Калькулятор удельной теплоёмкости
Рассчитайте количество теплоты, необходимое для изменения температуры вещества, по формуле Q = m·c·ΔT. Найдите любую величину, выберите из 19 предустановок материалов, переключайте единицы массы и энергии и вводите ΔT напрямую или из начальной и конечной температуры.
Калькулятор удельной теплоёмкости
Выберите величину для расчёта, затем введите остальные три. Всё обновляется в реальном времени.
Результат
О калькуляторе удельной теплоёмкости
Удельная теплоёмкость (c) — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного килограмма вещества на один кельвин (или один градус Цельсия). Именно это делает воду столь хорошей для хранения тепла: удельная теплоёмкость воды 4186 Дж/(кг·K) намного выше, чем у металлов, таких как медь (385) или железо (449), поэтому металлическая сковорода нагревается за секунды, а вода внутри неё — за минуты. Теплота, необходимая для изменения температуры без изменения агрегатного состояния, выражается как Q = m·c·ΔT, где Q — количество теплоты в джоулях, m — масса, c — удельная теплоёмкость, ΔT — изменение температуры. Этот калькулятор решает уравнение в любом направлении — задайте любые три из четырёх величин, и он найдёт четвёртую — и включает 19 точных предустановок материалов, массу в граммах или килограммах, энергию в джоулях, килоджоулях или калориях, а также режим диапазона температур, вычисляющий ΔT по начальной и конечной температуре. Это ключевое соотношение, лежащее в основе калориметрии — экспериментального измерения теплоты, применяемого в химии, кулинарии, отоплении и охлаждении, а также в инженерии.
Как пользоваться этим калькулятором
- 1 Выберите, что нужно найти: количество теплоты Q, массу m, удельную теплоёмкость c или изменение температуры ΔT.
- 2 Введите остальные три значения. Выберите предустановку материала, чтобы c заполнилось автоматически, при необходимости переключайте единицы массы (г/кг) и энергии (Дж/кДж/кал) и включите «Использовать T₁ → T₂», чтобы вычислить ΔT по начальной и конечной температуре.
- 3 Прочитайте ответ с формулой над ним, выделенной искомой величиной и теплотой, показанной в Дж, кДж и кал.
Как работает Q = mcΔT
Когда вы подводите теплоту к веществу, не плавя, не доводя до кипения и не изменяя иным образом его агрегатное состояние, вся энергия идёт на повышение его температуры. Величина равна: Q = m·c·ΔT где Q — теплота (джоули), m — масса (кг), c — удельная теплоёмкость (Дж/(кг·K)) и ΔT — изменение температуры. Поскольку изменение на 1 K по величине равно изменению на 1 °C, ΔT в кельвинах равно ΔT в градусах Цельсия — важно только изменение, а не начальная температура. Преобразование формулы позволяет найти любую величину: • Теплота: Q = m·c·ΔT • Масса: m = Q / (c·ΔT) • Удельная теплоёмкость: c = Q / (m·ΔT) • Изменение температуры: ΔT = Q / (m·c) Например, нагрев 1 кг воды (c = 4186) на 10 K требует Q = 1 × 4186 × 10 = 41 860 Дж = 41,86 кДж. Теплота, уходящая при охлаждении вещества, описывается тем же уравнением с отрицательным ΔT. Это в точности тот принцип, что используется в калориметрии, где теплота, полученная одним телом, равна теплоте, отданной другим.
Часто задаваемые вопросы
Что такое удельная теплоёмкость?
Удельная теплоёмкость — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного килограмма вещества на один кельвин — что эквивалентно одному градусу Цельсия. Измеряется в Дж/(кг·K). Высокая удельная теплоёмкость означает, что вещество сопротивляется изменению температуры и накапливает много тепла: значение воды 4186 Дж/(кг·K) — одно из самых высоких среди обычных веществ, тогда как у металлов оно гораздо ниже (медь 385, свинец всего 128), поэтому металлы быстро нагреваются и остывают.
Сколько энергии нужно для нагрева воды?
Используйте Q = m·c·ΔT с c = 4186 Дж/(кг·K) для воды. Чтобы нагреть 1 кг воды на 10 °C, нужно Q = 1 × 4186 × 10 = 41 860 Дж ≈ 41,86 кДж (около 10 ккал). Нагрев от 20 °C до 100 °C (ΔT = 80 °C) требует 1 × 4186 × 80 = 334 880 Дж ≈ 335 кДж. Большая удельная теплоёмкость воды — причина того, что закипание чайника занимает заметное время и энергию.
Что означает Q = mcΔT?
Это означает, что теплота Q, необходимая для изменения температуры вещества, равна его массе m, умноженной на удельную теплоёмкость c и на изменение температуры ΔT. Большая масса, более высокая удельная теплоёмкость или большее изменение температуры — всё это требует больше энергии. Уравнение применимо только при отсутствии фазового перехода (без плавления или кипения); во время фазового перехода температура остаётся постоянной, и вместо этого применяется отдельная величина — удельная теплота фазового перехода.
Какова удельная теплоёмкость воды?
Удельная теплоёмкость жидкой воды равна 4186 Дж/(кг·K), или, что эквивалентно, 4,186 Дж/(г·°C) — почти точно 1 калория на грамм на градус Цельсия, как калория и была первоначально определена. У льда удельная теплоёмкость ниже (около 2090 Дж/(кг·K)), а у водяного пара ещё ниже (около 2010 Дж/(кг·K)), поскольку молекулы запасают энергию по-разному в каждом состоянии.
Похожие инструменты
Продолжайте изучать физику на UnitConv. Смоделируйте радиоактивный распад с помощью калькулятора периода полураспада, переводите джоули, калории и другие единицы энергии с помощью конвертера энергии, исследуйте температурные шкалы в конвертере температуры и попробуйте калькулятор молярной массы и другие научные калькуляторы.