1. Nhiệt dung riêng là gì?
Nhiệt dung riêng thực chất là một đơn vị đo lường đại diện cho lượng nhiệt mà khối lượng của một chất cần hấp thụ hoặc nhà ra để làm tăng nhiệt hay giảm nhiệt độ của chất đó ở một độ. Nói cụ thể hơn là chúng đo lường khả năng của một chất để hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt lượng.
Khi một chất nào đó hấp thụ nhiệt và thông qua nhiệt dung riêng sẽ xác định được lượng nhiệt cần thiết để tăng một đơn vị nhiệt độ của chất đó. Còn khi giải phóng nhiệt thì nhiệt dung riêng sẽ cho biệt lượng nhiệt chất đó truyền ra môi trường khi nhiệt độ giảm một đơn vị.
Đại lượng xác định phụ thuộc vào tính chất của chất liệu. Bởi một chất có cấu trúc phân tử và sự tương tác giữa các phân tử khác nhau nên nhiệt dung riêng của từng chất cũng khác nhau. Chúng có thể thay đổi tăng lên hoặc giảm xuống theo áp suất, nhiệt độ, trạng thái của các chất (rắn, lỏng, khí),…
2. Ký hiệu, đơn vị tính
Nhiệt dung riêng sử dụng với mục đích tính nhiệt lượng khi gia công nhiệt cho vật liệu xây dựng và khi chọn vật liệu trong trạm nhiệt. Chúng được ký hiệu là C và đơn vị đo lường theo chuẩn quốc tế là Joule trên kilogam trên Kelvin ((J·kg−1·K−1 hay J/(kg·K). Ngoài ra cũng có thể là Joule trên mol trên Kelvin.
3. Công thức tính của từng chất
Muốn tính được nhiệt dung riêng C thì phải dựa vào công thức tính nhiệt lượng. Sau đó mới xác định được nhiệt dung riêng của từng chất qua thống kê được quy định.
Công thức: Q = m. c. t
Trong đó:
- Q: Là nhiệt lượng (J)m khối lượng của vật (kg).
- c: Là nhiệt dung riêng của chất liệu (J / kg.K).
- ∆t: Là nhiệt độ tăng hoặc giảm của vật (độ C hoặc K).
Để thuận tiện tính toán thì bạn hãy dựa vào bảng nhiệt dung riêng của một số chất rắn, lỏng, khí được tổng hợp dưới đây. Gồm:
- Nước: 4200 J/kg.K
- Đá: 1800 J/kg.K
- Đồng: 380 J/kg.K
- Không khí: 1005 J/kg.K
- Chì: 130 J/kg.K
- Dầu: 1670 J/kg.K
- Hidro: 14,3 kJ/kg.K
- Inox 304: 460 J/kg.K
- Sắt: 460 J/kg.K
- CO2: 0,75 kJ/kg.K
- Oxi: 0,92.10^3 J$
- Nito: 1,042 J K-1g-1
- Rượu: 2500 J/kg.K
- Nhôm: 880 J/kg.K
- Đất: 800 J/kg.K
- Thép: 460 J/kg.K
4. Tính nhiệt dung riêng của nước
4.1. Tính C của nước với nhiệt độ
Nhìn chung các chất đều được tính theo độ K. Nếu như đổi sang độ C nhiệt dung riêng của từng chất sẽ như thế nào. Ví dụ tính C của nước:
Ta có:
K = °C + 273.15
Theo đó tính nhiệt dung riêng của nước theo độ C sẽ là 4200 (J/kg.K) = 4200/ (1+273.15) = 15.32 (J/kg.°C).
4.2. Tính nhiệt dung riêng của chất bằng nhiệt lượng kế
Nhiệt lượng kế là một thiết bị chuyên dụng để đo lượng nhiệt được sinh ra khi đốt cháy một mẫu chất đặt trong môi trường giàu oxi. Để tạo môi trường giàu oxi sẽ đốt chất đó trong một chiếc bình kín và được bao quanh bởi một lượng nước đã được xác định. Dùng nhiệt lượng kế có thể tính được nhiệt dung riêng của từng chất khi đo lường.
Theo cách tính C sử dụng nhiệt lượng kế sẽ được thực hiện như sau:
Nếu như giả sử C là nhiệt dung riêng của chất cần xác định. Để muốn làm tăng nhiệt độ của một vật có khối lượng m từ nhiệt độ ban đầu t1 lên đến nhiệt độ cuối cùng t2 thì cần truyền vào vật nhiệt lượng Q. Xác định nhiệt dung riêng C của chất theo công thức: c = Q / (m(t2 – t1)).
Ta có:
Q = mc (t – t2)
Nhiệt lượng kế có que khuấy nhúng nước sẽ nhận nhiệt lượng tặng từ t1 đến t2: Q = (m1.c1 + m2.c2). (T2 – t1)
Ta có:
C = (m1.c1 + m2.c2). (T2 – t1) / (m. (T – t2))
Ví dụ: Để có thể làm nóng được 2kg thép cacbon từ 20 độ C lên đến 100 độ C thì cần bao nhiệt nhiệt lượng Q. Theo đó biết rằng nhiệt dung riêng của thép cacbon là 0.49 kJ/kg·°C.
Tính: Q = m·c·Δt = (0.49 kJ/kg·°C)·(2 kg)·(100 °C – 20 °C) = 78.4 kJ.
Vậy để làm nóng được 2kg thép cacbon từ 20 độ C lên 100 độ C sẽ cần khoảng 78.4 kJ nhiệt lượng.
Hy vọng với thông tin trên bạn đọc sẽ biết rõ hơn. Điều này rất hữu ích trong ngành công nghiệp nếu như nắm chắc kiến thức về hóa học, vật lý. Để xem nhiều bài viết hay khác bạn đọc hãy xem thêm các bài viết tiếp theo từ Hóa Chất Hải Đăng
