Čo si myslíte, že sa na sporáku rýchlejšie zohreje: liter vody v hrnci alebo samotná panvica s hmotnosťou 1 kilogram? Hmotnosť telies je rovnaká, dá sa predpokladať, že zahrievanie bude prebiehať rovnakou rýchlosťou.
Ale to tam nebolo! Môžete urobiť experiment - položte prázdnu panvicu na niekoľko sekúnd do ohňa, len ju nespálite a pamätajte, na akú teplotu sa zahriala. A potom nalejte vodu do panvice presne rovnakej hmotnosti, ako je hmotnosť panvice. Teoreticky by sa voda mala zohriať na rovnakú teplotu ako prázdna panvica za dvojnásobný čas, keďže v tento prípad ohrievajú sa obe - voda aj panvica.
Aj keď budete čakať trojnásobne dlhšie, dbajte na to, aby bola voda stále menej zohriata. Voda trvá takmer desaťkrát dlhšie, kým sa zohreje na rovnakú teplotu ako hrniec s rovnakou hmotnosťou. Prečo sa to deje? Čo bráni ohrevu vody? Prečo by sme pri varení mali plytvať plynom navyše na ohrev vody? Pretože existuje fyzikálna veličina nazývaná merná tepelná kapacita látky.
Špecifická tepelná kapacita látky
Táto hodnota ukazuje, koľko tepla treba odovzdať telesu s hmotnosťou jedného kilogramu, aby sa jeho teplota zvýšila o jeden stupeň Celzia. Meria sa v J / (kg * ˚С). Táto hodnota neexistuje z rozmaru, ale z dôvodu rozdielu vo vlastnostiach rôznych látok.
Špecifické teplo vody je asi desaťkrát väčšie ako špecifické teplo železa, takže hrniec sa zohreje desaťkrát rýchlejšie ako voda v ňom. To je zvedavé špecifické teploľad je polovica tepelnej kapacity vody. Preto sa ľad zohreje dvakrát rýchlejšie ako voda. Roztopenie ľadu je jednoduchšie ako ohrev vody. Akokoľvek zvláštne to znie, je to fakt.
Výpočet množstva tepla
Merná tepelná kapacita je označená písmenom c A použité vo vzorci na výpočet množstva tepla:
Q = c*m*(t2 - t1),
kde Q je množstvo tepla,
c - merná tepelná kapacita,
m - telesná hmotnosť,
t2 a t1 sú konečné a počiatočné teploty telesa.
Špecifický vzorec tepla: c = Q / m*(t2 - t1)
Môžete tiež vyjadriť z tohto vzorca:
- m = Q / c*(t2-t1) - telesná hmotnosť
- t1 = t2 - (Q / c * m) - počiatočná telesná teplota
- t2 = t1 + (Q / c*m) - konečná telesná teplota
- Δt = t2 - t1 = (Q / c*m) - teplotný rozdiel (delta t)
Ako je to s mernou tepelnou kapacitou plynov? Všetko je tu viac mätúce. S pevnými látkami a kvapalinami je situácia oveľa jednoduchšia. Ich merná tepelná kapacita je konštantná, známa, ľahko vypočítateľná hodnota. Pokiaľ ide o špecifickú tepelnú kapacitu plynov, táto hodnota je v rôznych situáciách veľmi odlišná. Vezmime si ako príklad vzduch. Merná tepelná kapacita vzduchu závisí od zloženia, vlhkosti a atmosférického tlaku.
Zároveň s nárastom teploty plyn zväčšuje svoj objem a musíme zaviesť ešte jednu hodnotu - konštantný alebo premenlivý objem, ktorý tiež ovplyvní tepelnú kapacitu. Preto sa pri výpočte množstva tepla pre vzduch a iné plyny používajú špeciálne grafy hodnôt špecifickej tepelnej kapacity plynov v závislosti od rôznych faktorov a podmienok.
Množstvo energie, ktoré sa musí dodať 1 g látky, aby sa jej teplota zvýšila o 1 °C. Podľa definície je potrebných 4,18 J na zvýšenie teploty 1 gramu vody o 1 °C. encyklopedický slovník.… … Ekologický slovník
špecifické teplo-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti EN špecifické teploSH …
ŠPECIFICKÉ TEPLO- fyzický. veličina meraná množstvom tepla potrebného na zohriatie 1 kg látky o 1 K (pozri). Jednotka mernej tepelnej kapacity v SI (pozri) na kilogram kelvinov (J kg ∙ K)) ... Veľká polytechnická encyklopédia
špecifické teplo- savitoji šiluminė talpa statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. tepelná kapacita na jednotku hmotnosti; hromadná tepelná kapacita; merná tepelná kapacita vok. Eigenwarme, f; špecifice Wärme, f; spezifische Wärmekapazität, f rus. hmotnostná tepelná kapacita, f;… … Fizikos terminų žodynas
Pozrite si tepelnú kapacitu... Veľká sovietska encyklopédia
špecifické teplo- špecifické teplo... Slovník chemických synoným I
merná tepelná kapacita plynu- — Témy ropný a plynárenský priemysel EN špecifické teplo plynu … Technická príručka prekladateľa
merná tepelná kapacita oleja- — Témy ropný a plynárenský priemysel EN špecifické teplo oleja … Technická príručka prekladateľa
merná tepelná kapacita pri konštantnom tlaku-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti EN špecifické teplo pri konštantnom tlakucpkonštantný tlak špecifické teplo … Technická príručka prekladateľa
merná tepelná kapacita pri konštantnom objeme-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti EN špecifické teplo pri konštantnom objeme konštantný objem špecifické teploCv … Technická príručka prekladateľa
knihy
- Fyzikálne a geologické základy pre štúdium pohybu vody v hlbokých horizontoch, Trushkin V.V. Vo všeobecnosti sa kniha venuje zákonu automatickej regulácie teploty vody s hostiteľským telesom, ktorý autor objavil v roku 1991. Na začiatku knihy je prehľad o stave poznania problému pohybu hlbokých ...
V dnešnej lekcii si predstavíme taký fyzikálny pojem, akým je merná tepelná kapacita látky. Vieme, že to závisí od chemické vlastnosti látky a jej hodnota, ktorú nájdete v tabuľkách, je pre rôzne látky rôzna. Potom zistíme merné jednotky a vzorec na zistenie špecifickej tepelnej kapacity a tiež sa naučíme analyzovať tepelné vlastnosti látok podľa hodnoty ich špecifickej tepelnej kapacity.
Kalorimeter(z lat. kalórií- teplý a merač- meranie) - zariadenie na meranie množstva tepla uvoľneného alebo absorbovaného pri akomkoľvek fyzikálnom, chemickom alebo biologickom procese. Termín "kalorimeter" navrhli A. Lavoisier a P. Laplace.
Kalorimeter pozostáva z krytu, vnútorného a vonkajšieho skla. Pri konštrukcii kalorimetra je veľmi dôležité, aby medzi menšou a väčšou nádobou bola vzduchová vrstva, ktorá v dôsledku nízkej tepelnej vodivosti zabezpečuje zlý prenos tepla medzi obsahom a vonkajším prostredím. Táto konštrukcia umožňuje považovať kalorimeter za akúsi termosku a prakticky sa zbaviť vplyvu vonkajšieho prostredia na priebeh procesov prenosu tepla vo vnútri kalorimetra.
Kalorimeter je určený na presnejšie merania merných tepelných kapacít a iných tepelných parametrov telies ako je uvedené v tabuľke.
Komentujte. Je dôležité si uvedomiť, že taký pojem ako množstvo tepla, ktoré používame veľmi často, si netreba zamieňať s vnútornou energiou tela. Množstvo tepla presne určuje zmenu vnútornej energie a nie jej špecifickú hodnotu.
Všimnite si, že merná tepelná kapacita rôznych látok je rôzna, čo je vidieť z tabuľky (obr. 3). Napríklad zlato má špecifickú tepelnú kapacitu. Ako sme už skôr uviedli, fyzikálny význam tejto špecifickej tepelnej kapacity znamená, že na zohriatie 1 kg zlata o 1 °C je potrebné dodať 130 J tepla (obr. 5).
Ryža. 5. Merná tepelná kapacita zlata
V ďalšej lekcii si povieme, ako vypočítať množstvo tepla.
Zoznamliteratúre
- Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlová V.A., Roizena I.I. Fyzika 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fyzika 8. - M.: Osveta.
- Internetový portál "vactekh-holod.ru" ()
Domáca úloha
Tepelná kapacita je schopnosť absorbovať určité množstvo tepla počas zahrievania alebo ho po ochladení odovzdať. Tepelná kapacita telesa je pomer nekonečne malého množstva tepla, ktoré telo prijíma, k zodpovedajúcemu zvýšeniu jeho teplotných ukazovateľov. Hodnota sa meria v J/K. V praxi sa používa trochu iná hodnota – merná tepelná kapacita.
Definícia
Čo znamená merná tepelná kapacita? Ide o množstvo vzťahujúce sa na jedno množstvo látky. V súlade s tým môže byť množstvo látky merané v kubických metroch, kilogramoch alebo dokonca v móloch. Od čoho to závisí? Vo fyzike tepelná kapacita priamo závisí od toho, na ktorú kvantitatívnu jednotku sa vzťahuje, čo znamená, že rozlišujú medzi molárnou, hmotnostnou a objemovou tepelnou kapacitou. V stavebníctve sa nestretnete s molárnymi meraniami, ale s inými – neustále.
Čo ovplyvňuje mernú tepelnú kapacitu?
Viete, čo je tepelná kapacita, ale aké hodnoty ovplyvňujú indikátor, ešte nie je jasné. Hodnotu merného tepla priamo ovplyvňujú viaceré zložky: teplota látky, tlak a ďalšie termodynamické charakteristiky.
So stúpajúcou teplotou produktu sa zvyšuje jeho merná tepelná kapacita, avšak určité látky sa v tejto závislosti líšia v úplne nelineárnej krivke. Napríklad so zvýšením ukazovateľov teploty z nuly na tridsaťsedem stupňov sa špecifická tepelná kapacita vody začne znižovať a ak je limit medzi tridsiatimi siedmimi a sto stupňami, ukazovateľ sa naopak zvýši.
Je potrebné poznamenať, že parameter závisí aj od toho, ako sa môžu meniť termodynamické charakteristiky produktu (tlak, objem atď.). Napríklad špecifické teplo pri stabilnom tlaku a pri stabilnom objeme bude odlišné.
Ako vypočítať parameter?
Zaujíma vás, aká je tepelná kapacita? Vzorec výpočtu je nasledujúci: C \u003d Q / (m ΔT). Aké sú tieto hodnoty? Q je množstvo tepla, ktoré výrobok získa pri zahriatí (alebo uvoľnení výrobkom počas chladenia). m je hmotnosť produktu a ΔT je rozdiel medzi konečnou a počiatočnou teplotou produktu. Nižšie je uvedená tabuľka tepelnej kapacity niektorých materiálov.
Čo možno povedať o výpočte tepelnej kapacity?
Výpočet tepelnej kapacity nie je jednoduchá úloha, najmä ak sa používajú iba termodynamické metódy, presnejšie to urobiť nemožno. Fyzici preto využívajú metódy štatistickej fyziky či poznatky o mikroštruktúre produktov. Ako vypočítať plyn? Tepelná kapacita plynu sa vypočíta z výpočtu priemernej energie tepelného pohybu jednotlivých molekúl v látke. Pohyb molekúl môže byť translačný a rotačný typ a vo vnútri molekuly môže byť celý atóm alebo vibrácia atómov. Klasická štatistika hovorí, že pre každý stupeň voľnosti rotačných a translačných pohybov existuje molárna hodnota, ktorá sa rovná R / 2, a pre každý vibračný stupeň voľnosti je hodnota rovná R. Toto pravidlo sa nazýva aj zákon ekvipartície.
V tomto prípade sa častica monatomického plynu líši len o tri translačné stupne voľnosti, a preto by sa jej tepelná kapacita mala rovnať 3R/2, čo je vo výbornej zhode s experimentom. Každá dvojatómová molekula plynu má tri translačné, dva rotačné a jeden vibračný stupeň voľnosti, čo znamená, že zákon ekvipartície bude 7R/2 a skúsenosti ukázali, že tepelná kapacita mólu dvojatómového plynu pri bežnej teplote je 5R/2. Prečo došlo k takému teoretickému rozporu? Všetko je spôsobené tým, že pri stanovovaní tepelnej kapacity bude potrebné brať do úvahy rôzne kvantové efekty, inými slovami použiť kvantovú štatistiku. Ako vidíte, tepelná kapacita je pomerne komplikovaný pojem.
Kvantová mechanika hovorí, že akýkoľvek systém častíc, ktoré oscilujú alebo rotujú, vrátane molekuly plynu, môže mať určité diskrétne energetické hodnoty. Ak je energia tepelného pohybu v inštalovanom systéme nedostatočná na vybudenie kmitov požadovanej frekvencie, potom tieto kmity neprispievajú k tepelnej kapacite systému.
V pevných látkach je tepelný pohyb atómov slabá oscilácia v blízkosti určitých rovnovážnych polôh, to platí pre uzly kryštálová mriežka. Atóm má tri vibračné stupne voľnosti a podľa zákona sa molárna tepelná kapacita pevného telesa rovná 3nR, kde n je počet atómov prítomných v molekule. V praxi je táto hodnota hranicou, ku ktorej tepelná kapacita tela pri vysokých teplotách inklinuje. Hodnota sa dosahuje pri bežných teplotných zmenách mnohých prvkov, to platí pre kovy, ako aj pre jednoduché zlúčeniny. Zisťuje sa aj tepelná kapacita olova a iných látok.
Čo možno povedať o nízkych teplotách?
Už vieme, čo je tepelná kapacita, ale ak hovoríme o nízke teploty, ako sa potom vypočíta hodnota? Ak rozprávame sa o indikátoroch nízkej teploty, potom sa tepelná kapacita pevného telesa potom ukáže ako úmerná T 3 alebo takzvaný Debyeov zákon tepelnej kapacity. Hlavné kritérium rozlišovania vysoký výkon teploty od nízkych, je bežné ich porovnávať s parametrom charakteristickým pre konkrétnu látku - môže to byť charakteristika alebo Debyeova teplota q D . Prezentovaná hodnota je určená vibračným spektrom atómov v produkte a výrazne závisí od kryštálovej štruktúry.
V kovoch majú vodivé elektróny určitý príspevok k tepelnej kapacite. Táto časť tepelnej kapacity sa vypočítava pomocou štatistiky Fermi-Dirac, ktorá zohľadňuje elektróny. Elektronická tepelná kapacita kovu, ktorá je úmerná obvyklej tepelnej kapacite, je relatívne malá hodnota a prispieva k tepelnej kapacite kovu iba pri teplotách blízkych absolútnej nule. Potom je tepelná kapacita mriežky veľmi malá a môže byť zanedbaná.
Hmotnostná tepelná kapacita
Hmotnostná špecifická tepelná kapacita je množstvo tepla, ktoré je potrebné preniesť na jednotku hmotnosti látky, aby sa produkt zohrial na jednotku teploty. Táto hodnota sa označuje písmenom C a meria sa v jouloch delených kilogramom na kelvin - J / (kg K). To je všetko, čo sa týka tepelnej kapacity hmoty.
Čo je objemová tepelná kapacita?
Objemová tepelná kapacita je určité množstvo tepla, ktoré je potrebné priviesť na jednotkový objem výroby, aby sa zohrialo na jednotku teploty. Tento indikátor sa meria v jouloch delených kubickým metrom na kelvin alebo J / (m³ K). V mnohých referenčných knihách o budovách sa uvažuje o hmotnostnej špecifickej tepelnej kapacite pri práci.
Praktické využitie tepelnej kapacity v stavebníctve
Pri konštrukcii tepelne odolných stien sa aktívne používa veľa tepelne náročných materiálov. To je mimoriadne dôležité pre domy, ktoré sa vyznačujú periodickým vykurovaním. Napríklad rúra. Tepelne náročné výrobky a steny z nich postavené dokonale akumulujú teplo, ukladajú ho počas vykurovacích období a po vypnutí systému teplo postupne uvoľňujú, čím umožňujú udržiavať prijateľnú teplotu počas celého dňa.
Takže čím viac tepla je v konštrukcii uložené, tým príjemnejšia a stabilnejšia bude teplota v miestnostiach.
Treba si uvedomiť, že obyčajná tehla a betón používané v bytovej výstavbe majú výrazne nižšiu tepelnú kapacitu ako penový polystyrén. Ak vezmeme ecowool, potom je trikrát náročnejší na teplo ako betón. Treba poznamenať, že vo vzorci na výpočet tepelnej kapacity nie je zbytočné, že existuje hmotnosť. Vďaka veľkej obrovskej hmote betónu alebo tehly v porovnaní s ecowool umožňuje akumulovať obrovské množstvo tepla v kamenných stenách konštrukcií a vyrovnávať všetky denné teplotné výkyvy. Iba malé množstvo izolácie vo všetkých rámových domoch, napriek dobrej tepelnej kapacite, je najslabšou oblasťou pre všetky rámové technológie. Na vyriešenie tohto problému sú vo všetkých domoch inštalované pôsobivé akumulátory tepla. Čo to je? Ide o konštrukčné diely, ktoré sa vyznačujú veľkou hmotnosťou s pomerne dobrým indexom tepelnej kapacity.
Príklady akumulátorov tepla v živote
čo by to mohlo byť? Napríklad nejaké vnútorné tehlové steny, veľké kachle alebo krb, betónové potery.
Nábytok v každom dome či byte je výborným akumulátorom tepla, pretože preglejka, drevotrieska a drevo dokážu v skutočnosti akumulovať teplo len na kilogram hmotnosti trikrát viac ako notoricky známa tehla.
Má akumulácia tepla nejaké nevýhody? Samozrejme, hlavnou nevýhodou tohto prístupu je, že tepelný akumulátor je potrebné navrhnúť vo fáze vytvárania usporiadania rámového domu. Je to spôsobené tým, že je veľmi ťažký, a to bude potrebné vziať do úvahy pri vytváraní základov a potom si predstavte, ako bude tento objekt integrovaný do interiéru. Stojí za to povedať, že je potrebné brať do úvahy nielen hmotnosť, ale v práci bude potrebné vyhodnotiť obe charakteristiky: hmotnosť a tepelnú kapacitu. Ak napríklad použijete ako zásobník tepla zlato s neuveriteľnou hmotnosťou dvadsať ton na meter kubický, výrobok bude fungovať ako má len o dvadsaťtri percent lepšie ako betónová kocka, ktorá váži dva a pol tony.
Ktorá látka je najvhodnejšia na akumuláciu tepla?
najlepší produkt lebo tepelný akumulátor vôbec nie je betón a tehla! Meď, bronz a železo to robia dobre, ale sú veľmi ťažké. Napodiv, ale najlepším akumulátorom tepla je voda! Kvapalina má pôsobivú tepelnú kapacitu, najväčšiu spomedzi látok, ktoré máme k dispozícii. Väčšiu tepelnú kapacitu majú len héliové plyny (5190 J / (kg K) a vodík (14300 J / (kg K)), ktoré sú však v praxi problematické.Ak si želáte a potrebujete, pozrite si tabuľku tepelnej kapacity látok, ktoré potrebujete.
Prevodník dĺžky a vzdialenosti Prevodník hmotnosti Prevodník objemu pre hromadné potraviny a potraviny Prevodník objemu a jednotiek Prevodník pre recepty na varenie Prevodník teploty Prevodník tlaku, stresu, Youngovho modulu Konvertor energie a práce Konvertor energie Konvertor sily Konvertor času Lineárny konvertor rýchlosti Počet Plochý uhol a tepelný konvertor Prevodník tepla dámske oblečenie a veľkosti topánok pre pánske oblečenie a obuv Prevodník uhlovej rýchlosti a rýchlosti Prevodník zrýchlenia Prevodník uhlového zrýchlenia Prevodník hustoty Konvertor špecifického objemu Prevodník momentu zotrvačnosti Konvertor momentu sily Prevodník krútiaceho momentu špecifické teplo Hustota energie a špecifické teplo spaľovania paliva (objemovo) Teplotný rozdiel Konvertor Koeficient tepelnej rozťažnosti Konvertor Tepelný odpor Konvertor Tepelná vodivosť Konvertor merná tepelná kapacita Konvertor Energia Expozícia a tepelný sálavý výkon Konvertor Tepelný tok Hustota toku Konvertor Konvertor tepla Koeficient prenosu tepla Flow Konvertor Flow Konvertor Flow lux Konvertor hustoty Molárny konvertor Koncentrácia Konvertor hmotnostnej koncentrácie Dynamický (absolútny) Konvertor viskozity Kinematický konvertor viskozity Konvertor povrchového napätia Konvertor paropriepustnosti Prevodník paropriepustnosti a rýchlosti prenosu pár Konvertor úrovne zvuku Konvertor úrovne zvuku Konvertor citlivosti mikrofónu (SPL) Konvertor zvuku Úroveň tlaku počítačová grafika Prevodník frekvencie a vlnovej dĺžky Dioptrický výkon a ohnisková vzdialenosť Dioptrický výkon a zväčšenie šošovky (×) Prevodník elektrického náboja Lineárny prevodník hustoty náboja Prevodník hustoty povrchového náboja Prevodník hustoty náboja Objemový Prevodník hustoty náboja elektrický prúd Konvertor hustoty lineárneho prúdu Konvertor hustoty povrchového prúdu Konvertor intenzity elektrického poľa Konvertor elektrostatického potenciálu a napätia Konvertor elektrického odporu Konvertor elektrického odporu Konvertor elektrickej vodivosti Konvertor elektrickej vodivosti Konvertor kapacitnej indukčnosti American Wire Gauge Converter sti magnetické pole Prevodník magnetického toku Prevodník magnetickej indukcie žiarenia. Konvertor rádioaktivity absorbovaného dávkového príkonu ionizujúceho žiarenia. Rádioaktívny rozpadový konvertor žiarenie. Prevodník dávky expozície Žiarenie. Prevodník absorbovanej dávky Prevodník desiatkovej predpony Prenos dát Prevodník typografických a obrazových jednotiek Prevodník jednotiek objemu dreva Výpočet molárnej hmotnosti Periodická tabuľka chemických prvkov od D. I. Mendelejeva
Pôvodná hodnota
Prevedená hodnota
joule na kilogram na kelvin joule na kilogram na °C joule na gram na °C kilojoule na kilogram na kelvin kilojoule na kilogram na °C kalórie (IT) na gram na °C kalórie (IT) na gram na °F kalórie (th.) na gram na °C int) na kg na kelvin kilokalórie (th) na kg na kg na kelvin kelund na kgb na kg na kelvin na kelvin BTU (th) za libru na °F BTU (th) za libru na °F BTU (th) za libru na °Rankine BTU (th) na libru na °Rankine BTU (th) na libru na °C Celzia tepl. Jednotky za libru na °C
Viac o mernej tepelnej kapacite
Všeobecné informácie
Molekuly sa pohybujú vplyvom tepla – tento pohyb sa nazýva molekulárna difúzia. Čím vyššia je teplota látky, tým rýchlejšie sa molekuly pohybujú a dochádza k intenzívnejšej difúzii. Pohyb molekúl je ovplyvnený nielen teplotou, ale aj tlakom, viskozitou látky a jej koncentráciou, difúznym odporom, vzdialenosťou, ktorú molekuly prejdú pri svojom pohybe, a ich hmotnosťou. Ak napríklad porovnáme, ako prebieha difúzny proces vo vode a v mede, keď sú všetky ostatné premenné, okrem viskozity, rovnaké, potom je zrejmé, že molekuly vo vode sa pohybujú a difundujú rýchlejšie ako v mede, keďže med má vyššiu viskozitu.
Molekuly potrebujú energiu na pohyb a čím rýchlejšie sa pohybujú, tým viac energie potrebujú. Teplo je v tomto prípade jedným z druhov energie. To znamená, že ak sa v látke udržiava určitá teplota, molekuly sa budú pohybovať a ak sa teplota zvýši, pohyb sa zrýchli. Energia vo forme tepla sa získava spaľovaním palív, ako je zemný plyn, uhlie alebo drevo. Ak sa niekoľko látok zahrieva pomocou rovnakého množstva energie, potom sa niektoré látky pravdepodobne zohrejú rýchlejšie ako iné v dôsledku intenzívnejšej difúzie. Tepelná kapacita a merná tepelná kapacita popisujú práve tieto vlastnosti látok.
Špecifické teplo určuje, koľko energie (teda tepla) je potrebné na zmenu teploty telesa alebo látky určitej hmotnosti o určité množstvo. Táto vlastnosť sa líši od tepelná kapacita, ktorá určuje množstvo energie potrebnej na zmenu teploty celého telesa alebo látky na určitú teplotu. Výpočty tepelnej kapacity na rozdiel od mernej tepelnej kapacity nezohľadňujú hmotnosť. Tepelná kapacita a merná tepelná kapacita sa počítajú len pre látky a telesá v stabilnom stave agregácie, napríklad pre tuhé látky. Tento článok pojednáva o oboch týchto pojmoch, keďže spolu súvisia.
Tepelná kapacita a merná tepelná kapacita materiálov a látok
Kovy
Kovy majú veľmi silnú molekulárnu štruktúru, pretože vzdialenosť medzi molekulami v kovoch a iných pevných látkach je oveľa menšia ako v kvapalinách a plynoch. Vďaka tomu sa molekuly môžu pohybovať len na veľmi malé vzdialenosti, a preto, aby sa mohli pohybovať vyššou rýchlosťou, je potrebné oveľa menej energie ako pre molekuly kvapalín a plynov. Vďaka tejto vlastnosti je ich merná tepelná kapacita nízka. To znamená, že je veľmi ľahké zvýšiť teplotu kovu.
Voda
Na druhej strane má voda veľmi vysokú mernú tepelnú kapacitu, a to aj v porovnaní s inými kvapalinami, takže na zohriatie jednej jednotkovej hmoty vody o jeden stupeň je potrebných oveľa viac energie v porovnaní s látkami, ktorých merná tepelná kapacita je nižšia. Voda má vysokú tepelnú kapacitu vďaka silným väzbám medzi atómami vodíka v molekule vody.
Voda je jednou z hlavných zložiek všetkých živých organizmov a rastlín na Zemi, preto jej merná tepelná kapacita zohráva dôležitú úlohu pre život na našej planéte. V dôsledku vysokej mernej tepelnej kapacity vody sa teplota tekutiny v rastlinách a teplota dutiny v tele živočíchov len málo mení aj vo veľmi chladných alebo veľmi horúcich dňoch.
Voda poskytuje systém na udržiavanie tepelného režimu tak u živočíchov a rastlín, ako aj na povrchu Zeme ako celku. Obrovská časť našej planéty je pokrytá vodou, takže práve voda zohráva veľkú úlohu pri regulácii počasia a klímy. Aj pri veľkom množstve tepla pochádzajúceho z dopadu slnečného žiarenia na povrch Zeme sa teplota vody v oceánoch, moriach a iných vodných plochách postupne zvyšuje a pomaly sa mení aj teplota okolia. Na druhej strane vplyv intenzity tepla zo slnečného žiarenia na teplotu je veľký na planétach, kde nie sú veľké plochy pokryté vodou, ako je Zem, alebo v oblastiach Zeme, kde je vody málo. To je obzvlášť viditeľné, ak sa pozriete na rozdiel medzi dennými a nočnými teplotami. Takže napríklad pri oceáne je rozdiel medzi dennými a nočnými teplotami malý, no v púšti je obrovský.
Vysoká tepelná kapacita vody tiež znamená, že voda sa nielen pomaly ohrieva, ale aj pomaly ochladzuje. Vďaka tejto vlastnosti sa voda často používa ako chladivo, to znamená ako chladivo. Okrem toho je použitie vody výhodné pre jej nízku cenu. V krajinách s chladným podnebím horúca voda cirkuluje v potrubiach na vykurovanie. V zmesi s etylénglykolom sa používa v chladičoch automobilov na chladenie motora. Takéto kvapaliny sa nazývajú nemrznúce zmesi. Tepelná kapacita etylénglykolu je nižšia ako tepelná kapacita vody, takže aj tepelná kapacita takejto zmesi je nižšia, čo znamená, že aj účinnosť chladiaceho systému s nemrznúcou zmesou je nižšia ako u systémov s vodou. S tým sa však treba zmieriť, pretože etylénglykol nedovoľuje, aby voda v zime zamrzla a poškodila kanály chladiaceho systému auta. Do chladiacich kvapalín určených pre chladnejšie podnebie sa pridáva viac etylénglykolu.
Tepelná kapacita v každodennom živote
Ak sú ostatné veci rovnaké, tepelná kapacita materiálov určuje, ako rýchlo sa zahrievajú. Čím vyššia je tepelná kapacita, tým viac energie je potrebné na ohrev tohto materiálu. To znamená, že ak sa dva materiály s rôznymi tepelnými kapacitami ohrievajú rovnakým množstvom tepla a za rovnakých podmienok, potom sa látka s nižšou tepelnou kapacitou zohreje rýchlejšie. Materiály s vysokou tepelnou kapacitou sa naopak zahrievajú a odovzdávajú teplo späť životné prostredie pomalšie.
Kuchynské náradie a náčinie
Materiály na riad a kuchynské náčinie vyberáme najčastejšie podľa ich tepelnej kapacity. Týka sa to hlavne predmetov, ktoré sú v priamom kontakte s teplom, ako sú hrnce, taniere, misky na pečenie a iné podobné pomôcky. Napríklad na hrnce a panvice je lepšie použiť materiály s nízkou tepelnou kapacitou, ako sú kovy. To pomáha ľahšiemu a rýchlejšiemu prenosu tepla z ohrievača cez hrniec do jedla a urýchľuje proces varenia.
Na druhej strane, keďže materiály s vysokou tepelnou kapacitou udržia teplo dlho, je dobré ich použiť na izoláciu, teda vtedy, keď je potrebné udržať teplo výrobkov a zabrániť jeho úniku do okolia, alebo naopak, aby teplo z miestnosti neohrievalo chladené výrobky. Najčastejšie sa takéto materiály používajú na taniere a šálky, v ktorých sa podávajú teplé alebo naopak veľmi studené jedlá a nápoje. Pomáhajú nielen udržiavať teplotu produktu, ale tiež zabraňujú popáleniu ľudí. Keramický riad a riad z expandovaného polystyrénu sú dobrým príkladom použitia takýchto materiálov.
Tepelne izolačné potraviny
V závislosti od množstva faktorov, ako je obsah vody a tuku vo výrobkoch, sa ich tepelná kapacita a merná tepelná kapacita môžu líšiť. Pri varení znalosť tepelnej kapacity potravín umožňuje použiť niektoré potraviny na izoláciu. Ak ostatné potraviny prikryjete izolačnými prípravkami, pomôžu tomuto jedlu udržať sa pod nimi dlhšie teplé. Ak má riad pod týmito tepelnoizolačnými výrobkami vysokú tepelnú kapacitu, tak aj tak pomaly uvoľňuje teplo do okolia. Po dobrom zahriatí strácajú teplo a vodu ešte pomalšie vďaka izolačným produktom na vrchu. Zostanú preto dlhšie horúce.
Príkladom tepelne izolačného výrobku je syr, najmä na pizze a iných podobných jedlách. Kým sa neroztopí, prepúšťa vodnú paru, vďaka čomu sa jedlo pod ním rýchlo ochladí, pretože voda, ktorú obsahuje, sa vyparuje a tým ochladzuje jedlo, ktoré obsahuje. Roztopený syr pokrýva povrch misky a izoluje jedlo pod ním. Často pod syrom sú potraviny s vysokým obsahom vody, ako sú omáčky a zelenina. Vďaka tomu majú vysokú tepelnú kapacitu a dlho udržia teplo, najmä preto, že sú pod roztaveným syrom, ktorý neprepúšťa vodnú paru von. Preto je pizza z rúry taká horúca, že sa môžete ľahko pripáliť omáčkou alebo zeleninou, aj keď cesto po okrajoch vychladne. Povrch pizze pod syrom dlho nevychladne, vďaka čomu je možné pizzu doručiť až domov v dobre izolovanej termotaške.
Niektoré recepty používajú omáčky rovnakým spôsobom ako syr na izoláciu jedla pod ním. Čím vyšší je obsah tuku v omáčke, tým lepšie izoluje produkty - omáčky na báze masla alebo smotany sú v tomto prípade obzvlášť dobré. Je to opäť spôsobené tým, že tuk bráni odparovaniu vody a tým aj odvádzaniu tepla potrebného na odparovanie.
Pri varení sa na tepelnú izoláciu niekedy používajú aj materiály, ktoré nie sú vhodné pre potraviny. Kuchári v Strednej Amerike, na Filipínach, v Indii, Thajsku, Vietname a mnohých ďalších krajinách na tento účel často používajú banánové listy. Dajú sa nielen nazbierať v záhradke, ale aj kúpiť v obchode či na trhu – dokonca sa na tento účel dovážajú aj do krajín, kde sa banány nepestujú. Niekedy sa na izolačné účely používa hliníková fólia. Nielenže bráni odparovaniu vody, ale tiež pomáha udržiavať teplo vo vnútri tým, že zabraňuje prenosu tepla vo forme žiarenia. Ak krídla a ostatné vyčnievajúce časti vtáčika pri pečení zabalíte do alobalu, alobal zabráni ich prehriatiu a spáleniu.
Varenie jedla
Potraviny s vysokým obsahom tuku, ako je syr, majú nízku tepelnú kapacitu. Zohrievajú sa viac s menšou energiou ako produkty s vysokou tepelnou kapacitou a dosahujú teploty dostatočne vysoké na to, aby došlo k Maillardovej reakcii. Maillardova reakcia je chemická reakcia, ktorá prebieha medzi cukrami a aminokyselinami a mení chuť a vzhľad Produkty. Táto reakcia je dôležitá pri niektorých spôsoboch varenia, ako je pečenie chleba a múčnych cukroviniek, pečenie jedál v rúre a vyprážanie. Na zvýšenie teploty jedla na teplotu, pri ktorej k tejto reakcii dochádza, sa pri varení používajú potraviny s vysokým obsahom tuku.
Cukor pri varení
Špecifická tepelná kapacita cukru je dokonca nižšia ako u tuku. Keďže cukor sa rýchlo zahreje na teploty vyššie ako je bod varu vody, práca s ním v kuchyni si vyžaduje bezpečnostné opatrenia, najmä pri výrobe karamelu alebo sladkostí. Pri roztápaní cukru treba byť mimoriadne opatrný, aby sa nerozlial na holú pokožku, pretože teplota cukru dosahuje 175 °C (350 °F) a popálenie od roztopeného cukru bude veľmi vážne. V niektorých prípadoch je potrebné skontrolovať konzistenciu cukru, ale nikdy by sa to nemalo robiť holými rukami, ak je cukor zahrievaný. Ľudia často zabúdajú, ako rýchlo a koľko cukru sa dokáže zahriať, a preto sa popália. V závislosti od toho, na čo je roztavený cukor určený, je možné skontrolovať jeho konzistenciu a teplotu studená voda ako je popísané nižšie.
Vlastnosti cukru a cukrového sirupu sa menia v závislosti od teploty, pri ktorej sa varí. Horúci cukrový sirup môže byť tenký, ako najtenší med, hustý alebo niekde medzi tenkým a hustým. Recepty na sladkosti, karamelky a sladké omáčky zvyčajne špecifikujú nielen teplotu, na ktorú sa má cukor alebo sirup zahriať, ale aj stupeň tvrdosti cukru, ako napríklad stupeň „mäkkej gule“ alebo stupeň „tvrdej gule“. Názov každej fázy zodpovedá konzistencii cukru. Na určenie konzistencie cukrár nakvapká niekoľko kvapiek sirupu ľadová voda ich ochladzovanie. Potom sa konzistencia kontroluje dotykom. Ak teda napríklad vychladený sirup zhustne, ale nestvrdne, ale zostane mäkký a môžete z neho urobiť guľôčku, potom sa má za to, že sirup je v štádiu „mäkkej gule“. Ak je tvar mrazeného sirupu veľmi ťažký, ale napriek tomu sa dá ručne zmeniť, potom je to v štádiu „tvrdej gule“. Cukrári často používajú potravinový teplomer a konzistenciu cukru kontrolujú aj ručne.
bezpečnosť jedla
Keď poznáte tepelnú kapacitu potravín, môžete určiť, ako dlho je potrebné ich chladiť alebo ohrievať, aby dosiahli teplotu, pri ktorej sa nekazia a pri ktorej hynú telu škodlivé baktérie. Napríklad na dosiahnutie určitej teploty potraviny s vyššou tepelnou kapacitou vychladnú alebo zohrejú dlhšie ako potraviny s nízkou tepelnou kapacitou. To znamená, že trvanie varenia jedla závisí od toho, aké produkty sú v ňom obsiahnuté, a tiež od toho, ako rýchlo sa z neho odparuje voda. Odparovanie je dôležité, pretože vyžaduje veľa energie. Na kontrolu teploty pokrmu alebo jedla v ňom sa často používa potravinový teplomer. Je obzvlášť vhodné ho použiť pri príprave rýb, mäsa a hydiny.
mikrovlny
Účinnosť ohrevu jedla v mikrovlnnej rúre závisí okrem iných faktorov od špecifického tepla jedla. Mikrovlnné žiarenie generované magnetrónom mikrovlnnej rúry spôsobuje, že molekuly vody, tuku a niektorých ďalších látok sa pohybujú rýchlejšie, čo spôsobuje ohrievanie jedla. Molekuly tuku sa pre ich nízku tepelnú kapacitu ľahko pohybujú, a preto sa tučné jedlá zohrievajú na vyššie teploty ako potraviny obsahujúce veľa vody. Dosiahnutá teplota môže byť taká vysoká, že postačuje na Maillardovu reakciu. Výrobky s vysokým obsahom vody nedosahujú kvôli vysokej tepelnej kapacite vody také teploty, a preto v nich nedochádza k Maillardovej reakcii.
Vysoké teploty dosiahnuté tukom v mikrovlnnej rúre môžu spôsobiť prepečenie niektorých potravín, ako je slanina, ale tieto teploty môžu byť pri použití nebezpečné. mikrovlnné rúry, najmä ak nedodržiavate pravidlá používania rúry, popísané v návode na použitie. Napríklad pri ohrievaní alebo varení tučných jedál v rúre by ste nemali používať plastový riad, pretože ani mikrovlnný riad nie je určený na teploty, ktoré tuk dosahuje. Tiež nezabudnite, že tučné jedlá sú veľmi horké a jedzte ich opatrne, aby ste sa nepopálili.
Špecifická tepelná kapacita materiálov používaných v každodennom živote
Zdá sa vám ťažké preložiť merné jednotky z jedného jazyka do druhého? Kolegovia sú pripravení vám pomôcť. Uverejnite otázku v TCTerms a do niekoľkých minút dostanete odpoveď.