常见物质比热容查询表及比热容概念名词解释之欧阳文创编.docx
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常见物质比热容查询表及比热容概念名词解释之欧阳文创编
比热容(specificheatcapacity)又称比热容量,简称比热(specificheat),是单位质量物质的热容量,即是单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。
比热容是表示物质热性质的物理量。
通常用符号c表示。
时间:
2021.03.12
创作:
欧阳文
混合物的比热容
气体的比热容
水的比热容较大的应用
一、利用水的比热容大来调节气候
二、利用水的比热容大来冷却或取暖
常见物质的比热容混合物的比热容气体的比热容
水的比热容较大的应用
一、利用水的比热容大来调节气候
二、利用水的比热容大来冷却或取暖
编辑本段定义
比热容是单位质量的某种物质升高单位温度所需的热量。
其国际单位制中的单位是焦耳每千克开尔文(J/(kg·K)或J/(kg·℃),J是指焦耳,K是指热力学温标,与摄氏度℃相等),即令1千克的物质的温度上升(或下降)1摄氏度所需的能量。
根据此定理,最基本便可得出以下公式:
c=△E(Q)/m△T
△E为吸收的热量,中学的教科书里为Q;m是物体的质量,△T是吸热(放热)后温度所上升(下降)值,初中的教材里把△T写成△t,其实这是很不规范的(我们生活中常用℃作为温度的单位,很少用K,而且△T=△t,因此中学阶段都用△t,但国际上或者更高等的科学领域,还是使用△T)。
物质的比热容与所进行的过程有关。
在工程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比
比热容测试仪
热容三种。
定压比热容Cp是单位质量的物质在压力不变的条件下,温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量。
定容比热容Cv是单位质量的物质在容积(体积)不变的条件下,温度升高或下降1℃或1K吸收或放出的内能。
饱和状态比热容是单位质量的物质在某饱和状态时,温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的热量。
编辑本段单位
比热容的单位是复合单位。
在国际单位制中,能量、功、热量的主单位统一为焦耳,温度的主单位是开尔文,因此比热容的国际单位为J/(kg·K),读作“焦[耳]每千克开[尔文]”。
([]内的字可以省略。
)
常用单位:
J/(kg·℃)、J/(g·℃)、kJ/(kg·℃)、cal/(kg·℃)、kcal/(kg·℃)等。
注意摄氏度和开尔文仅在温标表示上有所区别,在表示温差的量值意义上等价,因此这些单位中的℃和K可以任意互相替换。
例如“焦每千克摄氏度”和“焦每千克开”是等价的。
比热容表示物体吸热(或散热)能力的物理量
编辑本段计算
设有一质量为m的物体,在某一过程中吸收(或放出)热量ΔQ时,温度升高(或降低)ΔT,则ΔQ/ΔT称为物体在此过程中的热容量(简称热容),用C表示,即C=ΔQ/ΔT。
用热容除以质量,即得比热容c=C/m=ΔQ/mΔT。
对于微小过程的热容和比热容,分别有C=dQ/dT,c=1/m*dQ/dT。
因此,在物体温度由T1变化到T2的有限过程中,吸收(或放出)的热量Q=∫(T2,T1)CdT=m∫(T2,T1)cdT。
一般情况下,热容与比热容均为温度的函数,但在温度变化范围不太大时,可近似地看为常量。
于是有Q=C(T2-T1)=mc(T2-T1)。
如令温度改变量ΔT=T2-T1,则有Q=cmΔT。
这是中学中用比热容来计算热量的基本公式。
在英文中,比热容被称为:
SpecificHeatCapacity(SHC)。
用比热容计算热能的公式为:
Energy=Mass×SpecificHeatCapacity×Temperaturechange
可简写为:
Energy=SHC×Mass×TempCh,Q=cmΔT。
与比热相关的热量计算公式:
Q=cmΔT即Q吸(放)=cm(T初-T末)其中c为比热,m为质量,Q为能量。
吸热时为Q=cmΔT升(用实际升高温度减物体初温),放热时为Q=cmΔT降(用实际初温减降后温度)。
或者Q=cmΔT=cm(T末-T初),Q>0时为吸热,Q<0时为放热。
(涉及到相态变化时的热量计算不能直接用Q=cmΔT,因为不同物质的比热容一般不同,发生物态变化后,物质的比热容变化了。
)
编辑本段历史
最初是在18世纪,苏格兰的物理学家兼化学家J.布莱克发现质量相同的不同物质,上升到相同温度所需的热量不同,而提出了比热容的概念。
几乎任何物质皆可测量比热容,如化学元素、化合物、合金、溶液,以及复合材料。
历史上,曾以水的比热来定义热量,将1克水升高1度所需的热量定义为1卡路里。
混合物的比热容
加权平均计算:
c=ΣC/ΣM=(m1c1+m2c2+m3c3+…)/(m1+m2+m3+…)。
气体的比热容
定义:
Cp定压比热容:
压强不变,温度随体积改变时的热容,Cp=dH/dT,H为焓。
Cv定容比热容:
体积不变,温度随压强改变时的热容,Cv=dU/dT,U为内能。
则当气体温度为T,压强为P时,提供热量dQ时气体的比热容:
Cp*m*dT=Cv*m*dT+PdV;
其中dT为温度改变量,dV为体积改变量。
理想气体的比热容:
对于有f个自由度的气体的定容比热容和摩尔比热容是:
Cv,m=R*f/2
Cv=Rs*f/2
R=8.314J/(mol·K)
迈耶公式:
Cp=Cv+R
比热容比:
γ=Cp/Cv
多方比热容:
Cn=Cv-R/(n-1)=Cv*(γ-n)/(1-n)
对于固体和液体,均可以用比定压热容Cp来测量其比热容,即:
C=Cp(用定义的方法测量C=dQ/mdT)。
Dulong-Petit规律:
金属比热容有一个简单的规律,即在一定温度范围内,所有金属都有一固定的摩尔热容:
Cp≈25J/(mol·K)
所以
cp=25/M,
其中M为摩尔质量,比热容单位J/(kg·K)。
注:
当温度远低于200K时关系不再成立,因为对于T趋于0,C也将趋于0。
编辑本段水的比热容较大的应用
水的比热容较大,在工农业生产和日常生活中有广泛的应用。
这个应用主要考虑两个方面,第一是一定质量的水吸收(或放出)很多的热而自身的温度却变化不多,有利于调节气候;第二是一定质量的水升高(或降低)一定温度吸热(或放热)很多,有利于用水作冷却剂或取暖。
一、利用水的比热容大来调节气候
水的比热容较大,对于气候的变化有显著的影响。
在同样受热或冷却的情况下,水的温度变化小一些,水的这个特征对气候影响很大,白天沿海地区比内陆地区温升慢,夜晚沿海温度降低少,为此一天中沿海地区温度变化小,内陆温度变化大,一年之中夏季内陆比沿海炎热,冬季内陆比沿海寒冷。
海陆风的形成原因与之类似。
1.对气温的影响
据新华社消息,三峡水库蓄水后,这个世界上最大的人工湖将成为一个天然“空调”,使山城重庆的气候冬暖夏凉。
据估计,夏天气温可能会因此下降5℃,冬天气温可能会上升3到4℃。
2.热岛效应的缓解
晴朗无风的夏日,海岛上的地面气温,高于周围海上气温,并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流,这是海洋热岛效应的表现。
近年来,由于城市人口集中,工业发达,交通拥塞,大气污染严重,且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿,从而形成城市热岛效应。
在缓解热岛效应方面,专家测算,一个中型城市环城绿化带树苗长成浓荫后,绿化带常年涵养水源相当于一座容积为1.14×10m的中型水库,由于水的比热容大,能使城区夏季高温下降1℃以上,有效缓解日益严重的“热岛效应”。
水库的建立,水的增加,而水的比热容大,在同样受冷受热时温度变化较小,从而使夏天的温度不会升得比过去高,冬天的温度不会下降的比过去低,使温度保持相对稳定,从而水库成为一个巨大的“天然空调”。
二、利用水的比热容大来冷却或取暖
1.水冷系统的应用
人们很早就开始用水来冷却发热的机器,在电脑CPU散热中可以利用散热片与CPU核心接触,使CPU产生的热量通过热传导的方式传输到散热片上,然后利用风扇将散发到空气中的热量带走。
但水的比热容远远大于空气,因此可以用水代替空气作为散热介质,通过水泵将内能增加的水带走,组成水冷系统。
这样CPU产生的热量传输到水中后水的温度不会明显上升,散热性能优于上述直接利用空气和风扇的系统。
热机(例如汽车的发动机,发电厂的发电机等)的冷却系统也用水做为冷却液,也是利用了水的比热容大这一特性。
2.农业生产上的应用
水稻是喜温作物,在每年三四月份育苗的时候,为了防止霜冻,农民普遍采用“浅水勤灌”的方法,即傍晚在秧田里灌一些水过夜,第二天太阳升起的时候,再把秧田中的水放掉。
根据水的比热容大的特性,在夜晚降温时,使秧苗的温度变化不大,对秧苗起了保温作用。
3.热水取暖
冬季供热用的散热器、暖水袋。
4.其他
诸如在炎热的夏天古代皇室用流水从屋顶上流下,起了防暑降温作用;夏威夷是太平洋深处的一个岛,那里气候宜人,是旅游度假的圣地,除了景色诱人之外,还有一个主要原因就是冬暖夏凉。
其它信息参见词条定压比热容、定容比热容。
编辑本段常见物质的比热容
单位质量的某种物质,温度降低1度放出的热量,与它温度升高一度吸收的热量相等,数值上也等于它的比热容。
物质
化学符号
模型
相态
比热容量(基本)J/(kg·℃)
比热容量(25℃)J/(kg·K)
氢
H
2
气
14000
14300
氦
He
1
气
5190
5193.2
氨
NH3
4
气
2055
2050
氖
Ne
1
气
1030
1030.1
锂
Li
1
固
3580
3582
乙醇
CH3CH2OH
9
液
2460
2440
汽油
混
混
液
2200
2220
石蜡
CnH2n+2
62至122
固
2200
2500
甲烷
CH4
5
气
2160
2156
油
混
混
液
2000
2000
软木塞
混
混
固
2000
2000
乙烷
C2H6
8
气
1730
1729
尼龙
混
混
固
1700
1720
乙炔
C2H2
4
气
1500
1511
聚苯乙烯
CH2
3
固
1300
1300
硫化氢
H2S
3
气
1100
1105
氮
N
2
气
1040
1042
空气(室温)
混
混
气
1030
1012
空气(海平面、干燥、0℃)
混
混
气
1005
1035
氧
O
2
气
920
918
二氧化碳
CO2
3
气
840
839
一氧化碳
CO
2
气
1040
1042
铝
Al
1
固
900
897
石绵
混
混
固
840
847
陶瓷
混
混
固
840
837
氟
F
2
气
820
823.9
砖
混
混
固
750
750
石墨
C
1
固
720
710
四氟甲烷
CF4
5
气
660
659.1
二氧化硫
SO2
3
气
600
620
玻璃
混
混
固
600
84
氯
Cl2
2
气
520
520
钻石
C
1
固
502
509.1
钢
混
混
固
450
450
铁
Fe
1
固
450
444
黄铜
Cu,Zn
混
固
380
377
铜
Cu
1
固
385
386
银
Ag
1
固
235
233
汞
Hg
1
液
139
140
铂
Pt
1
固
135
135
金
Au
1
固
129
126
铅
Pb
1
固
125
128
水蒸气(水)
H2O
3
气
1850
1850
水
H2O
3
液
4200
4186
冰(水)
H2O
3
固
2060
2050(-10℃)
理论上说,常见液体和固体物质中,水的比热容最大
对上表中数值的解释:
(1)比热此表中单位为kJ/(kg·℃)/J/(kg·℃),两单位为千进制1kJ/(kg·℃)/=1*10³J/(kg·℃)
(2)水的比热较大,金属的比热更小一些
(3)c铝>c铁>c钢>c铅(c铅 补充说明:
⒈不同的物质有不同的比热,比热是物质的一种属性,因此,可以用比热的不同来(粗略地)鉴别不同的物质(注意有部分物质比热相当接近)
⒉同一物质的比热一般不随质量、形状的变化而变化。
如一杯水与一桶水,它们的比热相同。
⒊对同一物质,比热值与物态有关,同一物质在同一状态下的比热是一定的(忽略温度对比热的影响),但在不同的状态时,比热是不相同的。
例如水的比热与冰的比热不同。
⒋在温度改变时,比热容也有很小的变化,但一般情况下可以忽略。
比热容表中所给的比热数值是这些物质在常温下的平均值。
⒌气体的比热容和气体的热膨胀有密切关系,在体积恒定与压强恒定时不同,故有定容比热容和定压比热容两个概念。
但对固体和液体,二者差别很小,一般就不再加以区分。
常见气体的比热容
(单位:
kJ/(kg·K))
Cp Cv
氧气0.909 0.649
氢气14.05 9.934
水蒸气1.842 1.381
氮气1.038 0.741
时间:
2021.03.12
创作:
欧阳文