Удельная 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.

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

В Международной системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость измеряется в (джоулях) на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К). 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
Аммиак	газ	4,359—5,475
Гелий	газ	5,193
Вода (300 К, 27 °C)	жидкость	4,1806
Литий	твёрдое тело	3,582
Этанол	жидкость	2,438
Лёд (273 К, 0 °C)	твёрдое тело	2,11
Водяной пар (373 К, 100 °C)	газ	2,0784
(Нефтяные масла)	жидкость	1,670—2,010
Бериллий	твёрдое тело	1,825
Азот	газ	1,040
Воздух (100 % влажность)	газ	1,030
Воздух (сухой, 300 К, 27 °C)	газ	1,007
Кислород (O2)	газ	0,918
Алюминий	твёрдое тело	0,897
Графит	твёрдое тело	0,709
Стекло кварцевое	твёрдое тело	0,703
Чугун	твёрдое тело	0,554
Алмаз	твёрдое тело	0,502
Сталь	твёрдое тело	0,468
Железо	твёрдое тело	0,449
Медь	твёрдое тело	0,385
Латунь	твёрдое тело	0,9200,377
Молибден	твёрдое тело	0,251
Олово (белое)	твёрдое тело	0,227
Ртуть	жидкость	0,140
Вольфрам	твёрдое тело	0,132
Свинец	твёрдое тело	0,130
Золото	твёрдое тело	0,129
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
Кирпич силикатный	0,750—0,840
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. — .
4. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-2. — 2828 p. — .
5. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 15-17. — 2828 p. — .
6. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-12. — 2828 p. — .
7. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-17. — 2828 p. — .
8. Paul Evans. Specific heat capacity of materials (англ.). The Engineering Mindset (16 октября 2016). Дата обращения: 14 июля 2019. 14 июля 2019 года.
9. Spezifische_Wärmekapazität  (неопр.). www.chemie.de. Дата обращения: 29 июня 2021. 29 июня 2021 года.
10. Плотность и удельная теплоемкость кирпича: таблица значений 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.