Удельная теплоёмкость

Молекулы имеют внутреннюю структуру, образованную атомами, которые могут совершать колебания внутри молекул. Кинетическая энергия, запасённая в этих колебаниях, отвечает не только за температуру вещества, но и за его теплоёмкость

Уде́льная теплоёмкость — это отношение теплоёмкости к массе, теплоёмкость единичной массы вещества (разная для различных веществ); физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать единичной массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу^[1].

В Международной системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость измеряется в джоулях на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К)^[2]. Иногда используются и внесистемные единицы: калория/(кг·°C) и т. д.

Удельная теплоёмкость обычно обозначается буквами c или С, часто с индексами.

На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества и другие термодинамические параметры. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C. Кроме того, удельная теплоёмкость зависит от того, каким образом позволено изменяться термодинамическим параметрам вещества (давлению, объёму и т. д.); например, удельная теплоёмкость при постоянном давлении (C_P) и при постоянном объёме (C_V), вообще говоря, различны.

Формула расчёта удельной теплоёмкости:

${\displaystyle c={\frac {Q}{m\Delta T}},}$

где

c — удельная теплоёмкость (от лат. capacite — ёмкость, вместимость),

Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении),

m — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества,

ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.

Удельная теплоёмкость зависит от температуры, поэтому более корректной является следующая формула с малыми (формально бесконечно малыми) ${\displaystyle dT}$ и ${\displaystyle \delta Q}$:

${\displaystyle c(T)={\frac {1}{m}}{\frac {\delta Q}{dT}}.}$

Значения удельной теплоёмкости некоторых веществ

Приведены значения удельной теплоёмкости при постоянном давлении (C_p).

Стандартные значения удельной теплоёмкости

Вещество	Агрегатное состояние	Удельная теплоёмкость, кДж/(кг·K)
Водород	газ	14,304[3]
Аммиак	газ	4,359—5,475
Гелий	газ	5,193[3]
Вода (300 К, 27 °C)	жидкость	4,1806[4]
Литий	твёрдое тело	3,582[3]
Этанол	жидкость	2,438[5]
Лёд (273 К, 0 °C)	твёрдое тело	2,11[6]
Водяной пар (373 К, 100 °C)	газ	2,0784[4]
Нефтяные масла	жидкость	1,670—2,010
Бериллий	твёрдое тело	1,825[3]
Азот	газ	1,040[3]
Воздух (100 % влажность)	газ	1,030
Воздух (сухой, 300 К, 27 °C)	газ	1,007[7]
Кислород (O2)	газ	0,918[3]
Алюминий	твёрдое тело	0,897[3]
Графит	твёрдое тело	0,709[3]
Стекло кварцевое	твёрдое тело	0,703
Чугун	твёрдое тело	0,554[8]
Алмаз	твёрдое тело	0,502
Сталь	твёрдое тело	0,468[8]
Железо	твёрдое тело	0,449[3]
Медь	твёрдое тело	0,385[3]
Латунь	твёрдое тело	0,920[8] 0,377[9]
Молибден	твёрдое тело	0,251[3]
Олово (белое)	твёрдое тело	0,227[3]
Ртуть	жидкость	0,140[3]
Вольфрам	твёрдое тело	0,132[3]
Свинец	твёрдое тело	0,130[3]
Золото	твёрдое тело	0,129[3]
Значения приведены для стандартных условий (T = +25 °C, P = 100 кПа), если это не оговорено особо.

Значения удельной теплоёмкости для некоторых строительных материалов

Вещество	Удельная теплоёмкость кДж/(кг·K)
Древесина	1,700
Гипс	1,090
Асфальт	0,920
Талькохлорит	0,980
Бетон	0,880
Мрамор, слюда	0,880
Стекло оконное	0,840
Кирпич керамический красный	0,840—0,880[10]
Кирпич силикатный	0,750—0,840[10]
Песок	0,835
Почва	0,800
Гранит	0,790
Стекло кронглас	0,670
Стекло флинт	0,503
Сталь	0,470

См. также

• Теплоёмкость
• Объёмная теплоёмкость
• Молярная теплоёмкость
• Теплоёмкость идеального газа

Примечания

1. Для неоднородного (по химическому составу) образца удельная теплоёмкость является дифференциальной характеристикой ${\displaystyle c={\frac {dC}{dm}}={\frac {1}{\rho }}{\frac {dC}{dV}}}$, меняющейся от точки к точке. Зависит она в принципе и от температуры (хотя во многих случаях изменяется достаточно слабо при достаточно больших изменениях температуры), при этом строго говоря определяется — вслед за теплоёмкостью — как дифференциальная величина и по температурной оси, то есть, строго говоря, следует рассматривать изменение температуры в определении удельной теплоёмкости не на один градус (тем более не на какую-то более крупную единицу температуры), а на малое ${\displaystyle \delta T}$ с соответствующим количеством переданной теплоты ${\displaystyle \delta Q}$.
2. Кельвины (К) здесь можно заменять на градусы Цельсия (°C), поскольку эти температурные шкалы (абсолютная и шкала Цельсия) отличаются друг от друга лишь начальной точкой, но не величиной единицы измерения.
3. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 4-135. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
4. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-2. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
5. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 15-17. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
6. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-12. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
7. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-17. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
8. Paul Evans. Specific heat capacity of materials (англ.). The Engineering Mindset (16 октября 2016). Дата обращения: 14 июля 2019. Архивировано 14 июля 2019 года.
9. Spezifische_Wärmekapazität  (неопр.). www.chemie.de. Дата обращения: 29 июня 2021. Архивировано 29 июня 2021 года.
10. Плотность и удельная теплоемкость кирпича: таблица значений Архивная копия от 22 марта 2019 на Wayback Machine.

Литература

• Таблицы физических величин. Справочник, под ред. И. К. Кикоина, М., 1976.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика.
• Лифшиц E. М. Теплоёмкость // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. — М.: «Советская энциклопедия», 1998. — Т. 2.