Удельная теплоемкость водных растворов

Учителю физики и ученикам — Удельная теплоемкость

Приветствую Вас, Гость · RSS

15.05.2019, 15:30

Удельная теплоемкость

Теплоемкость — это количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус.

Теплоемкость тела обозначается заглавной латинской буквой С.

От чего зависит теплоемкость тела? Прежде всего, от его массы. Ясно, что для нагрева, напри­мер, 1 килограмма воды потребуется больше тепла, чем для нагрева 200 граммов.

А от рода вещества? Проделаем опыт. Возьмем два одинаковых сосуда и, налив в один из них воду массой 400 г, а в другой — растительное масло массой 400 г, начнем их нагревать с помощью одинаковых горелок.

[attention type=yellow]

Наблюдая за показаниями термометров, мы увидим, что масло нагревается быстрее. Чтобы нагреть воду и масло до одной и той же температуры, воду следует нагревать доль­ше.

[/attention]

Но чем дольше мы нагреваем воду, тем большее количество теплоты она получает от горелки.

Таким образом, для нагревания одной и той же массы разных веществ до одинаковой темпе­ратуры требуется разное количество теплоты. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела и, следовательно, его теплоемкость зависят от рода вещества, из которого состоит это тело.

Так, например, чтобы увеличить на 1 °С температуру воды массой 1 кг, требуется количество теплоты, равное 4200 Дж, а для нагревания на 1 °С такой же массы подсолнечного масла необхо­димо количество теплоты, равное 1700 Дж.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для нагревания 1 кг вещества на 1 °С, называется удельной теплоемкостью этого вещества.

У каждого вещества своя удельная теплоемкость, которая обозначается латинской буквой с и измеряется в джоулях на килограмм-градус (Дж/(кг·K)).

Удельная теплоемкость одного и того же вещества в разных агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном) различна. Например, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/(кг·K), а удельная теплоемкость льда Дж/(кг·K); алюминий в твердом состоянии имеет удельную теплоемкость, равную 920 Дж/(кг·K), а в жидком — Дж/(кг·K).

Заметим, что вода имеет очень большую удельную теплоемкость. Поэтому вода в морях и океанах, нагреваясь летом, поглощает из воздуха большое количество тепла. Благодаря этому в тех местах, которые расположены вблизи больших водоемов, лето не бывает таким жарким, как в местах, удаленных от воды.

Удельная теплоемкость  твердых веществ

В таблице приведены средние значения удельной теплоемкости веществ в интервале температур от 0 до 10°С(если не указана другая температура)

ВеществоУдельная теплоемкость, кДж/(кг·K)

Азот твердый(при t=-250°С)	0,46
Бетон(при t=20°С)	0,88
Бумага(при t=20°С)	1,50
Воздух твердый(при t=-193°С)	2,0
Графит	0,75
Дерево дуб	2,40
Дерево сосна, ель	2,70
Каменная соль	0,92
Камень	0,84
Кирпич(при t=0°С)	0,88

при нормальном атмосферном давлении

ВеществоТемпература ,°CУдельная теплоемкость,к Дж/(кг·K)

Бензин (Б-70)	20	2,05
Вода	1-100	4,19
Глицерин	0-100	2,43
Керосин	0-100	2,09
Масло машинное	0-100	1,67
Масло подсолнечное	20	1,76
Мед	20	2,43
Молоко	20	3,94
Нефть	0-100	1,67-2,09
Ртуть	0-300	0,138
Спирт	20	2,47
Эфир	18	3,34

Вещество Температура ,°C Удельная теплоемкость,к Дж/(кг·K)

Алюминий	0-200	0,92
Вольфрам	0-1600	0,15
Железо	0-100	0,46
Железо	0-500	0,54
Золото	0-500	0,13
Иридий	0-1000	0,15
Магний	0-500	1,10
Медь	0-500	0,40
Никель	0-300	0,50
Олово	0-200	0,23
Платина	0-500	0,14
Свинец	0-300	0,14
Серебро	0-500	0,25
Сталь	50-300	0,50
Цинк	0-300	0,40
Чугун	0-200	0,54

ВеществоТемпература ,°CУдельная теплоемкость,к Дж/(кг·K)

Азот	-200,4	2,01
Алюминий	660-1000	1,09
Водород	-257,4	7,41
Воздух	-193,0	1,97
Гелий	-269,0	4,19
Золото	1065-1300	0,14
Кислород	-200,3	1,63
Натрий	100	1,34
Олово	250	0,25
Свинец	327	0,16
Серебро	960-1300	0,29

при нормальном атмосферном давлении

Вещество Температура ,°C Удельная теплоемкость,к Дж/(кг·K)

Азот	0-200	1,0
Водород	0-200	14,2
Водяной пар	100-500	2,0
Воздух	0-400	1,0
Гелий	0-600	5,2
Кислород	20-440	0,92
Оксид углерода(II)	26-200	1,0
Оксид углерода(IV)	0-600	1,0
Пары спирта	40-100	1,2
Хлор	13-200	0,50

Вернуться

Молярные массы некоторых элементов и веществ

Химическая формула	М, г/моль(кг/кмоль)	Химическая формула	М, г/моль(кг/кмоль)	Химическая формула	М, г/моль(кг/кмоль)
Н2CNOFNaMgAlSiPSClKCaVCr	21214161823242728313235,539405152	FeMnCuH2OР2О5С2Н5ОНСН3ОНKClNaClНNО3H2SO4Na2SО4NaNО3Na4Fe(CN)6К2SО4КMnO4	56556418142463284,558,5639814285304174158	CuSO4CuSO4  5Н2ОСа(ОН)2Н3РО4Na4P2O7Са3(РО4)2SiCl4Fe2О3FeSO4FeSO4 7Н2ОFeS2	1602507498266310170160152278120

Таблица2

Удельная теплоемкость с [кДж/(кг  к)] газов и паров

Вещество	Температура, С
0	100	400	800
1	2	3	4	5
Азот	1,038	1,043	1,093	1,187
Азота оксид	0,95	0,978	1,055	1,135
Аммиак	2,05	2,207	2,738	3,4
Ацетилен	1,633	1,8809	2,317	2,655
Ацетон	1,256	1,537	2,236	
Водород	14,194	14,445	14,571	15,115
Водяной пар	1,859	1,893	2,064	2,345
Воздух	1,005	1,01	1,068	1,156
Кислород	0,917	0,934	1,026	1,101
Метан	2,165	2,449	3,530	4,648
Серы диоксид	0,607	0,662	0,783	0,850
Углерода диоксид	0,816	0,913	1,110	1,228

Окончаниетабл. 2

1	2	3	4	5
Углерода оксид	1,038	1,047	1,105	1,193
Хлор	0,858	0,988	1,038	1,063
Хлороводород	0,8000	0,800	0,821	0,879
Этанол	1,340	1,687	2,613	

Таблица3

Удельная теплоемкость с [кДж/(кг  к)] жидкостей и водных растворов

Вещество	Температура, С
20	60	100
Азотная кислота (50%-ная)	2,847	2,973	3,098
Аммиачная вода (25%-ная)	4,313	4,438	4,606
Ацетон	2,177	2,303	2,445
Вода	4,183	4,186	4,229
Гидроксид натрия50%-ный30%-ный10%-ный	3,2373,5173,768	3,2113,6223,844	3,1953,6393,869
Метанол (100%-ный)	2,567	2,763	2,964
Олеум (20%-ный)	1,424	1,541	1,658
Серная кислота98%-ная75%-ная60%-ная	1,4571,9392,282	1,572,0732,449	1,6832,2072,617
Соляная кислота	2,47	2,805	3,182
Уксусная кислота100%-ная50%-ная	1,9943,098	2,2073,182	2,4243,308
Этанол100%-ный40%-ный	2,4833,517	2,9643,685	3,5133,936

Таблица 4

Основные термодинамические константы некоторых неорганических веществ в стандартных условиях

Вещество	Н298,кДж/моль	G298,кДж/моль	S298,Дж/(моль  К)
С	0	0	5,75
СО (г)	110,5	137,27	197
СО2 (г)	393,51	394,38	213,6
С2Н2 (г)	226,75	209,2	200,8
С2Н4 (г)	52,28	68,12	219,4
СН4 (г)	74,85	50,79	186,19
С2Н6 (г)	84,67	32,80	229,5
СН3ОН (ж)	238,7	166,31	126,7
С2Н5ОН (ж)	227,6	174,77	160,7
СН3СООН (ж)	484,9	392,46	159,8
СuS (т)	48,5	48,95	66,5
Fe (т)	0	0	27,15
FeO (т)	263,68	244,35	58,79
FeCl2 (т)	341,0	302,08	119,66
Fe2O3 (т)	821,32	740,99	89,96
FeS2 (т)	177,2		
Н2 (г)	0	0	130,6
Н2О (г)	241,84	228,8	188,74
Н2О (ж)	285,84	237,5	69,96
N2 (г)	0	0	191,5
N2O (г)	81,55	103,6	220,0
NO2 (г)	33,89	51,84	240,45
N2O4 (г)	9,37	98,28	304,3
NH3 (г)	46,19	16,64	192,5
HNO3 (ж)	173,0	79,91	156,16
NH4OH (ж)	366,69	263,8	179,9
O2	0	0	205,03
P (т) (красн.)	18,41	13,81	22,8
H3PO4 (ж)	1271,94	1147,25	200,83
S (т) (ромб.)	0	0	31,88
SO2 (г)	296,9	300,37	348,1
SO3 (г)	395,2	370,37	256,23
H2S (г)	20,15	33,02	205,64
H2SO4 (ж)	811,3	742,0	156,9
SiO2 (т)	859,3	803,75	42,00

Окончаниетабл. 4

Вещество	Н298,кДж/моль	G298,кДж/моль	S298,Дж/(моль  К)
TiO2 (рутил)	943,49	881,8	50,32
MgO (т)	601,70	569,44	26,94
CaO (т)	535,09	605,55	39,75
Са3(РО4)2 (т)	4122,32		240,768
Al2O3 (-корунд)	1675,7	1582,4	50,91
HCl (г)	92,307	95,286	186,799
KCl (т)	436,68	408,78	82,55
KBr (т)	392,17	378,78	95,86
MgCl2 (т)	641,62	592,12	89,63
Mg(OH)2 (т)	924,7	833,9	63,2
Na2CO3 (т)	1130,37	1048,09	138,78
K2CO3 (т)	1150,2	1064,4	155,52
СаСО3 (т) (кальцит)	1205,85		92,796
MgCO3 (т)	1112,94	1029,35	65,7
MgSO4 (т)	1261,77	1147,50	91,38
CuSO4 (т)	769,12		105,754
K2SO4 (т)	 1432,07		175,56

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Теплофизические свойства и температура замерзания водных растворов NaCl и CaCl2

В таблице представлены теплофизические свойства раствора хлористого кальция CaCl2 в зависимости от температуры и концентрации соли: удельная теплоемкость раствора, теплопроводность, вязкость водных растворов, их температуропроводность и число Прандтля. Концентрация соли CaCl2 в растворе от 9,4 до 29,9 %. Температура, при которой приведены свойства определяется содержанием соли в растворе и находится в диапазоне от -55 до 20°С.

Водный раствор хлорида кальция CaCl2 может не замерзать до температуры минус 55°С. Для достижения этого эффекта концентрация соли в растворе должна быть 29,9%, а его плотность составит величину 1286 кг/м3.

При увеличении концентрации соли в растворе увеличивается не только его плотность, но и такие теплофизические свойства, как динамическая и кинематическая вязкость водных растворов, а также число Прандтля.

Например, динамическая вязкость раствора CaCl2 с концентрацией соли 9,4 % при температуре 20°С равна 0,001236 Па·с, а при увеличении концентрации хлорида кальция в растворе до 30%  его динамическая вязкость увеличивается до значения 0,003511 Па·с.

Следует отметить, что на вязкость водных растворов этой соли наиболее сильное влияние оказывает температура. При охлаждении раствора хлорида кальция с 20 до -55°С его динамическая вязкость может увеличиться в 18 раз, а кинематическая — в 25 раз.

Даны следующие теплофизические свойства раствора CaCl2:

• плотность раствора, кг/м3;
• температура замерзания °С;
• удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град);
• коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
• динамическая вязкость водных растворов, Па·с;
• кинематическая вязкость раствора, м2/с;
• коэффициент температуропроводности, м2/с;
• число Прандтля.

Плотность раствора хлористого кальция CaCl2 в зависимости от температуры

В таблице указаны значения плотности раствора хлористого кальция CaCl2 различной концентрации в зависимости от температуры.
Концентрация хлорида кальция CaCl2 в растворе от 15 до 30 % при температуре от -30 до 15°С. Плотность водного раствора хлористого кальция увеличивается при снижении температуры раствора и увеличением в нем концентрации соли.

Теплопроводность раствора CaCl2 в зависимости от температуры

В таблице представлены значения теплопроводности раствора хлористого кальция CaCl2 различной концентрации при отрицательных температурах.
Концентрация соли CaCl2 в растворе от 0,1 до 37,3 % при температуре от -20 до 0°С. По мере роста концентрации соли в растворе его теплопроводность снижается.

Теплоемкость раствора CaCl2 при 0°С

В таблице представлены значения массовой теплоемкости раствора хлористого кальция CaCl2 различной концентрации при 0°С. Концентрация соли CaCl2 в растворе от 0,1 до 37,3 %. Следует отметить, что с повышением концентрации соли в растворе, его теплоемкость снижается.

Температура замерзания растворов солей NaCl и CaCl2

В таблице приведена температура замерзания растворов солей хлористого натрия NaCl и кальция CaCl2 в зависимости от концентрации соли. Концентрация соли в растворе от 0,1 до 37,3 %. Температура замерзания солевого раствора определяется концентрацией соли в растворе и для хлорида натрия NaCl может достигать значения минус 21,2°С для эвтектического раствора.

Необходимо отметить, что раствор хлористого натрия может не замерзать до температуры минус 21,2°С, а раствор хлористого кальция не замерзает при температуре до минус 55°С.

Плотность раствора NaCl в зависимости от температуры

В таблице представлены значения плотности раствора хлористого натрия NaCl различной концентрации в зависимости от температуры.
Концентрация соли NaCl в растворе от 10 до 25 %. Значения плотности раствора указаны при температуре от -15 до 15°С.

Теплопроводность раствора NaCl в зависимости от температуры

В таблице даны значения теплопроводности раствора хлористого натрия NaCl различной концентрации при отрицательных температурах.
Концентрация соли NaCl в растворе от 0,1 до 26,3 % при температуре от -15 до 0°С. По данным таблицы видно, что теплопроводность водного раствора хлорида натрия снижается по мере роста концентрации соли в растворе.

Удельная теплоемкость раствора NaCl при 0°С

В таблице представлены значения массовой удельной теплоемкости водного раствора хлористого натрия NaCl различной концентрации при 0°С. Концентрация соли NaCl в растворе от 0,1 до 26,3 %. По данным таблицы видно, что с повышением концентрации соли в растворе, его теплоемкость снижается.

Теплофизические свойства раствора NaCl

В таблице представлены теплофизические свойства раствора хлористого натрия NaCl в зависимости от температуры и концентрации соли. Концентрация хлорида натрия NaCl в растворе от 7 до 23,1 %. Необходимо отметить, что при охлаждении водного раствора хлорида натрия его удельная теплоемкость меняется слабо, теплопроводность снижается, а значение вязкости раствора увеличивается.

Даны следующие теплофизические свойства раствора NaCl:

• плотность раствора, кг/м3;
• температура замерзания °С;
• удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град);
• коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
• динамическая вязкость раствора, Па·с;
• кинематическая вязкость раствора, м2/с;
• коэффициент температуропроводности, м2/с;
• число Прандтля.

Плотность растворов хлористого натрия NaCl и кальция CaCl2 в зависимости от концентрации при 15°С

В таблице представлены значения плотности растворов хлористого натрия NaCl и кальция CaCl2 в зависимости от концентрации.

 Концентрация соли NaCl в растворе от 0,1 до 26,3 % при температуре раствора 15°С. Концентрация хлорида кальция CaCl2 в растворе находится в диапазоне от 0,1 до 37,3 % при его температуре 15°С.

Плотность растворов хлорида натрия и кальция растет при увеличении содержания в нем соли.

Коэффициент объемного расширения растворов хлористого натрия NaCl и кальция CaCl2

В таблице даны значения среднего коэффициента объемного расширения водных растворов хлористого натрия NaCl и кальция CaCl2 в зависимости от концентрации и температуры. Коэффициент объемного расширения раствора соли NaCl указан при температуре от -20 до 20°С.

Коэффициент объемного расширения раствора хлорида CaCl2 представлен при температуре от -30 до 20°С.