Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Значения приведены при температуре около 20 °C и атмосферном давлении. С ростом температуры удельная теплоёмкость металлов и сплавов растёт; для инженерных расчётов в диапазоне до нескольких сотен градусов используют средние значения по соответствующему интервалу. Точные значения для конкретной марки берут из теплофизических справочников.
Значения для жидкостей даны при 20 °C и атмосферном давлении в условиях, далёких от критической точки. У реальных жидкостей теплоёмкость зависит от температуры; для нефтепродуктов разброс по сортам и марочному составу значителен, поэтому в инженерных расчётах используют данные изготовителя теплоносителя.
Значения относятся к сухим материалам при атмосферном давлении и температуре около 20 °C. Метод определения удельной теплоёмкости строительных материалов в диапазоне от 20 до 100 °C регламентируется ГОСТ 23250-78 «Материалы строительные. Метод определения удельной теплоёмкости». Влагосодержание материала существенно повышает фактическую теплоёмкость конструкции, поэтому в расчётах теплоустойчивости учитывают равновесную влажность.
Удельная теплоёмкость материалов — справочная физическая величина, по которой рассчитывают количество теплоты для нагрева или охлаждения тела заданной массы на заданный интервал температуры. Таблица удельной теплоёмкости включает три группы материалов, постоянно используемые в инженерной практике: металлы и сплавы (расчёты нагрева заготовок, термическая обработка, индукционный нагрев), жидкости и теплоносители (системы отопления, охлаждения, теплообменники), строительные и теплоизоляционные материалы (расчёты теплоустойчивости ограждающих конструкций, аккумулирования тепла).
Удельная теплоёмкость обозначается буквой c, измеряется в системе СИ в джоулях на килограмм-кельвин, Дж/(кг·К). Метод определения удельной теплоёмкости строительных материалов в диапазоне от 20 до 100 °C регламентируется ГОСТ 23250-78. Ниже приводятся качественные пояснения к каждой из трёх таблиц, диапазоны характерных значений, температурные зависимости и формулы для практических расчётов.
Удельная теплоёмкость — отношение теплоёмкости тела к его массе. Численно равна количеству теплоты, которое необходимо передать единице массы вещества для повышения её температуры на одну единицу шкалы температуры. Обозначается буквой c, в системе СИ имеет размерность Дж/(кг·К). Внесистемные единицы — ккал/(кг·°C), кДж/(кг·К) — встречаются в справочной и нормативной литературе и пересчитываются по простым соотношениям.
Поскольку шкала Кельвина и шкала Цельсия имеют одинаковый шаг, размерности Дж/(кг·К) и Дж/(кг·°C) численно равны. В газовой динамике различают теплоёмкость при постоянном давлении cp и при постоянном объёме cv; для конденсированных сред (твёрдые тела, жидкости) различие пренебрежимо мало, и в справочных таблицах приводится одно значение c, эквивалентное cp.
В Международной системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость измеряется в джоулях на килограмм-кельвин, Дж/(кг·К). В производственной и строительной документации встречаются внесистемные единицы: килокалория на килограмм-градус, ккал/(кг·°C), и килоджоуль на килограмм-кельвин, кДж/(кг·К). Пересчёт прямой: 1 ккал/(кг·°C) равно 4187 Дж/(кг·К); 1 кДж/(кг·К) равно 1000 Дж/(кг·К).
В тепловых расчётах удельная теплоёмкость связана с количеством теплоты Q, необходимой для нагрева массы m на интервал температуры ΔT, основной формулой теплового баланса:
В термодинамике удельная теплоёмкость связана с другими теплофизическими свойствами через коэффициент температуропроводности a = λ / (c · ρ), где λ — коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К); ρ — плотность, кг/м3. Температуропроводность характеризует скорость выравнивания температуры по объёму материала в нестационарных тепловых процессах.
Удельная теплоёмкость металлов при комнатной температуре в большинстве случаев лежит в диапазоне от нескольких сотен до тысячи Дж/(кг·К). Минимальные значения характерны для тяжёлых металлов с большой атомной массой: золото, свинец, вольфрам, ртуть имеют c порядка 130–140 Дж/(кг·К). Максимальные значения — у щелочных металлов: литий при 20 °C обладает удельной теплоёмкостью около 3390 Дж/(кг·К), что является наивысшим показателем среди металлов.
Произведение удельной теплоёмкости на атомную массу для большинства простых металлов в твёрдом состоянии при комнатной температуре близко к универсальной величине порядка 25 Дж/(моль·К) — закон Дюлонга и Пти.
Углеродистые конструкционные стали имеют удельную теплоёмкость в диапазоне примерно 460–500 Дж/(кг·К) при 20 °C. С увеличением содержания легирующих элементов и при переходе к высоколегированным сталям значение растёт; например, для марганцовистых аустенитных сталей значение приближается к 520 Дж/(кг·К). Серый чугун имеет удельную теплоёмкость около 540 Дж/(кг·К); для высокопрочного чугуна с шаровидным графитом значение несколько ниже за счёт особенностей кристаллической структуры.
Алюминий обладает высокой удельной теплоёмкостью среди технических металлов — около 920 Дж/(кг·К) при 20 °C, что используется в радиаторах и теплообменниках. Медь, латунь и цинк имеют значения порядка 380–400 Дж/(кг·К); невысокая удельная теплоёмкость в сочетании с высокой теплопроводностью делает медь основным материалом для трубок теплообменных аппаратов. Магний — один из самых теплоёмких конструкционных металлов с c около 1030 Дж/(кг·К).
Q = 480 · 50 · (850 − 20) = 1,99 · 107 Дж
Удельная теплоёмкость воды занимает особое положение: при 20 °C она составляет 4187 Дж/(кг·К) (в инженерных расчётах часто принимается округлённо 4200 Дж/(кг·К)) и существенно превышает значения для подавляющего большинства веществ. Это свойство определяет применение воды в системах отопления, охлаждения, аккумулирования тепла и пожаротушения. При замерзании удельная теплоёмкость воды резко падает: лёд при 0 °C имеет c около 2100 Дж/(кг·К) — почти вдвое меньше, чем жидкая вода.
Этиленгликоль имеет удельную теплоёмкость около 2400 Дж/(кг·К) — заметно ниже, чем у воды. Поэтому водные растворы этиленгликоля, используемые как незамерзающий теплоноситель, обладают пониженной теплоёмкостью по сравнению с чистой водой, и для переноса того же количества теплоты в системе требуется увеличить расход. Глицерин по теплоёмкости близок к этиленгликолю.
Удельная теплоёмкость жидких углеводородов (бензин, керосин, дизельное топливо, минеральные масла) при 20 °C лежит в диапазоне примерно 1800–2100 Дж/(кг·К) и сильно зависит от температуры. Для бензина при температуре около 150 °C значение возрастает до уровня около 2740 Дж/(кг·К). Минеральные трансформаторные масла применяются как охлаждающая среда трансформаторов; их теплоёмкость в рабочем диапазоне температур принимается порядка 1800–2100 Дж/(кг·К).
Для сухих строительных материалов удельная теплоёмкость в большинстве случаев находится в пределах примерно 600–1400 Дж/(кг·К). Тяжёлый бетон, кирпич, гипс, песок, цементно-песчаный раствор имеют близкие значения около 840 Дж/(кг·К); гранит — около 650 Дж/(кг·К). Древесина обладает существенно большей удельной теплоёмкостью, около 2300–2500 Дж/(кг·К) для сухой сосны и дуба, что делает деревянные конструкции эффективнее с точки зрения теплоустойчивости при равной массе.
Минеральная вата имеет удельную теплоёмкость порядка 840–920 Дж/(кг·К), стекловата — около 800 Дж/(кг·К), пенополистирол — около 1340 Дж/(кг·К). При расчёте теплоустойчивости ограждающих конструкций учитывают не только теплоёмкость, но и плотность материала: объёмная теплоаккумулирующая способность c · ρ, Дж/(м3·К), у плотного бетона значительно выше, чем у лёгкой минеральной ваты, при сопоставимой массовой теплоёмкости.
Содержание влаги в строительном материале существенно повышает его фактическую теплоёмкость, поскольку удельная теплоёмкость воды (4187 Дж/(кг·К)) в несколько раз превышает значения для сухой минеральной составляющей. При расчёте теплоустойчивости и режима эксплуатации стенового материала используют значения для равновесной (эксплуатационной) влажности по соответствующим сводам правил.
Удельная теплоёмкость не является константой: она зависит от температуры, агрегатного состояния, состава сплава, термической обработки и влагосодержания. Для металлов в твёрдом состоянии с ростом температуры удельная теплоёмкость монотонно растёт; при переходе через критические температуры фазовых превращений зависимость теряет монотонность, и для точного расчёта используют энтальпию.
При плавлении и испарении подводимая теплота тратится на разрушение межатомных связей и не идёт на нагрев — температура остаётся постоянной, а в формулу теплового баланса добавляется удельная теплота фазового перехода. Для воды теплота плавления около 334 кДж/кг, теплота парообразования около 2260 кДж/кг при атмосферном давлении.
Зависимость от температуры в инженерных расчётах учитывают двумя способами. Первый — использование средней теплоёмкости в интервале, пересчитанной по тепловой энтальпии для начальной и конечной температуры. Второй — линейная интерполяция табличных значений для близких к рабочей температурных точек. Например, удельную теплоёмкость алюминия при 90 °C можно получить из значений при 27 и 127 °C линейной интерполяцией.
Таблица удельной теплоёмкости — рабочий справочный инструмент во всех расчётах, где нужно определить количество теплоты для нагрева или охлаждения, расход теплоносителя, температуру смеси, тепловую мощность нагревательного устройства, тепловую инерцию конструкции.
T = (c1 m1 T1 + c2 m2 T2) / (c1 m1 + c2 m2)
Q = c · G · ΔT = 4187 · 0,5 · 20 = 41 870 Вт ≈ 41,9 кВт
0,5 · 4187 / 3300 ≈ 0,63 кг/с
Это физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое нужно передать одному килограмму вещества для повышения его температуры на один градус. Обозначается буквой c, в системе СИ измеряется в Дж/(кг·К). Удельная теплоёмкость зависит от природы вещества, его агрегатного состояния, температуры и состава.
В Международной системе единиц СИ — в джоулях на килограмм-кельвин, Дж/(кг·К). В справочной и нормативной литературе встречаются внесистемные единицы: ккал/(кг·°C) и кДж/(кг·К). Перевод: 1 ккал/(кг·°C) равно 4187 Дж/(кг·К); 1 кДж/(кг·К) равно 1000 Дж/(кг·К). Размерности Дж/(кг·К) и Дж/(кг·°C) численно совпадают, поскольку шаг шкал Кельвина и Цельсия одинаков.
Удельная теплоёмкость воды при 20 °C и атмосферном давлении равна 4187 Дж/(кг·К). В инженерных расчётах систем отопления и горячего водоснабжения часто принимается округлённое значение 4200 Дж/(кг·К). Вода обладает одной из самых высоких удельных теплоёмкостей среди жидкостей, что определяет её применение как основного теплоносителя и теплоаккумулятора.
Углеродистая конструкционная сталь имеет удельную теплоёмкость в диапазоне примерно 460–500 Дж/(кг·К) при 20 °C; с увеличением содержания легирующих элементов значение растёт. Серый чугун обладает теплоёмкостью около 540 Дж/(кг·К). С ростом температуры удельная теплоёмкость стали и чугуна увеличивается; для расчётов нагрева в широком диапазоне используют средние значения по соответствующему интервалу.
Значение c из таблицы подставляется в формулу теплового баланса Q = c · m · ΔT для определения количества теплоты, необходимого для нагрева массы m на интервал ΔT. Для расчёта расхода теплоносителя через тепловую мощность используют формулу G = Q / (c · ΔT). При фазовых переходах в баланс добавляется удельная теплота плавления или парообразования.
Да. Для металлов в твёрдом состоянии удельная теплоёмкость монотонно растёт с температурой. Для воды зависимость слабая с минимумом около 35 °C и в практических расчётах часто пренебрегают. Для нефтепродуктов и масел значения существенно увеличиваются с температурой. При фазовых переходах подводимая теплота не идёт на нагрев и учитывается отдельно через теплоту плавления или парообразования.
ГОСТ 23250-78 «Материалы строительные. Метод определения удельной теплоёмкости» устанавливает калориметрический метод определения удельной теплоёмкости строительных материалов в диапазоне температур от 20 до 100 °C. Метод основан на измерении количества теплоты, отданной калориметру образцом известной массы, нагретым до заданной температуры.
Удельная (массовая) теплоёмкость металла обратно пропорциональна его атомной массе по закону Дюлонга и Пти: произведение удельной теплоёмкости на атомную массу при комнатной температуре для большинства простых металлов в твёрдом состоянии близко к универсальной величине порядка 25 Дж/(моль·К). У алюминия атомная масса меньше, чем у меди, поэтому удельная теплоёмкость алюминия (около 920 Дж/(кг·К)) выше, чем у меди (около 385 Дж/(кг·К)).
Удельная (массовая) теплоёмкость c относится к единице массы и измеряется в Дж/(кг·К). Объёмная теплоёмкость относится к единице объёма и равна произведению c · ρ, где ρ — плотность материала. Объёмная теплоёмкость показывает, сколько теплоты накапливает единица объёма при нагреве на 1 К, и применяется при расчётах теплоустойчивости конструкций. Так, тяжёлый бетон с массовой теплоёмкостью около 840 Дж/(кг·К) имеет объёмную теплоёмкость порядка 2 МДж/(м3·К) при плотности 2400 кг/м3, тогда как минеральная вата с массовой теплоёмкостью того же порядка имеет объёмную теплоёмкость в десятки раз ниже.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.