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文檔簡介
1、比熱容(specificheatcapacity)又稱比熱容量,簡稱比熱(specificheat),是單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量,即是單位質(zhì)量物體改變單位溫度時的吸收或釋放的內(nèi)能。比熱容是表示物質(zhì)熱性質(zhì)的物理量。通常用符號c表示?;旌衔锏谋葻崛輾怏w的比熱容水的比熱容較大的應(yīng)用一、利用水的比熱容大來調(diào)節(jié)氣候二、利用水的比熱容大來冷卻或取暖常見物質(zhì)的比熱容混合物的比熱容氣體的比熱容水的比熱容較大的應(yīng)用一、利用水的比熱容大來調(diào)節(jié)氣候二、利用水的比熱容大來冷卻或取暖©編輯本段定義比熱容是單位質(zhì)量的某種物質(zhì)升高單位溫度所需的熱量。其國際單位制中的單位是焦耳每千克開爾文(J/(kg.K)或J/(kg
2、.°C),J是指焦耳,K是指熱力學(xué)溫標(biāo),與攝氏度。C相等),即令1千克的物質(zhì)的溫度上升(或下降)1攝氏度所需的能量。根據(jù)此定理,最基本便可得出以下公式:c=AE(Q)/mTE為吸收的熱量,中學(xué)的教科書里為Q;m是物體的質(zhì)量,AT是吸熱(放熱)后溫度所上升(下降)值,初中的教材里把AT寫成其實這是很不規(guī)范的(我們生活中常用C作為溫度的單位,很少用K,而且T=At,因此中學(xué)階段都用At,但國際上或者更高等的科學(xué)領(lǐng)域,還是使用T)。物質(zhì)的比熱容與所進(jìn)行的過程有關(guān)。在工程應(yīng)用上常用的有定壓比熱容Cp、定容比熱容Cv和飽和狀態(tài)比比熱容測試儀熱容三種。定壓比熱容Cp是單位質(zhì)量的物質(zhì)在壓力不變的條
3、件下,溫度升高或下降1C或1K所吸收或放出的能量。定容比熱容Cv是單位質(zhì)量的物質(zhì)在容積(體積)不變的條件下,溫度升高或下降1C或1K吸收或放出的內(nèi)能。飽和狀態(tài)比熱容是單位質(zhì)量的物質(zhì)在某飽和狀態(tài)時,溫度升高或下降1C或1K所吸收或放出的熱量。編輯本段單位比熱容的單位是復(fù)合單位。在國際單位制中,能量、功、熱量的主單位統(tǒng)一為焦耳,溫度的主單位是開爾文,因此比熱容的國際單位為J/(kgK),讀作“焦耳每千克開爾文”。(內(nèi)的字可以省略。)常用單位:J/(kg.°C)、J/(g.°C)、kJ/(kg.°C)、cal/(kg.°C)、kcal/(kg°C)等
4、。注意攝氏度和開爾文僅在溫標(biāo)表示上有所區(qū)別,在表示溫差的量值意義上等價,因此這些單位中的C和K可以任意互相替換。例如“焦每千克攝氏度”和“焦每千克開”是等價的。比熱容表示物體吸熱(或散熱)能力的物理量編輯本段計算設(shè)有一質(zhì)量為m的物體,在某一過程中吸收(或放出)熱量0時,溫度升高(或降低)AT,則AQ/AT稱為物體在此過程中的熱容量(簡稱熱容),用C表示,即C=AQ/AT。用熱容除以質(zhì)量,即得比熱容c=C/m=AQ/mATo對于微小過程的熱容和比熱容,分別有C=dQ/dT,c=l/m*dQ/dT。因此,在物體溫度由T1變化到T2的有限過程中,吸收(或放出)的熱量Q=J(T2,Tl)CdT=mJ(
5、T2,Tl)cdT。一般情況下,熱容與比熱容均為溫度的函數(shù),但在溫度變化范圍不太大時,可近似地看為常量。于是有Q=C(T2-Tl)=mc(T2-Tl)。如令溫度改變量AT=T2-T1,則有Q=cmAT。這是中學(xué)中用比熱容來計算熱量的基本公式。在英文中,比熱容被稱為:SpecificHeatCapacity(SHC)。用比熱容計算熱能的公式為:Energy=MassxSpecificHeatCapacityxTemperaturechange可簡寫為:Energy=SHCxMassxTempCh,Q=cmAT。與比熱相關(guān)的熱量計算公式:Q=cmAT即Q吸(放)=cm(T初-T末)其中c為比熱,m
6、為質(zhì)量,Q為能量。吸熱時為Q=cmAT升(用實際升高溫度減物體初溫),放熱時為Q=cmAT降(用實際初溫減降后溫度)?;蛘逹=cmAT=cm(T末-T初),Q>0時為吸熱,Q<0時為放熱。(涉及到相態(tài)變化時的熱量計算不能直接用Q=cmAT,因為不同物質(zhì)的比熱容一般不同,發(fā)生物態(tài)變化后,物質(zhì)的比熱容變化了。)編輯本段歷史最初是在18世紀(jì),蘇格蘭的物理學(xué)家兼化學(xué)家J.布萊克發(fā)現(xiàn)質(zhì)量相同的不同物質(zhì),上升到相同溫度所需的熱量不同,而提出了比熱容的概念。幾乎任何物質(zhì)皆可測量比熱容,如化學(xué)元素、化合物、合金、溶液,以及復(fù)合材料。歷史上,曾以水的比熱來定義熱量,將1克水升高1度所需的熱量定義為1
7、卡路里。混合物的比熱容加權(quán)平均計算:c=XC/XM=(mlcl+m2c2+m3c3+.)/(ml+m2+m3+.)。氣體的比熱容定義:Cp定壓比熱容:壓強不變,溫度隨體積改變時的熱容,Cp=dH/dT,H為焓。Cv定容比熱容:體積不變,溫度隨壓強改變時的熱容,Cv=dU/dT,U為內(nèi)能。則當(dāng)氣體溫度為T,壓強為P時,提供熱量dQ時氣體的比熱容:Cp*m*dT=Cv*m*dT+PdV;其中dT為溫度改變量,dV為體積改變量。理想氣體的比熱容:對于有f個自由度的氣體的定容比熱容和摩爾比熱容是:Cv,m=R*f/2Cv=Rs*f/2R=8.314J/(molK)邁耶公式:Cp=Cv+R比熱容比:Y=
8、Cp/Cv多方比熱容:Cn=Cv-R/(n-l)=Cv*(Y-n)/(l-n)對于固體和液體,均可以用比定壓熱容Cp來測量其比熱容,即:C=Cp(用定義的方法測量C=dQ/mdT)。Dulong-Petit規(guī)律:金屬比熱容有一個簡單的規(guī)律,即在一定溫度范圍內(nèi),所有金屬都有一固定的摩爾熱容:Cp=25J/(molK)所以cp=25/M,其中M為摩爾質(zhì)量,比熱容單位J/(kgK)。注:當(dāng)溫度遠(yuǎn)低于200K時關(guān)系不再成立,因為對于T趨于0,C也將趨于0。編輯本段水的比熱容較大的應(yīng)用水的比熱容較大,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有廣泛的應(yīng)用。這個應(yīng)用主要考慮兩個方面,第一是一定質(zhì)量的水吸收(或放出)很多的熱
9、而自身的溫度卻變化不多,有利于調(diào)節(jié)氣候;第二是一定質(zhì)量的水升高(或降低)一定溫度吸熱(或放熱)很多,有利于用水作冷卻劑或取暖。一、利用水的比熱容大來調(diào)節(jié)氣候水的比熱容較大,對于氣候的變化有顯著的影響。在同樣受熱或冷卻的情況下,水的溫度變化小一些,水的這個特征對氣候影響很大,白天沿海地區(qū)比內(nèi)陸地區(qū)溫升慢,夜晚沿海溫度降低少,為此一天中沿海地區(qū)溫度變化小,內(nèi)陸溫度變化大,一年之中夏季內(nèi)陸比沿海炎熱,冬季內(nèi)陸比沿海寒冷。海陸風(fēng)的形成原因與之類似。1對氣溫的影響據(jù)新華社消息,三峽水庫蓄水后,這個世界上最大的人工湖將成為一個天然“空調(diào)”,使山城重慶的氣候冬暖夏涼。據(jù)估計,夏天氣溫可能會因此下降5
10、6;C,冬天氣溫可能會上升3到4°C。2熱島效應(yīng)的緩解晴朗無風(fēng)的夏日,海島上的地面氣溫,高于周圍海上氣溫,并因此形成海風(fēng)環(huán)流以及海島上空的積云對流,這是海洋熱島效應(yīng)的表現(xiàn)。近年來,由于城市人口集中,工業(yè)發(fā)達(dá),交通擁塞,大氣污染嚴(yán)重,且城市中的建筑大多為石頭和混凝土建成,在溫度的空間分布上,城市猶如一個溫暖的島嶼,從而形成城市熱島效應(yīng)。在緩解熱島效應(yīng)方面,專家測算,一個中型城市環(huán)城綠化帶樹苗長成濃蔭后,綠化帶常年涵養(yǎng)水源相當(dāng)于一座容積為1.14x10m的中型水庫,由于水的比熱容大,能使城區(qū)夏季高溫下降1°C以上,有效緩解日益嚴(yán)重的“熱島效應(yīng)”。水庫的建立,水的增加,而水的比熱
11、容大,在同樣受冷受熱時溫度變化較小,從而使夏天的溫度不會升得比過去高,冬天的溫度不會下降的比過去低,使溫度保持相對穩(wěn)定,從而水庫成為一個巨大的“天然空調(diào)”。二、利用水的比熱容大來冷卻或取暖1水冷系統(tǒng)的應(yīng)用人們很早就開始用水來冷卻發(fā)熱的機器,在電腦CPU散熱中可以利用散熱片與CPU核心接觸,使CPU產(chǎn)生的熱量通過熱傳導(dǎo)的方式傳輸?shù)缴崞?,然后利用風(fēng)扇將散發(fā)到空氣中的熱量帶走。但水的比熱容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣,因此可以用水代替空氣作為散熱介質(zhì),通過水泵將內(nèi)能增加的水帶走,組成水冷系統(tǒng)。這樣CPU產(chǎn)生的熱量傳輸?shù)剿泻笏臏囟炔粫黠@上升,散熱性能優(yōu)于上述直接利用空氣和風(fēng)扇的系統(tǒng)。熱機(例如汽車的發(fā)動機,
12、發(fā)電廠的發(fā)電機等)的冷卻系統(tǒng)也用水做為冷卻液,也是利用了水的比熱容大這一特性。2農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用水稻是喜溫作物,在每年三四月份育苗的時候,為了防止霜凍,農(nóng)民普遍采用“淺水勤灌”的方法,即傍晚在秧田里灌一些水過夜,第二天太陽升起的時候,再把秧田中的水放掉。根據(jù)水的比熱容大的特性,在夜晚降溫時,使秧苗的溫度變化不大,對秧苗起了保溫作用。3熱水取暖冬季供熱用的散熱器、暖水袋。4其他諸如在炎熱的夏天古代皇室用流水從屋頂上流下,起了防暑降溫作用;夏威夷是太平洋深處的一個島,那里氣候宜人,是旅游度假的圣地,除了景色誘人之外,還有一個主要原因就是冬暖夏涼。其它信息參見詞條定壓比熱容、定容比熱容。編輯本段常見
13、物質(zhì)的比熱容單位質(zhì)量的某種物質(zhì),溫度降低1度放出的熱量,與它溫度升高一度吸收的熱量相等,數(shù)值上也等于它的比熱容。物質(zhì)化學(xué)符號模型相比熱容量(基本)比熱容量(25C)態(tài)J/(kgC)J/(kgK)氫H2氣1400014300氦He1氣51905193.2氨NH34氣20552050氖Ne1氣10301030.1鋰Li1固35803582乙醇CH3CH2OH9液24602440汽油混混液22002220石蠟CnH2n+262至122固22002500甲烷CH45氣21602156油混混液20002000軟木塞混混固20002000乙烷C2H68氣17301729尼龍混混固17001720乙炔C2H
14、24氣15001511聚苯乙烯CH23固13001300硫化氫H2S3氣11001105氮N2氣10401042空氣(室溫)混混氣10301012空氣(海平面、干燥、0°C)混混氣10051035氧O2氣920918二氧化碳CO23氣840839一氧化碳CO2氣10401042鋁Al1固900897石綿混混固840847陶瓷混混固840837氟F2氣820823.9磚混混固750750石墨C1固720710四氟甲烷CF45氣660659.1二氧化硫SO23氣600620玻璃混混固60084氯C122氣520520鉆石C1固502509.1鋼混混固450450鐵Fe1固450444黃銅
15、Cu,Zn混固380377銅Cu1固385386銀Ag1固235233汞Hg1液139140鉑Pt1固135135金Au1固129126鉛Pb1固125128水蒸氣(水)H2O3氣18501850水H2O3液42004186冰(水)H2O3固20602050(-10C)理論上說,常見液體和固體物質(zhì)中,水的比熱容最大對上表中數(shù)值的解釋:比熱此表中單位為kJ/(kg°C)/J/(kg°C),兩單位為千進(jìn)制1kJ/(kg°C)/=1*1O³J/(kg°C)(2) 水的比熱較大,金屬的比熱更小一些(3) c鋁c鐵。鋼。鉛(c鉛c鐵c鋼c鋁)。補充說明:1不同的物質(zhì)有不同的比熱,比熱是物質(zhì)的一種屬性,因此,可以用比熱的不同來(粗略地)鑒別不同的物質(zhì)(注意有部分物質(zhì)比熱相當(dāng)接近)2同一物質(zhì)的比熱一般不隨質(zhì)量、形狀的變化而變化。如一杯水與一桶水,它們的比熱相同。3對同一物質(zhì),比熱值與物態(tài)有關(guān),同一物質(zhì)在同一狀態(tài)下的比熱是一定的(忽略溫度對
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