Nhiệt dung riêng là gì? Ký hiệu, đơn vị và công thức tính

Nhiệt dung riêng là gì?

Trước khi đi tìm hiểu về nhiệt dung riêng, chúng ta sẽ tìm hiểu về nhiệt dung nhé.

Nhiệt dung là gì?

Nhiệt dung là nhiệt lượng mà một vật hoặc khối lượng hấp thu hoặc tỏa ra để tăng hoặc giảm 1K hoặc 1 độ C.

Nhiệt dung riêng là gì?

Từ cách định nghĩa về nhiệt dung, chúng ta có thể hiểu nhiệt dung riêng của một chất chính là nhiệt lượng cần cung cấp cho một đơn vị đo để chất đó có thể đốt nóng nhiệt độ của nó bằng một đơn vị nhiệt độ.

Sự khác nhau giữa nhiệt dung và nhiệt dung riêng

Căn cứ vào cách hiểu của 2 loại này ở phần nội dung trên của bài viết, chúng ta có thể rút ra một số điểm khác biệt của chúng như sau:

• Nhiệt dung riêng là thuộc tính của vật liệu, trong khi đó nhiệt dung là thuộc tính của một vật.
• Đối với chất nguyên chất thì nhiệt dung riêng của nó không đổi. Nhưng đối với nhiệt dung của chất nào còn tùy thuộc vào khối lượng của mẫu.
• Nhiệt dung riêng không phụ thuộc vào khối lượng, nhưng nhiệt dung sẽ phụ thuộc vào yếu tố này.

Ký hiệu và đơn vị nhiệt dung riêng

- Ký hiệu

Nhiệt dung riêng được ký hiệu là C. Người ta sử dụng nó nhằm mục đích tính nhiệt lượng khi gia công nhiệt cho vật liệu xây dựng và khi chọn vật liệu trong các trạm nhiệt.

- Đơn vị đo

Trong hệ thống đo lường tiêu chuẩn quốc tế, đơn vị đo của nó là Joule trên kilogam trên Kelvin (J·kg−1·K−1 hay J/(kg·K), hoặc Joule trên mol trên Kelvin.

C cho biết điều gì?

Dựa vào C chúng ta sẽ biết nhiệt lượng cần thiết để 1kg chất đó tăng thêm 1 độ C. Ví dụ C của nước là 4.200 J/kg/K, như vậy nếu muốn làm nóng 1kg nước lên 1 độ C thì cần phải truyền cho nước một nhiệt lượng là 4200J.

C phụ thuộc vào yếu tố nào?

C và công suất nhiệt có mối quan hệ mật thiết với nhau. Nhiệt lượng riêng cũng được coi là một biến trạng thái, nghĩa là nó sẽ liên quan đến thuộc tính bên trong của một chất, không liên quan đến số lượng của nó. Do đó nhiệt lượng riêng của nó sẽ được biểu thị bằng nhiệt lượng trên một đơn vị hoặc khối lượng tùy ý. Ngoài ra, C cũng phụ thuộc vào mức độ truyền nhiệt của chất.

Công thức tính nhiệt dung riêng của các chất

Muốn tính được C, chúng ta cần phải dựa vào công thức tính nhiệt lượng. Chúng ta áp dụng theo công thức sau:

Q = m. c. t

Trong đó:

• Q: Nhiệt lượng (J)m là khối lượng của vật (kg).
• c: Nhiệt dung riêng của chất liệu (J / kg.K).
• ∆t: Nhiệt độ tăng giảm của vật ( độ C hoặc K).

- Bảng nhiệt dung riêng của các chất

Những chất tồn tại ở thể rắn và lỏng sẽ có C. Chính vì vậy để thuận tiện cho quá trình tính toán, chúng tôi đã liệt kê được một số C của kim loại và một số chất thường gặp. Chúng ta cùng điểm qua nhé:

ChấtNhiệt dung riêngNước4200 J/kg.KĐá1800 J/kg.KĐồng380 J/kg.KKhông khí1005 J/kg.KChì130 J/kg.KDầu1670 J/kg.KHidro14,3 kJ/kg.KInox 304460 J/kg.KSắt460 J/kg.KCO20,75 kJ/kg.KOxi0,92.10^3 J$Nito1,042 J K-1g-1Rượu2500 J/kg.K

Nhiệt dung riêng của nước với nhiệt độ

Dựa vào bảng C ở trên, hầu hết các chất đang được tính theo độ K. Vậy khi quy đổi sang độ C, thì C của nước sẽ là bao nhiêu?

Ta có:

K = °C + 273.15

Như vậy C của nước theo độ C sẽ là 4200 (J/kg.K) = 4200/ (1+273.15) = 15.32 (J/kg.°C)

Cách tính C của chất bằng nhiệt lượng kế

Trước khi đi tìm hiểu về cách tính, chúng ta nên biết nhiệt lượng kế là gì? Đây là thiết bị chuyên dụng được dùng để đo lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy 1 mẫu chất đặt trong môi trường giàu oxi bên trong 1 chiếc bình kín và được bao quanh bởi một lượng nước đã được xác định. Như vậy để tính C thông qua thiết bị nhiệt lượng kế, chúng ta thực hiện như sau:

Gọi C là nhiệt dung riêng, khi đó 1 vật có trọng lượng là m ở nhiệt độ t1 cần truyền nhiệt lượng Q để nhiệt độ của vật có thể tăng 1 nhiệt độ lên là t2.

Ta có:

Q = mc (t - t2)

Lúc này nhiệt lượng kế có que khuấy và nước sẽ nhận nhiệt lượng đó để tăng nhiệt độ từ t1 đến t2.

Q = (m1.c1 + m2.c2). (T2 - t1)

Từ đó, chúng ta sẽ có:

C = (m1.c1 + m2.c2). (T2 - t1) / (m. (T - t2))