Количество теплоты как мера изменения внутренней энергии при теплообмене. Удельная теплоемкость

Начать, конечно, следует с определения количества теплоты (или, как мы привыкли говорить, - тепла).

Итак, теплота - это форма беспорядочного (теплового) движения образующих тело частиц (молекул, атомов, электронов, фотонов и т. д.). Количество теплоты есть количество энергии, получаемой или отдаваемой системой при теплообмене. Наряду с работой количество теплоты является мерой изменения внутренней энергии. При теплообмене внутренняя энергия системы меняется в результате прямых взаимодействий (соударений) молекул системы с молекулами окружающих тел.

Элементарное количество сообщаемой телу теплоты (ΔQ) равно произведению теплоемкости тела (с) на соответствующее малое изменение температуры (ΔT):

ΔQ = с х ΔТ

Наиболее распространенной единицей количества тепла в нашей стране является калория (кал). Это такое количество тепла, которое необходимо для повышения температуры 1 см³ дистиллированной воды на 1°С. На практике чаще приходится пользоваться более крупной единицей - килокалорией (ккал), которая равна тысяче калорий. Еще более крупные единицы тепла: мегакалория и гигакалория.

В международной системе СИ, используется другая единица измерения количества тепла - джоуль (Дж). Соотношение между калорией и джоулем простое: количество калорий нужно умножить на 4,1868, чтобы количество тепла выразить в системе СИ (т. е. в джоулях).

В неофициальных зарубежных документах (в статьях, инструкциях и рекламе) встречается еще одна единица измерения тепла - Британская тепловая единица (British Thermal Unit,, BTU), которой уже сотни лет пользуются жители англоязычных стран.

Из курса физики, которую мы изучали в средней школе, известно, что тепло - это работа, а работа - это тепло. Поэтому и для измерения количества тепла можно использовать знакомые нам единицы: килограммометр (кгм) и лошадиную силу в час, равную интенсивности работы 75 кгм/с в течение часа.

И еще одна единица тепла, которую в последние годы особенно широко используют в зарубежной литературе по теплоснабжению, - киловатт-час (кВт-ч). Данная единица представляет собой произведение мощности (1 кВт) на время (1 ч). 1 кВт - это тепло, равное 1 кДж, произведенное (или потребленное) в течение 1 с.

 

Удельная теплоёмкость (Удельная теплота нагревания на один градус, обозначается как c) вещества определяется как количество тепловой энергии, необходимой для повышения температуры одного килограмма вещества на один градус.

Единицей СИ для удельной теплоёмкости является Джоуль на килограмм-Кельвин. Следовательно, удельную теплоёмкость можно рассматривать как теплоёмкость единицы массы вещества. На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C.

Формула расчёта удельной теплоёмкости: , где — удельная теплоёмкость, — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении), — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества, — разность конечной и начальной температур вещества.