Jak myślisz, co szybciej nagrzewa się na kuchence: litr wody w rondlu czy sam rondel ważący 1 kilogram? Masa ciał jest taka sama, można założyć, że nagrzewanie będzie następować z taką samą szybkością.

Ale go tam nie było! Możesz zrobić eksperyment - postaw pusty rondel na kilka sekund w ogniu, tylko go nie pal i pamiętaj do jakiej temperatury się rozgrzał. A następnie wlej wodę do garnka o dokładnie takiej samej wadze, jak waga patelni. Teoretycznie woda powinna nagrzewać się do tej samej temperatury co pusty garnek dwukrotnie, ponieważ w ta sprawa oboje się nagrzewają - zarówno woda, jak i patelnia.

Jednak nawet jeśli czekasz trzy razy dłużej, upewnij się, że woda jest jeszcze mniej podgrzana. Nagrzewanie się wody do tej samej temperatury, co garnek o tej samej wadze, trwa prawie dziesięć razy dłużej. Dlaczego to się dzieje? Co powstrzymuje nagrzewanie się wody? Dlaczego podczas gotowania powinniśmy marnować dodatkowy gaz do podgrzewania wody? Ponieważ istnieje fizyczna wielkość zwana specyficzną pojemnością cieplną substancji.

Ciepło właściwe substancji

Wartość ta pokazuje, ile ciepła trzeba przekazać ciału o masie jednego kilograma, aby jego temperatura wzrosła o jeden stopień Celsjusza. Jest mierzony w J / (kg * ˚С). Ta wartość istnieje nie z kaprysu, ale z powodu różnicy we właściwościach różnych substancji.

Ciepło właściwe wody jest około dziesięciokrotnie wyższe niż żelazo, więc garnek nagrzewa się dziesięć razy szybciej niż woda w nim. To ciekawe ciepło właściwe lód to połowa pojemności cieplnej wody. Dlatego lód nagrzewa się dwa razy szybciej niż woda. Topienie lodu jest łatwiejsze niż podgrzewanie wody. Choć brzmi to dziwnie, jest to fakt.

Obliczanie ilości ciepła

Ciepło właściwe jest oznaczone literą c oraz stosowany we wzorze do obliczania ilości ciepła:

Q = c*m*(t2 - t1),

gdzie Q to ilość ciepła,
c - ciepło właściwe,
m - masa ciała,
t2 i t1 są odpowiednio końcową i początkową temperaturą ciała.

Specyficzna formuła ciepła: c = Q / m*(t2 - t1)

Możesz również wyrazić z tego wzoru:

• m = Q / c*(t2-t1) - masa ciała
• t1 = t2 - (Q / c*m) - początkowa temperatura ciała
• t2 = t1 + (Q / c*m) - ostateczna temperatura ciała
• Δt = t2 - t1 = (Q / c*m) - różnica temperatur (delta t)

A co z właściwą pojemnością cieplną gazów? Tutaj wszystko jest bardziej zagmatwane. W przypadku ciał stałych i cieczy sytuacja jest znacznie prostsza. Ich ciepło właściwe jest wartością stałą, znaną, łatwo obliczoną. Jeśli chodzi o ciepło właściwe gazów, wartość ta jest bardzo różna w różnych sytuacjach. Weźmy jako przykład powietrze. Ciepło właściwe powietrza zależy od składu, wilgotności i ciśnienia atmosferycznego.

Jednocześnie wraz ze wzrostem temperatury gaz zwiększa swoją objętość i musimy wprowadzić jeszcze jedną wartość - stałą lub zmienną objętość, co również wpłynie na pojemność cieplną. Dlatego przy obliczaniu ilości ciepła dla powietrza i innych gazów stosuje się specjalne wykresy wartości właściwej pojemności cieplnej gazów w zależności od różnych czynników i warunków.

Ilość energii potrzebna do wytworzenia 1 g substancji na podniesienie temperatury o 1°C. Z definicji potrzeba 4,18 J, aby podnieść temperaturę 1 grama wody o 1°C. słownik encyklopedyczny.… … Słownik ekologiczny

ciepło właściwe- - [A.S. Goldberg. Angielsko-rosyjski słownik energetyczny. 2006] Tematy energia ogólnie EN ciepło właściwe SH …

CIEPŁO WŁAŚCIWE- fizyczny. ilość mierzona ilością ciepła potrzebnego do podgrzania 1 kg substancji o 1 K (patrz). Jednostka właściwej pojemności cieplnej w SI (patrz) na kilogram kelwina (J kg ∙ K)) ... Wielka Encyklopedia Politechniczna

ciepło właściwe- savitoji šiluminė talpa statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. pojemność cieplna na jednostkę masy; pojemność cieplna masy; właściwa pojemność cieplna vok. Eigenciepły, f; spezifice Wärme, f; spezifische Wärmekapazität, f rus. masowa pojemność cieplna, f;… … Fizikos terminų žodynas

Zobacz pojemność cieplną... Wielka radziecka encyklopedia

ciepło właściwe- ciepło właściwe... Słownik synonimów chemicznych I

ciepło właściwe gazu- — Tematy Przemysł naftowy i gazowniczy EN ciepło właściwe dla gazu … Podręcznik tłumacza technicznego

ciepło właściwe oleju- — Tematy Przemysł naftowy i gazowniczy EN ciepło właściwe oleju … Podręcznik tłumacza technicznego

ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu- - [A.S. Goldberg. Angielsko-rosyjski słownik energetyczny. 2006] Tematy energia ogólnie EN ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu cp stałe ciśnienie ciepło właściwe … Podręcznik tłumacza technicznego

właściwa pojemność cieplna przy stałej objętości- - [A.S. Goldberg. Angielsko-rosyjski słownik energetyczny. 2006] Tematy energia ogólnie EN ciepło właściwe przy stałej objętości ciepło właściwe o stałej objętości Cv … Podręcznik tłumacza technicznego

Książki

• Fizyczne i geologiczne podstawy badania ruchu wody w głębokich horyzontach, Trushkin V.V. Ogólnie rzecz biorąc, książka poświęcona jest prawu autoregulacji temperatury wody z ciałem gospodarza, odkrytemu przez autora w 1991 roku. Na początku książki przegląd stanu wiedzy o problemie ruchu głębokich...

W dzisiejszej lekcji przedstawimy takie pojęcie fizyczne, jak ciepło właściwe substancji. Wiemy, że to zależy od właściwości chemiczne substancji, a jego wartość, którą można znaleźć w tabelach, jest różna dla różnych substancji. Następnie poznamy jednostki miary i wzór na wyznaczenie pojemności cieplnej właściwej, a także nauczymy się analizować właściwości cieplne substancji przez wartość ich pojemności cieplnej właściwej.

Kalorymetr(od łac. kalorie- ciepło i metor- miara) - urządzenie do pomiaru ilości ciepła uwalnianego lub pochłanianego w dowolnym procesie fizycznym, chemicznym lub biologicznym. Termin „kalorymetr” zaproponowali A. Lavoisier i P. Laplace.

Kalorymetr składa się z osłony, szyby wewnętrznej i zewnętrznej. W konstrukcji kalorymetru bardzo ważne jest, aby pomiędzy mniejszym i większym naczyniem znajdowała się warstwa powietrza, która ze względu na niską przewodność cieplną zapewnia słabą wymianę ciepła pomiędzy zawartością a środowiskiem zewnętrznym. Taka konstrukcja pozwala traktować kalorymetr jako rodzaj termosu i praktycznie pozbyć się wpływu środowiska zewnętrznego na przebieg procesów wymiany ciepła wewnątrz kalorymetru.

Kalorymetr przeznaczony jest do dokładniejszych pomiarów pojemności cieplnych właściwych i innych parametrów cieplnych ciał niż podano w tabeli.

Komentarz. Należy zauważyć, że takiego pojęcia jak ilość ciepła, z którego bardzo często korzystamy, nie należy mylić z energią wewnętrzną organizmu. Ilość ciepła determinuje dokładnie zmianę energii wewnętrznej, a nie jej konkretną wartość.

Należy zauważyć, że właściwa pojemność cieplna różnych substancji jest różna, co można zobaczyć w tabeli (ryc. 3). Na przykład złoto ma określoną pojemność cieplną. Jak już wspomnieliśmy wcześniej, fizyczne znaczenie tej pojemności cieplnej oznacza, że ​​aby ogrzać 1 kg złota o 1°C, trzeba do niego dostarczyć 130 J ciepła (rys. 5).

Ryż. 5. Ciepło właściwe złota

W następnej lekcji omówimy, jak obliczyć ilość ciepła.

Listaliteratura

1. Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Wyd. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizyka 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizyka 8. - M.: Drop, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizyka 8. - M.: Oświecenie.

1. Portal internetowy „vactekh-holod.ru” ()

Praca domowa

Pojemność cieplna to zdolność do pochłaniania pewnej ilości ciepła podczas ogrzewania lub oddawania go po schłodzeniu. Pojemność cieplna ciała to stosunek nieskończenie małej ilości ciepła, które ciało otrzymuje do odpowiedniego wzrostu jego wskaźników temperatury. Wartość mierzona jest w J/K. W praktyce stosuje się nieco inną wartość - ciepło właściwe.

Definicja

Co oznacza właściwa pojemność cieplna? Jest to ilość związana z pojedynczą ilością substancji. W związku z tym ilość substancji można mierzyć w metrach sześciennych, kilogramach, a nawet w molach. Od czego to zależy? W fizyce pojemność cieplna zależy bezpośrednio od jednostki ilościowej, której dotyczy, co oznacza, że ​​rozróżnia się pojemność cieplną molową, masową i objętościową. W branży budowlanej nie spotkasz się z pomiarami zębów trzonowych, ale z innymi – cały czas.

Co wpływa na pojemność cieplną właściwą?

Wiesz, jaka jest pojemność cieplna, ale jakie wartości wpływają na wskaźnik, nie jest jeszcze jasne. Na wartość ciepła właściwego ma bezpośredni wpływ kilka składników: temperatura substancji, ciśnienie i inne właściwości termodynamiczne.

Wraz ze wzrostem temperatury produktu wzrasta jego właściwa pojemność cieplna, jednak niektóre substancje różnią się w tej zależności całkowicie nieliniową krzywą. Na przykład, wraz ze wzrostem wskaźników temperatury od zera do trzydziestu siedmiu stopni, właściwa pojemność cieplna wody zaczyna się zmniejszać, a jeśli granica wynosi od trzydziestu siedmiu do stu stopni, to wskaźnik wręcz przeciwnie zwiększać.

Warto zauważyć, że parametr zależy również od tego, jak mogą zmienić się właściwości termodynamiczne produktu (ciśnienie, objętość itp.). Na przykład ciepło właściwe przy stabilnym ciśnieniu i przy stałej objętości będzie inne.

Jak obliczyć parametr?

Interesuje Cię jaka jest pojemność cieplna? Wzór obliczeniowy jest następujący: C \u003d Q / (m ΔT). Jakie są te wartości? Q to ilość ciepła, które produkt otrzymuje po podgrzaniu (lub uwalniane przez produkt podczas chłodzenia). m jest masą produktu, a ΔT jest różnicą między końcową a początkową temperaturą produktu. Poniżej znajduje się tabela pojemności cieplnej niektórych materiałów.

Co można powiedzieć o obliczaniu pojemności cieplnej?

Obliczenie pojemności cieplnej nie jest łatwym zadaniem, zwłaszcza jeśli stosuje się tylko metody termodynamiczne, nie da się tego zrobić dokładniej. Dlatego fizycy posługują się metodami fizyki statystycznej lub znajomością mikrostruktury produktów. Jak obliczyć za gaz? Pojemność cieplna gazu jest obliczana na podstawie obliczenia średniej energii ruchu termicznego poszczególnych cząsteczek w substancji. Ruch cząsteczek może mieć charakter translacyjny i typ obrotowy, a wewnątrz cząsteczki może znajdować się cały atom lub drganie atomów. Statystyka klasyczna mówi, że dla każdego stopnia swobody ruchów obrotowych i translacyjnych istnieje wartość molowa, która jest równa R/2, a dla każdego stopnia swobody wibracyjnej wartość jest równa R. Reguła ta jest również nazywana prawo ekwipartycji.

W tym przypadku cząsteczka gazu jednoatomowego różni się tylko trzema translacyjnymi stopniami swobody, a zatem jej pojemność cieplna powinna być równa 3R/2, co doskonale zgadza się z eksperymentem. Każda cząsteczka gazu dwuatomowego ma trzy stopnie swobody translacyjne, dwa rotacyjne i jeden wibracyjny, co oznacza, że ​​prawo ekwipartycji będzie wynosić 7R/2, a doświadczenie pokazało, że pojemność cieplna mola gazu dwuatomowego w zwykłej temperaturze wynosi 5R/ 2. Dlaczego w teorii była taka rozbieżność? Wszystko dlatego, że przy ustalaniu pojemności cieplnej konieczne będzie uwzględnienie różnych efektów kwantowych, innymi słowy wykorzystanie statystyki kwantowej. Jak widać, pojemność cieplna to dość skomplikowana koncepcja.

Mechanika kwantowa mówi, że każdy układ cząstek, które oscylują lub obracają się, w tym cząsteczka gazu, może mieć pewne dyskretne wartości energii. Jeżeli energia ruchu termicznego w zainstalowanym układzie jest niewystarczająca do wzbudzenia oscylacji o wymaganej częstotliwości, to drgania te nie wpływają na pojemność cieplną układu.

W ciałach stałych ruch termiczny atomów to słaba oscylacja w pobliżu pewnych pozycji równowagi, dotyczy to węzłów sieci krystalicznej. Atom ma trzy wibracyjne stopnie swobody i zgodnie z prawem molowa pojemność cieplna ciała stałego jest równa 3nR, gdzie n to liczba atomów obecnych w cząsteczce. W praktyce wartość ta jest granicą, do której przy wysokich temperaturach dąży pojemność cieplna organizmu. Wartość osiąga się przy normalnych zmianach temperatury w wielu pierwiastkach, dotyczy to metali, a także prostych związków. Określana jest również pojemność cieplna ołowiu i innych substancji.

Co można powiedzieć o niskich temperaturach?

Wiemy już, co to jest pojemność cieplna, ale skoro o tym mówimy niskie temperatury, to jak wtedy zostanie obliczona wartość? Jeśli rozmawiamy o wskaźnikach niskiej temperatury, wtedy pojemność cieplna ciała stałego okazuje się proporcjonalna T 3 lub tzw. prawo pojemności cieplnej Debye'a. Główne kryterium wyróżnienia wysoka wydajność temperatury od niskich, to zwykłe porównywanie ich z parametrem charakterystycznym dla danej substancji - może to być charakterystyka lub temperatura Debye'a q D . Prezentowana wartość jest wyznaczona przez widmo drgań atomów w produkcie i zależy w znacznym stopniu od struktury krystalicznej.

W metalach elektrony przewodzące mają pewien wkład w pojemność cieplną. Ta część pojemności cieplnej jest obliczana za pomocą statystyki Fermi-Diraca, która uwzględnia elektrony. Elektroniczna pojemność cieplna metalu, która jest proporcjonalna do zwykłej pojemności cieplnej, jest wartością stosunkowo małą i przyczynia się do pojemności cieplnej metalu tylko w temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu. Wtedy pojemność cieplna sieci staje się bardzo mała i można ją pominąć.

Masowa pojemność cieplna

Ciepło właściwe masy to ilość ciepła, która musi zostać doprowadzona do jednostki masy substancji w celu podgrzania produktu na jednostkę temperatury. Ta wartość jest oznaczona literą C i jest mierzona w dżulach podzielonych przez kilogram na kelwin - J / (kg K). To wszystko, co dotyczy pojemności cieplnej masy.

Jaka jest wolumetryczna pojemność cieplna?

Objętościowa pojemność cieplna to pewna ilość ciepła, którą należy doprowadzić do jednostki objętości produkcji, aby ją ogrzać na jednostkę temperatury. Wskaźnik ten jest mierzony w dżulach podzielonych przez metr sześcienny na kelwin lub J / (m³ K). W wielu podręcznikach budowlanych brana jest pod uwagę właściwa pojemność cieplna w pracy.

Praktyczne zastosowanie pojemności cieplnej w budownictwie

Wiele materiałów energochłonnych jest aktywnie wykorzystywanych do budowy ścian żaroodpornych. Jest to niezwykle ważne w przypadku domów, które charakteryzują się okresowym ogrzewaniem. Na przykład piekarnik. Produkty energochłonne i zbudowane z nich ściany doskonale akumulują ciepło, przechowują je w okresach grzewczych i stopniowo oddają ciepło po wyłączeniu systemu, dzięki czemu można utrzymać akceptowalną temperaturę przez cały dzień.

Im więcej ciepła jest magazynowane w konstrukcji, tym bardziej komfortowa i stabilna będzie temperatura w pomieszczeniach.

Należy zauważyć, że zwykła cegła i beton stosowane w budownictwie mieszkaniowym mają znacznie niższą pojemność cieplną niż styropian. Jeśli weźmiemy ecowool, to jest trzy razy bardziej energochłonny niż beton. Należy zauważyć, że we wzorze na obliczenie pojemności cieplnej nie na próżno jest masa. Ze względu na dużą masę betonu czy cegły, w porównaniu z ecowool, pozwala na akumulowanie ogromnych ilości ciepła w kamiennych ścianach konstrukcji i niwelowanie wszelkich dobowych wahań temperatury. Tylko niewielka masa izolacji we wszystkich domach szkieletowych, pomimo dobrej pojemności cieplnej, jest najsłabszym obszarem dla wszystkich technologii szkieletowych. Aby rozwiązać ten problem, we wszystkich domach zainstalowano imponujące akumulatory ciepła. Co to jest? Są to elementy konstrukcyjne, które charakteryzują się dużą masą przy dość dobrym wskaźniku pojemności cieplnej.

Przykłady akumulatorów ciepła w życiu

Co to mogło być? Na przykład niektóre wewnętrzne ściany z cegły, duży piec lub kominek, wylewki betonowe.

Meble w każdym domu lub mieszkaniu są doskonałym akumulatorem ciepła, ponieważ sklejka, płyta wiórowa i drewno mogą w rzeczywistości magazynować ciepło tylko na kilogram wagi trzy razy więcej niż osławiona cegła.

Czy są jakieś wady magazynowania termicznego? Oczywiście główną wadą tego podejścia jest to, że akumulator ciepła należy zaprojektować na etapie tworzenia układu domu szkieletowego. Wszystko przez to, że jest bardzo ciężki, a to trzeba będzie wziąć pod uwagę przy tworzeniu fundamentu, a następnie wyobraź sobie, jak ten obiekt zostanie wkomponowany we wnętrze. Warto powiedzieć, że należy wziąć pod uwagę nie tylko masę, w pracy trzeba będzie ocenić obie cechy: masę i pojemność cieplną. Na przykład, jeśli użyjesz złota o niewiarygodnej wadze dwudziestu ton na metr sześcienny jako urządzenia do przechowywania ciepła, produkt będzie działał tak, jak powinien, tylko o dwadzieścia trzy procent lepiej niż kostka betonowa, która waży dwie i pół tony.

Która substancja najlepiej nadaje się do przechowywania ciepła?

najlepszy produkt bo akumulator ciepła wcale nie jest betonem i cegłą! Miedź, brąz i żelazo dobrze sobie z tym radzą, ale są bardzo ciężkie. Co dziwne, ale najlepszym akumulatorem ciepła jest woda! Płyn ma imponującą pojemność cieplną, największą spośród dostępnych nam substancji. Jedynie gazy hel (5190 J / (kg K) i wodór (14300 J / (kg K)) mają większą pojemność cieplną, ale są problematyczne w zastosowaniu w praktyce.Jeśli chcesz i potrzebujesz, zobacz tabelę pojemności cieplnej substancji potrzebujesz.

Konwerter długości i odległości Konwerter masy Konwerter masy żywności i objętości Konwerter powierzchni Konwerter Jednostki objętości i receptury Konwerter temperatury Konwerter Ciśnienie, stres, moduł Younga Konwerter energii i pracy Konwerter mocy Konwerter siły Konwerter czasu Konwerter prędkości liniowej Konwerter kąta płaskiego Konwerter sprawności cieplnej i zużycia paliwa liczb w różnych systemach liczbowych Konwerter jednostek miary ilość informacji Kursy walut Wymiary Ubrania Damskie i rozmiary butów do odzieży i obuwia męskiego ciepło właściwe spalania (masy) Konwerter gęstości energii i ciepła właściwego spalania (objętościowo) Konwerter różnicy temperatur Konwerter współczynnika rozszerzalności cieplnej Konwerter oporu cieplnego Konwerter przewodności cieplnej Konwerter pojemności cieplnej właściwej Konwerter ekspozycji na energię i mocy promieniowania cieplnego Konwerter gęstości strumienia ciepła Konwerter współczynnika przenikania ciepła Objętość Przelicznik przepływu Mass Flow Converter Przepływ molowy Konwerter Mass Flux Density Konwerter stężenia molowego Konwerter masy roztworu Masowego Konwerter Masy dynamicznej (bezwzględnej) Konwerter lepkości Kinematyczny Konwerter lepkości (SPL) Konwerter ) Konwerter poziomu ciśnienia akustycznego z możliwością wyboru ciśnienia odniesienia Konwerter luminancji Ko Natężenie luminancji Konwerter Konwerter luminancji Rozdzielczość do Grafika komputerowa Konwerter częstotliwości i długości fali Moc dioptrii i ogniskowa Moc dioptrii i powiększenie soczewki (×) Konwerter ładunku elektrycznego Konwerter gęstości ładunku liniowego Konwerter gęstości ładunku powierzchniowego Konwerter gęstości ładunku objętościowego Konwerter prądu elektrycznego Konwerter gęstości prądu liniowego Konwerter gęstości prądu powierzchniowego Konwerter napięcia Pole elektryczne Potencjał i Konwerter napięcia Konwerter oporności elektrycznej Konwerter oporności elektrycznej Konwerter przewodności elektrycznej Konwerter przewodności elektrycznej Konwerter indukcyjności pojemnościowy Konwerter American Wire Gauge Poziomy w dBm (dBm lub dBmW), dBV (dBV), waty itp. Konwerter siły napięcia pole magnetyczne Przetwornik strumienia magnetycznego Przetwornik indukcji magnetycznej Promieniowanie. Radioaktywność konwertera dawki pochłoniętej promieniowania jonizującego. Promieniowanie konwertera rozpadu promieniotwórczego. Promieniowanie konwertera dawki ekspozycji. Konwerter dawki pochłoniętej Konwerter prefiksów dziesiętnych Transfer danych Konwerter jednostek typografii i przetwarzania obrazu Konwerter jednostek objętości drewna Obliczanie masy molowej Układ okresowy pierwiastków chemicznych wg D. I. Mendelejewa

Wartość początkowa

Przeliczona wartość

dżul na kilogram na kelwin dżul na kilogram na °C dżul na gram na °C kilodżul na kilogram na kelwin kilodżul na kilogram na °C kaloria (IT) na gram na °C kaloria (IT) na gram na °F kaloria ( thr. ) na gram na °C kilokalorię (th.) na kg na °C kal. (th.) na kg na °C kilokalorię (th.) na kg na kelwin kilokalorię (th.) na kg na kelwin kilogram na kelwin funt- siła stopa na funt na °Rankine BTU (th) na funt na °F BTU (th) na funt na °F BTU (th) na funt na °Rankine BTU (th) na funt na °Rankine BTU (IT) na funt na °C stopni celsjusza ciepło jednostki na funt na °C

Więcej o pojemności cieplnej właściwej

Informacje ogólne

Cząsteczki poruszają się pod wpływem ciepła - ruch ten nazywa się dyfuzja molekularna. Im wyższa temperatura substancji, tym szybciej poruszają się cząsteczki i tym intensywniejsza jest dyfuzja. Na ruch cząsteczek wpływa nie tylko temperatura, ale także ciśnienie, lepkość substancji i jej stężenie, opór dyfuzyjny, odległość, jaką cząsteczki pokonują podczas ruchu oraz ich masa. Na przykład, jeśli porównamy proces dyfuzji w wodzie i miodzie, gdy wszystkie inne zmienne, z wyjątkiem lepkości, są równe, to oczywiste jest, że cząsteczki w wodzie poruszają się i dyfundują szybciej niż w miodzie, ponieważ miód ma wyższa lepkość.

Cząsteczki potrzebują energii, aby się poruszać, a im szybciej się poruszają, tym więcej potrzebują energii. Ciepło jest jednym z rodzajów energii wykorzystywanych w tym przypadku. Oznacza to, że jeśli w substancji utrzymywana jest określona temperatura, cząsteczki będą się poruszać, a jeśli temperatura wzrośnie, ruch przyspieszy. Energia w postaci ciepła pozyskiwana jest poprzez spalanie paliw takich jak gaz ziemny, węgiel czy drewno. Jeśli kilka substancji zostanie podgrzanych przy użyciu tej samej ilości energii, to niektóre z nich będą się nagrzewać szybciej niż inne ze względu na intensywniejszą dyfuzję. Pojemność cieplna i pojemność cieplna właściwa opisują właśnie te właściwości substancji.

Ciepło właściwe określa, ile energii (czyli ciepła) potrzeba do zmiany temperatury ciała lub substancji o określonej masie o określoną wartość. Ta właściwość różni się od pojemność cieplna, który określa ilość energii potrzebnej do zmiany temperatury całego ciała lub substancji na określoną temperaturę. Obliczenia pojemności cieplnej, w przeciwieństwie do pojemności cieplnej właściwej, nie uwzględniają masy. Pojemność cieplna i pojemność cieplna właściwa są obliczane tylko dla substancji i ciał w stabilnym stanie skupienia, na przykład dla ciał stałych. W tym artykule omówiono obie te koncepcje, ponieważ są one ze sobą powiązane.

Pojemność cieplna i pojemność cieplna właściwa materiałów i substancji

Metale

Metale mają bardzo silną strukturę molekularną, ponieważ odległość między cząsteczkami metali i innych ciał stałych jest znacznie mniejsza niż w cieczach i gazach. Z tego powodu cząsteczki mogą poruszać się tylko na bardzo małych odległościach, a zatem potrzeba znacznie mniej energii, aby poruszały się z większą prędkością niż w przypadku cząsteczek cieczy i gazów. Ze względu na tę właściwość ich ciepło właściwe jest niskie. Oznacza to, że bardzo łatwo jest podnieść temperaturę metalu.

Woda

Z drugiej strony woda ma bardzo wysoką pojemność cieplną, nawet w porównaniu z innymi cieczami, więc ogrzanie jednej jednostki masy wody o jeden stopień wymaga znacznie więcej energii w porównaniu do substancji, które mają niższą pojemność cieplną. Woda ma wysoką pojemność cieplną dzięki silnym wiązaniom między atomami wodoru w cząsteczce wody.

Woda jest jednym z głównych składników wszystkich żywych organizmów i roślin na Ziemi, dlatego jej właściwa pojemność cieplna odgrywa ważną rolę dla życia na naszej planecie. Ze względu na dużą pojemność cieplną wody, temperatura płynu w roślinach i temperatura płynu jamistego w ciele zwierząt zmieniają się nieznacznie nawet w bardzo zimne lub bardzo upalne dni.

Woda zapewnia system utrzymania reżimu termicznego zarówno u zwierząt i roślin, jak i na całej powierzchni Ziemi. Ogromna część naszej planety pokryta jest wodą, więc to właśnie woda odgrywa dużą rolę w regulowaniu pogody i klimatu. Nawet przy dużej ilości ciepła pochodzącego z oddziaływania promieniowania słonecznego na powierzchnię Ziemi, temperatura wody w oceanach, morzach i innych zbiornikach wodnych stopniowo wzrasta, a temperatura otoczenia również ulega powolnym zmianom. Z drugiej strony, na planetach, na których nie ma dużych powierzchni pokrytych wodą, takich jak Ziemia, czy w rejonach Ziemi, gdzie wody jest mało, duży wpływ na temperaturę ma natężenie ciepła promieniowania słonecznego. Jest to szczególnie widoczne, jeśli spojrzysz na różnicę między temperaturami w dzień i w nocy. Czyli np. nad oceanem różnica temperatur pomiędzy dniem a nocą jest niewielka, ale na pustyni jest ogromna.

Wysoka pojemność cieplna wody oznacza również, że woda nie tylko powoli się nagrzewa, ale także powoli się ochładza. Ze względu na tę właściwość woda jest często używana jako czynnik chłodniczy, czyli jako czynnik chłodzący. Dodatkowo korzystanie z wody jest korzystne ze względu na jej niską cenę. W krajach o zimnym klimacie gorąca woda krąży w rurach do ogrzewania. Zmieszany z glikolem etylenowym stosowany jest w chłodnicach samochodowych do chłodzenia silnika. Takie płyny nazywane są płynami niezamarzającymi. Pojemność cieplna glikolu etylenowego jest mniejsza niż pojemność cieplna wody, więc pojemność cieplna takiej mieszaniny jest również mniejsza, co oznacza, że ​​sprawność układu chłodzenia z płynem niezamarzającym jest również niższa niż układów z wodą. Ale trzeba się z tym pogodzić, ponieważ glikol etylenowy nie pozwala na zamarzanie wody w zimie i uszkadzanie kanałów układu chłodzenia samochodu. Do chłodziw przeznaczonych do chłodniejszych klimatów dodaje się więcej glikolu etylenowego.

Pojemność cieplna w życiu codziennym

Niezmienne inne rzeczy mają pojemność cieplną materiałów, które określają, jak szybko się nagrzewają. Im wyższa pojemność cieplna, tym więcej energii potrzeba do ogrzania tego materiału. Oznacza to, że jeśli dwa materiały o różnych pojemnościach cieplnych zostaną nagrzane taką samą ilością ciepła i w tych samych warunkach, to substancja o mniejszej pojemności cieplnej nagrzeje się szybciej. Natomiast materiały o dużej pojemności cieplnej nagrzewają się i oddają ciepło z powrotem do środowisko wolniej.

Przybory kuchenne i sztućce

Najczęściej dobieramy materiały do ​​naczyń i przyborów kuchennych w oparciu o ich pojemność cieplną. Dotyczy to głównie przedmiotów, które mają bezpośredni kontakt z ciepłem, takich jak garnki, talerze, naczynia do pieczenia i inne podobne przybory. Na przykład do garnków i patelni lepiej jest używać materiałów o niskiej pojemności cieplnej, takich jak metale. Pomaga to w łatwiejszym i szybszym przenoszeniu ciepła z grzałki przez garnek do żywności i przyspiesza proces gotowania.

Z drugiej strony, ponieważ materiały o dużej pojemności cieplnej zatrzymują ciepło przez długi czas, dobrze nadają się do zastosowania jako izolacja, czyli wtedy, gdy konieczne jest zatrzymanie ciepła produktów i zapobieżenie jego ucieczce do środowiska lub , odwrotnie, aby zapobiec nagrzewaniu się schłodzonych produktów przez ciepło w pomieszczeniu. Najczęściej takie materiały stosuje się na talerze i kubki, w których podaje się gorące lub odwrotnie bardzo zimne potrawy i napoje. Pomagają nie tylko utrzymać temperaturę produktu, ale także zapobiegają poparzeniom. Dobrym przykładem zastosowania takich materiałów są naczynia ceramiczne i styropianowe.

Żywność termoizolacyjna

W zależności od wielu czynników, takich jak zawartość wody i tłuszczu w produktach, ich pojemność cieplna i ciepło właściwe mogą być różne. W gotowaniu wiedza o pojemności cieplnej żywności umożliwia wykorzystanie niektórych produktów spożywczych do izolacji. Jeśli przykryjesz inną żywność produktami izolacyjnymi, pomogą one dłużej utrzymać ciepło pod nimi. Jeśli naczynia pod tymi produktami termoizolacyjnymi mają wysoką pojemność cieplną, to i tak powoli uwalniają ciepło do otoczenia. Po dobrym rozgrzaniu tracą ciepło i wodę jeszcze wolniej dzięki zastosowaniu produktów izolacyjnych na wierzchu. Dlatego dłużej pozostają gorące.

Przykładem produktu termoizolacyjnego jest ser, zwłaszcza na pizzy i inne podobne potrawy. Dopóki się nie roztopi, przepuszcza parę wodną, ​​co pozwala na szybkie schłodzenie żywności znajdującej się pod spodem, ponieważ zawarta w niej woda odparowuje, a tym samym chłodzi zawarte w niej jedzenie. Roztopiony ser pokrywa powierzchnię naczynia i izoluje żywność pod spodem. Często pod serem znajdują się produkty o dużej zawartości wody, takie jak sosy i warzywa. Dzięki temu mają dużą pojemność cieplną i długo utrzymują ciepło, zwłaszcza że znajdują się pod roztopionym serem, który nie wydziela pary wodnej na zewnątrz. Dlatego pizza z piekarnika jest tak gorąca, że ​​bez problemu można się przypalić sosem lub warzywami, nawet gdy ciasto na brzegach wystygnie. Powierzchnia pizzy pod serem nie chłodzi się przez długi czas, co umożliwia dostarczenie pizzy do domu w dobrze ocieplonej torbie termicznej.

Niektóre przepisy wykorzystują sosy w taki sam sposób, jak ser, aby izolować żywność pod spodem. Im wyższa zawartość tłuszczu w sosie, tym lepiej izoluje produkty – w tym przypadku szczególnie dobre są sosy na bazie masła lub śmietany. Wynika to ponownie z faktu, że tłuszcz zapobiega parowaniu wody, a tym samym usuwaniu ciepła potrzebnego do parowania.

W gotowaniu materiały, które nie nadają się do jedzenia, są czasami używane do izolacji termicznej. Kucharze z Ameryki Środkowej, Filipin, Indii, Tajlandii, Wietnamu i wielu innych krajów często używają do tego celu liści bananowca. Można je nie tylko zbierać w ogrodzie, ale także kupować w sklepie czy na targu – są nawet sprowadzane w tym celu w krajach, w których banany nie są uprawiane. Czasami do celów izolacyjnych używana jest folia aluminiowa. Nie tylko zapobiega parowaniu wody, ale także pomaga zatrzymać ciepło wewnątrz, zapobiegając przenoszeniu ciepła w postaci promieniowania. Jeśli podczas pieczenia owiniesz skrzydła i inne wystające części ptaka folią, folia zapobiegnie ich przegrzaniu i przypaleniu.

Gotowanie żywności

Pokarmy o dużej zawartości tłuszczu, takie jak ser, mają niską pojemność cieplną. Nagrzewają się bardziej przy mniejszej ilości energii niż produkty o dużej pojemności cieplnej i osiągają temperatury wystarczająco wysokie, aby zaszła reakcja Maillarda. Reakcja Maillarda to reakcja chemiczna zachodząca między cukrami i aminokwasami, która zmienia smak i wygląd zewnętrzny produkty. Ta reakcja jest ważna w przypadku niektórych metod gotowania, takich jak pieczenie chleba i wyrobów cukierniczych z mąki, pieczenie żywności w piekarniku i smażenie. Aby podnieść temperaturę żywności do temperatury, w której zachodzi ta reakcja, do gotowania używa się żywności o wysokiej zawartości tłuszczu.

Cukier w gotowaniu

Ciepło właściwe cukru jest nawet niższe niż tłuszczu. Ponieważ cukier szybko nagrzewa się do temperatury wyższej niż temperatura wrzenia wody, praca z nim w kuchni wymaga ostrożności, zwłaszcza przy robieniu karmelu lub słodyczy. Podczas topienia cukru należy zachować szczególną ostrożność, aby uniknąć rozlania go na gołą skórę, ponieważ temperatura cukru osiąga 175°C (350°F), a oparzenie stopionym cukrem będzie bardzo poważne. W niektórych przypadkach konieczne jest sprawdzenie konsystencji cukru, ale nigdy nie należy tego robić gołymi rękami, jeśli cukier jest podgrzewany. Często ludzie zapominają, jak szybko i ile cukru może się nagrzać, dlatego się palą. W zależności od przeznaczenia roztopionego cukru jego konsystencję i temperaturę można sprawdzić za pomocą zimna woda Jak opisano poniżej.

Właściwości cukru i syropu cukrowego zmieniają się w zależności od temperatury, w jakiej jest gotowany. Gorący syrop cukrowy może być cienki, jak najcieńszy miód, gęsty lub gdzieś pomiędzy cienkim a gęstym. Przepisy na słodycze, karmelki i słodkie sosy określają zwykle nie tylko temperaturę, do której należy podgrzać cukier lub syrop, ale także stopień twardości cukru, np. etap „miękkiej kuli” czy „twardej kuli”. Nazwa każdego etapu odpowiada konsystencji cukru. Aby określić konsystencję, cukiernik wrzuca kilka kropli syropu do Lodowata woda schładzając je. Następnie konsystencja jest sprawdzana dotykiem. Na przykład, jeśli schłodzony syrop gęstnieje, ale nie twardnieje, ale pozostaje miękki i można z niego zrobić kulkę, to uważa się, że syrop jest w fazie „miękkiej kulki”. Jeśli kształt zamrożonego syropu jest bardzo trudny, ale nadal można go zmienić ręcznie, to jest w fazie „twardej kuli”. Cukiernicy często używają termometru spożywczego, a także ręcznie sprawdzają konsystencję cukru.

bezpieczeństwo żywności

Znając pojemność cieplną żywności, możesz określić, jak długo trzeba je schłodzić lub podgrzać, aby osiągnęły temperaturę, w której się nie psują i w której giną szkodliwe dla organizmu bakterie. Na przykład, aby osiągnąć określoną temperaturę, żywność o wyższej pojemności cieplnej potrzebuje więcej czasu na schłodzenie lub podgrzanie niż żywność o niskiej pojemności cieplnej. Oznacza to, że czas gotowania dania zależy od tego, jakie produkty są w nim zawarte, a także od tego, jak szybko z niego wyparowuje woda. Parowanie jest ważne, ponieważ wymaga dużej ilości energii. Często termometr spożywczy służy do sprawdzania temperatury potrawy lub znajdującej się w niej żywności. Jest szczególnie wygodny w użyciu podczas przygotowywania ryb, mięsa i drobiu.

mikrofale

Efektywność podgrzewania żywności w kuchence mikrofalowej zależy między innymi od ciepła właściwego żywności. Promieniowanie mikrofalowe generowane przez magnetron kuchenki mikrofalowej powoduje, że cząsteczki wody, tłuszczu i niektórych innych substancji poruszają się szybciej, powodując podgrzanie żywności. Cząsteczki tłuszczu są łatwe do przenoszenia ze względu na ich niską pojemność cieplną, dlatego tłuste potrawy są podgrzewane do wyższych temperatur niż żywność zawierająca dużo wody. Osiągnięta temperatura może być tak wysoka, że ​​wystarcza do reakcji Maillarda. Produkty o dużej zawartości wody nie osiągają takich temperatur ze względu na dużą pojemność cieplną wody, dlatego nie zachodzi w nich reakcja Maillarda.

Wysokie temperatury osiągane przez tłuszcz mikrofalowy mogą powodować przegotowanie niektórych produktów spożywczych, takich jak bekon, ale te temperatury mogą być niebezpieczne, gdy są używane. kuchenka mikrofalowa, zwłaszcza jeśli nie przestrzegasz zasad użytkowania piekarnika, opisanych w instrukcji obsługi. Na przykład podczas podgrzewania lub gotowania tłustych potraw w piekarniku nie należy używać przyborów plastikowych, ponieważ nawet przybory do kuchenek mikrofalowych nie są przystosowane do temperatur osiąganych przez tłuszcz. Nie zapominaj też, że tłuste potrawy są bardzo gorące i jedz je ostrożnie, aby się nie poparzyć.

Ciepło właściwe materiałów używanych w życiu codziennym

Czy masz trudności z tłumaczeniem jednostek miar z jednego języka na inny? Koledzy są gotowi do pomocy. Zadaj pytanie w TCTerms a w ciągu kilku minut otrzymasz odpowiedź.