koristimo, ne treba mešati sa unutrašnjom energijom tela. Količina topline određena je upravo promjenom unutrašnje energije, a ne njenom specifičnom vrijednošću.

Imajte na umu da je specifični toplotni kapacitet različitih supstanci različit, što se može videti u tabeli (Sl. 3). Na primjer, zlato ima specifičan toplinski kapacitet. Kao što smo ranije naveli, fizičko značenje Ova vrijednost specifičnog toplotnog kapaciteta znači da za zagrijavanje 1 kg zlata za 1 °C potrebno mu je opskrbiti 130 J topline (slika 5).

Rice. 5. Specifični toplotni kapacitet zlata

U sljedećoj lekciji razgovarat ćemo o izračunavanju vrijednosti količine topline.

Listaknjiževnost

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizika 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Drfa, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Prosvetljenje.

1. Internet portal “vactekh-holod.ru” ()

Zadaća

Povratak