水は最も驚くべき物質の 1 つです。 広く分布し、広く使用されているにもかかわらず、それは自然の真の謎です。 酸素化合物の 1 つであるため、水は凍結、気化熱などの特性が非常に低いはずですが、そうではありません。 すべてにもかかわらず、水だけの熱容量は非常に高いです。
水は大量の熱を吸収できますが、それ自体は実質的に加熱されません-これはその 身体的特徴. 水は砂の約 5 倍、鉄の 10 倍の熱容量を持っています。 したがって、水は自然の冷却剤です。 その蓄積能力 たくさんのエネルギーにより、地球の表面の温度変動を滑らかにし、地球全体の熱体制を調整することができます。これは、時期に関係なく発生します。
それ ユニークな財産水は、産業や日常生活で冷媒として使用できます。 さらに、水は広く入手可能で比較的安価な原料です。
熱容量 とはどういう意味ですか? 熱力学の過程から知られているように、熱伝達は常に熱い物体から冷たい物体へと発生します。 この場合、一定量の熱の遷移について話しています。両方の体の温度は、状態の特徴であり、この交換の方向を示しています。 水で金属体のプロセスで 等しい質量同じ初期温度で、金属は水の数倍も温度を変化させます。
熱力学の主要な声明を仮定すると、熱交換中に2つの物体（他の物体から分離された）から、一方が放出され、もう一方が同じ量の熱を受け取ります。金属と水は完全に異なる熱を持っていることが明らかになります。容量。
したがって、水（および任意の物質）の熱容量は、特定の物質が単位温度あたりの冷却（加熱）中にいくらかを与える（または受け取る）能力を特徴付ける指標です。
物質の比熱容量は、この物質の単位 (1 キログラム) を 1 度加熱するのに必要な熱量です。
物体が放出または吸収する熱量は、比熱容量、質量、および温度差の積に等しくなります。 それはカロリーで測定されます。 1 カロリーは、1 g の水を 1 度加熱するのに十分な熱量です。 比較のために、空気の比熱は0.24cal/g・℃、アルミニウムは0.22、鉄は0.11、水銀は0.03です。
水の熱容量は一定ではありません。 温度が0度から40度に上昇すると、わずかに減少します（1.0074から0.9980に）が、他のすべての物質では、この特性は加熱中に増加します。 さらに、（深さで）圧力が増加すると減少する可能性があります。
ご存知のように、水には液体、固体 (氷)、気体 (蒸気) の 3 つの凝集状態があります。 同時に、氷の比熱容量は水の約 2 分の 1 です。 これが水と他の物質との主な違いであり、その比熱容量は固体および溶融状態で変化しません。 ここでの秘密は何ですか？
事実、氷は結晶構造を持っているため、加熱してもすぐには崩壊しません。 水には氷の小さな粒子が含まれています。これは、いくつかの分子で構成され、アソシエートと呼ばれます。 水が加熱されると、これらの形成における水素結合の破壊に一部が費やされます。 これは、水の異常に高い熱容量を説明しています。 その分子間の結合は、水が蒸気に入ったときにのみ完全に破壊されます。
比熱 100°C の温度では、0°C の氷とほとんど変わらないことから、この説明の正しさが改めて確認されます。 氷の熱容量と同様に、蒸気の熱容量は、科学者がまだコンセンサスに達していない水の熱容量よりもはるかによく理解されています。
比熱容量は、物質の特性です。 つまり、 異なる物質彼女は違う。 さらに、同じ物質でも凝集状態が異なると、 比熱. したがって、物質の比熱容量（水の比熱容量、金の比熱容量、木の比熱容量など）について話すのは正しいです。
特定の物質の比熱容量は、この物質 1 キログラムを摂氏 1 度加熱するためにどれだけの熱 (Q) を物質に伝達する必要があるかを示します。 比熱容量が表示されます ラテン文字 c. つまり、c = Q/mt です。 t と m が 1 (1 kg と 1 °C) に等しいと考えると、比熱容量は数値的に熱量に等しくなります。
ただし、熱と比熱は単位が異なります。 C 系の熱 (Q) はジュール (J) で測定されます。 また、比熱容量は、ジュールをキログラムで割って摂氏を掛けたものです：J /（kg°C）。
たとえば、物質の比熱容量が390 J /（kg°C）の場合、これは、この物質1 kgを1°C加熱すると、390 Jの熱を吸収することを意味します。 つまり、この物質 1 kg を 1 °C 加熱するには、390 J の熱を伝達する必要があります。 または、この物質 1 kg を 1 °C 冷やすと、390 J の熱を放出します。
ただし、1 ではなく 2 kg の物質を 1 °C 加熱すると、2 倍の熱を物質に伝達する必要があります。 したがって、上記の例では、すでに 780 J になります。1 kg の物質を 2 °C 加熱すると、同じことが起こります。
物質の比熱容量は、その初期温度に依存しません。 つまり、たとえば、液体の水の比熱容量が 4200 J / (kg ° C) の場合、20 度または 90 度の水でさえ 1 ° C 加熱するには、1 kg あたり 4200 J の熱が等しく必要になります。 .
しかし、氷の比熱容量は氷とは異なります。 液体の水、ほぼ 2 分の 1 です。 しかし、1℃温めるには、初期温度に関係なく、1kg当たり同じ熱量が必要です。
比熱容量は、特定の物質でできている物体の形状にも依存しません。 同じ質量の棒鋼と鋼板を同じ温度で加熱するには、同じ量の熱が必要です。 もう1つのことは、この場合、との熱交換を無視する必要があるということです 環境. シートはバーよりも表面積が大きいため、シートがより多くの熱を放出するため、より速く冷却されます。 しかし、理想的な条件下 (熱損失を無視できる場合) では、体の形状は重要ではありません。 したがって、彼らは、比熱は物質の特性であり、体の特性ではないと言います。
したがって、異なる物質の比熱容量は異なります。 これは、与えられた場合 さまざまな物質同じ質量で同じ温度の場合、それらを異なる温度に加熱するには、移動する必要があります 異なる金額熱。 たとえば、1 キログラムの銅は水の約 10 分の 1 の熱しか必要としません。 つまり、銅の比熱容量は水の約 10 分の 1 です。 「銅の方が熱が少ない」と言えます。
ある温度から別の温度に加熱するために身体に伝達する必要がある熱量は、次の式で求められます。
Q \u003d cm（tから-t n）
ここで、t to と t n は最終温度と初期温度、m は物質の質量、c はその比熱です。 比熱容量は通常、表から取得されます。 この式から、比熱容量を表すことができます。
熱容量とは、加熱時にある程度の熱を吸収したり、冷却時に熱を放出したりする能力です。 物体の熱容量は、物体が受け取る微量の熱量と、それに対応する温度インジケータの増加との比率です。 値は J/K で測定されます。 実際には、わずかに異なる値、つまり比熱容量が使用されます。
意味
比熱容量とはどういう意味ですか? これは、物質の単一量に関連する量です。 したがって、物質の量は、立方メートル、キログラム、さらにはモルで測定することができます。 それは何に依存していますか？ 物理学では、熱容量はそれが参照する量的単位に直接依存します。つまり、モル熱容量、質量熱容量、および体積熱容量が区別されます。 建設業界では、モル測定ではなく、他の人と常に会うことになります。
比熱容量に影響を与えるものは何ですか?
あなたは熱容量が何であるかを知っていますが、どの値が指標に影響を与えるかはまだ明らかではありません. 比熱の値は、物質の温度、圧力、その他の熱力学的特性など、いくつかの要素の影響を直接受けます。
製品の温度が上昇すると、その比熱容量が増加しますが、特定の物質は、この依存性において完全に非線形の曲線で異なります。 たとえば、温度インジケーターが0度から37度に上昇すると、水の比熱容量が減少し始め、限界が37度から100度の間にある場合、逆にインジケーターは増加。
パラメータは、製品の熱力学的特性 (圧力、体積など) がどのように変化できるかにも依存することに注意してください。 たとえば、安定した圧力と安定した体積での比熱は異なります。
パラメータの計算方法は？
熱容量に興味がありますか？ 計算式は次のとおりです：C \u003d Q /（m ΔT）。 これらの値は何ですか? Q は、加熱時に製品が受け取る (または冷却時に製品から放出される) 熱量です。 m は製品の質量、ΔT は製品の最終温度と初期温度の差です。 以下は、いくつかの材料の熱容量の表です。
熱容量の計算について何が言えますか?
熱容量の計算は簡単な作業ではありません。特に、熱力学的方法のみを使用する場合、より正確に計算することは不可能です。 したがって、物理学者は、統計物理学の方法または製品の微細構造に関する知識を使用します。 ガスの計算方法は？ 気体の熱容量は、物質内の個々の分子の熱運動の平均エネルギーの計算から計算されます。 分子の動きは、並進運動と回転運動のタイプである可能性があり、分子内には原子全体または原子の振動が存在する可能性があります。 古典的な統計によると、回転運動と並進運動の自由度ごとに、R / 2 に等しいモル値があり、振動の自由度ごとに値は R に等しいとされています。この規則は、等分割法。
この場合、単原子気体の粒子は並進の自由度が 3 つだけ異なるため、その熱容量は 3R/2 に等しくなるはずであり、これは実験とよく一致しています。 各二原子ガス分子は、3 つの並進自由度、2 つの回転自由度、および 1 つの振動自由度を持ちます。これは、等分配法則が 7R/2 になることを意味し、経験から、常温での二原子ガスのモルの熱容量は 5R/2 であることが示されています。 2. なぜこのような理論上の食い違いが生じたのでしょうか? すべては、熱容量を確立するときに、さまざまな量子効果を考慮する必要がある、つまり量子統計を使用する必要があるという事実によるものです。 ご覧のとおり、熱容量はかなり複雑な概念です。
量子力学によれば、気体分子を含む、振動または回転する粒子のシステムは、特定の離散エネルギー値を持つことができます。 熱運動のエネルギーが インストール済みシステム必要な周波数の振動を励起するには不十分である場合、これらの振動はシステムの熱容量に寄与しません。
固体で 熱運動原子は特定の平衡位置付近の弱い振動です。これはノードに適用されます 結晶格子. 原子には 3 つの振動自由度があり、法則によれば、モル熱容量は ソリッドボディに等しい 3nR、 ここで、n は分子内に存在する原子の数です。 実際には、この値は、身体の熱容量が高温になる傾向がある限界です。 値は正常に達成されます 温度変化多くの元素について、これは金属だけでなく単純な化合物にも当てはまります。 鉛やその他の物質の熱容量も決定されます。
低温について何が言えますか？
熱容量が何であるかはすでにわかっていますが、話をすると 低温の場合、値はどのように計算されますか? 低温指標について話している場合、固体の熱容量は比例することがわかります T 3 またはいわゆるデバイの熱容量の法則。 見分ける主な基準 ハイパフォーマンス低い温度から低い温度まで、それらを特定の物質のパラメーター特性と比較するのが一般的です。これは、特性またはデバイ温度q D である可能性があります。 提示された値は、製品内の原子の振動スペクトルによって設定され、結晶構造に大きく依存します。
金属では、伝導電子が熱容量に一定の寄与をします。 この部分熱容量は、電子を考慮したフェルミ・ディラック統計を使用して計算されます。 通常の熱容量に比例する金属の電子熱容量は比較的小さい値であり、金属の熱容量に寄与するのは に近い温度でのみです。 絶対零度. その場合、格子の熱容量は非常に小さくなり、無視できます。
質量熱容量
質量比熱容量は、単位温度あたりの製品を加熱するために物質の単位質量にもたらされる必要がある熱量です。 この値は文字 C で表され、ジュールをケルビンあたりのキログラムで割った値 - J / (kg K) で測定されます。 質量の熱容量に関係するのはこれだけです。
体積熱容量とは何ですか?
体積熱容量は、単位温度ごとに加熱するために、単位生産量にもたらす必要がある特定の量の熱です。 このインジケータは、ジュールをケルビンあたりの立方メートルまたは J / (m³ K) で割った値で測定されます。 多くの建築参考書では、仕事の質量比熱容量が考慮されています。
建設業における熱容量の実用化
耐熱壁の建設には、多くの熱集約型材料が積極的に使用されています。 これは、定期的な暖房を特徴とする住宅にとって非常に重要です。 たとえば、オーブン。 熱を大量に消費する製品とそれらから構築された壁は、完全に熱を蓄積し、暖房期間中に蓄え、システムの電源を切った後に徐々に熱を放出するため、1 日を通して許容温度を維持できます。
したがって、構造に蓄えられる熱が多いほど、部屋の温度はより快適で安定します。
住宅建設に使用される通常のレンガとコンクリートは、発泡ポリスチレンよりも熱容量が大幅に低いことに注意してください。 エコウールを使用すると、コンクリートの 3 倍の熱を消費します。 熱容量を計算する式では、質量があることは無駄ではありません。 コンクリートやレンガの巨大な質量により、エコウールと比較して、構造物の石壁に大量の熱を蓄積し、毎日の温度変動をすべて滑らかにすることができます。 優れた熱容量にもかかわらず、すべてのフレーム ハウスでわずかな量の断熱材のみが、すべてのフレーム テクノロジーにとって最も弱い領域です。 解決する この問題、印象的な蓄熱器がすべての家に設置されています。 それは何ですか？ これらは、十分な量の大きな質量を特徴とする構造部品です。 良い記録熱容量。
生活における蓄熱器の例
どうなり得るか？ たとえば、内部のレンガの壁、大きなストーブや暖炉、コンクリートのスクリードなどです。
合板、チップボード、木材は、重さ 1 キログラムあたりの熱を実際に蓄えることができるのは、悪名高いレンガの 3 倍にすぎないため、どの家やアパートの家具も優れた蓄熱器です。
蓄熱のデメリットはありますか？ もちろん、このアプローチの主な欠点は、フレームハウスのレイアウトを作成する段階で蓄熱器を設計する必要があることです。 これは非常に重いためであり、基礎を作成するときにこれを考慮する必要があり、このオブジェクトがどのようにインテリアに統合されるかを想像してください。 質量だけでなく、質量と熱容量という両方の特性を評価する必要があることは言うまでもありません。 たとえば、1 立方メートルあたり 20 トンという信じられないほどの重さの金を蓄熱材として使用した場合、製品は 2.5 トンの重さのコンクリートの立方体よりも 23% 優れているだけで機能します。
蓄熱に最適な物質は?
最高の製品蓄熱器はコンクリートやレンガではありません。 銅、青銅、鉄はこれに適していますが、非常に重いです。 奇妙なことに、最高の蓄熱器は水です! 液体は、私たちが利用できる物質の中で最大の熱容量を持っています。 ヘリウムガス (5190 J / (kg K)) と水素 (14300 J / (kg K)) のみが熱容量が大きくなりますが、実際に適用するには問題があります。必要な場合は、物質の熱容量表を参照してください。あなたが必要です。
ストーブの上でより早く熱くなるのはどちらだと思いますか: 鍋に 1 リットルの水を入れるか、それとも鍋自体の重さが 1 キログラムか? 体の質量は同じです。加熱は同じ速度で発生すると想定できます。
しかし、それはありませんでした！ 実験を行うことができます - 空の鍋を火の上に数秒間置き、それを燃やさないでください。 そして、鍋の重さとちょうど同じ重さの水を鍋に注ぎます。 理論的には、水は空の鍋と同じ温度まで 2 倍の時間で加熱されるはずです。この場合、水と鍋の両方が加熱されるからです。
ただし、3 倍待ったとしても、まだお湯の温度が低いことを確認してください。 水が同じ重さの鍋と同じ温度になるまでには、約 10 倍の時間がかかります。 なぜこうなった？ 水の加熱を止めるものは何ですか？ 調理時に水を加熱するために余分なガスを浪費する必要があるのはなぜですか? あるから 物理量、物質の比熱容量と呼ばれます。
物質の比熱容量
この値は、温度が摂氏 1 度上昇するために、質量 1 キログラムの物体にどれだけの熱が伝達されなければならないかを示しています。 J /（kg * ˚С）で測定されます。 この値は気まぐれではなく、さまざまな物質の特性の違いによって存在します。
水の比熱は鉄の比熱の約10倍なので、鍋は水よりも10倍早く熱くなります。 不思議なことに、氷の比熱は水の半分です。 したがって、氷は水の2倍の速さで熱くなります。 氷を溶かすのは、水を加熱するよりも簡単です。 奇妙に聞こえるかもしれませんが、それは事実です。
熱量の計算
比熱容量は文字で表されます cと 熱量を計算するための式で使用されます。
Q = c*m*(t2 - t1)、
ここで、Q は熱量、
c - 比熱容量、
m - 体重、
t2 と t1 は、それぞれ本体の最終温度と初期温度です。
比熱式: c = Q / m*(t2 - t1)
この式から次のように表すこともできます。
- m = Q / c*(t2-t1) - 体重
- t1 = t2 - (Q / c*m) - 初期体温
- t2 = t1 + (Q / c*m) - 最終体温
- Δt = t2 - t1 = (Q / c*m) - 温度差 (デルタ t)
気体の比熱容量はどうですか？ここではすべてがより混乱しています。 固体と液体の場合、状況ははるかに単純です。 それらの比熱容量は一定で、既知の、簡単に計算できる値です。 ガスの比熱容量に関しては、この値は状況によって大きく異なります。 空気を例にとってみましょう。 空気の比熱容量は、組成、湿度、大気圧によって異なります。
同時に、温度が上昇すると、ガスの体積が増加するため、熱容量にも影響を与えるもう1つの値、つまり一定または可変の体積を導入する必要があります。 したがって、空気や他のガスの熱量を計算するときは、さまざまな要因や条件に応じて、ガスの比熱容量の値の特別なグラフが使用されます。
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