Nhiệt dung riêng là gì? Công thức tính và nhiệt dung của từng chất

Chu Văn An

Nhiệt dung riêng là khái niệm thường được nhắc đến trong vật lý, hóa học. Chúng có khả năng đo nhiệt độ mà các chất trong môi trường xung quanh chúng nhận và tỏa ra. Để biết rõ hơn về khái niệm này mời bạn đọc cùng Trường Chu Văn An thông qua những thông tin bên dưới bài viết.

1. Nhiệt dung riêng là gì?

Nhiệt dung riêng về cơ bản là đơn vị đo đại diện cho lượng nhiệt mà khối lượng của một chất phải hấp thụ hoặc giải phóng để tăng hoặc giảm nhiệt độ của chất đó thêm một độ. Cụ thể hơn, chúng đo khả năng hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt của một chất.

Nhiệt dung riêng dùng để đo sự tăng hoặc giảm nhiệt độ của một chất

Khi một chất nào đó hấp thụ nhiệt, lượng nhiệt cần thiết để làm tăng nhiệt độ của chất đó có thể được xác định thông qua nhiệt dung riêng của nó. Khi tỏa nhiệt, nhiệt dung riêng sẽ quyết định lượng nhiệt mà chất đó truyền ra môi trường khi nhiệt độ giảm đi một đơn vị.

Số lượng xác định phụ thuộc vào tính chất của vật liệu. Vì một chất có cấu trúc phân tử và tương tác giữa các phân tử khác nhau nên nhiệt dung riêng của từng chất cũng khác nhau. Chúng có thể thay đổi lên xuống tùy theo áp suất, nhiệt độ, trạng thái của các chất (rắn, lỏng, khí),…

2. Ký hiệu và đơn vị nhiệt dung riêng

Nhiệt dung riêng dùng để tính toán nhiệt dung khi xử lý nhiệt vật liệu xây dựng và khi lựa chọn vật liệu trong các trạm nhiệt. Chúng được ký hiệu là C và đơn vị đo tiêu chuẩn quốc tế là Joule trên kilogam trên Kelvin ((J·kg−1·K−1 hoặc J/(kg·K). Nó cũng có thể là Joule trên kilogam trên Kelvin.

Nhiệt dung riêng được ký hiệu là C và đơn vị là J·kg−1·K−1 hoặc J/(kg·K

3. Công thức tính và nhiệt dung riêng của từng chất

Muốn tính nhiệt dung riêng C thì phải dựa vào công thức tính nhiệt lượng. Chỉ khi đó nhiệt dung riêng của từng chất mới có thể được xác định thông qua các số liệu thống kê quy định.

Công thức: Q = mc t

Trong đó:

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

Để thuận tiện tính toán, các bạn hãy dựa vào bảng nhiệt dung riêng của một số chất rắn, chất lỏng, chất khí tổng hợp dưới đây. Bao gồm:

• Nước: 4200 J/kg.K
• Nước 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
• Hydro: 14,3 kJ/kg.K
• Thép không gỉ 304: 460 J/kg.K
• Sắt: 460 J/kg.K
• CO2: 0,75 kJ/kg.K
• Oxy: 0,92,10^3 J$
• Nitơ: 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

Mỗi chất có nhiệt dung riêng hoàn toàn khác nhau

4. Tính nhiệt dung riêng của nước

Dưới đây là cách tính nhiệt dung riêng của nước theo nhiệt độ và cách tính C bằng nhiệt kế. Cụ thể:

4.1. Tính C của nước theo nhiệt độ

Nói chung, các chất được tính bằng độ K. Nếu đổi sang độ C thì nhiệt dung riêng của từng chất sẽ là bao nhiêu? Ví dụ tính C của nước:

Chúng tôi 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 một chất bằng nhiệt lượng kế

Nhiệt lượng kế là thiết bị chuyên dùng để đo lượng nhiệt sinh ra khi đốt một mẫu chất đặt trong môi trường giàu oxy. Để tạo ra môi trường giàu oxy, chất này sẽ được đốt trong bình kín và được bao quanh bởi một lượng nước xác định. Sử dụng nhiệt lượng kế, bạn có thể tính được nhiệt dung riêng của từng chất khi đo.

Xác định nhiệt dung riêng cho công nghiệp

Theo phương pháp tính C bằng nhiệt lượng kế sẽ được thực hiện như sau:

Giả sử C là nhiệt dung riêng của chất cần xác định. Để tăng nhiệt độ của một vật có khối lượng m từ nhiệt độ ban đầu t1 lên nhiệt độ cuối cùng t2 thì cần phải truyền nhiệt Q cho vật. Xác định nhiệt dung riêng C của chất theo công thức: c = Q/(m(t2 – t1)).

Chúng tôi có:

Q = mc(t – t2)

Một nhiệt lượng kế có que khuấy nhúng vào nước sẽ nhận nhiệt lượng tỏa ra từ t1 đến t2: Q = (m1.c1 + m2.c2). (T2 – T1)

Chúng tôi có:

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

Ví dụ: Để có thể nung nóng 2kg thép cacbon từ 20 độ C lên đến 100 độ C thì cần lượng nhiệt Q. Theo đó, ta biết 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.

Như vậy để nung nóng 2kg thép cacbon từ 20 độ C lên 100 độ C sẽ cần nhiệt lượng khoảng 78,4 kJ.

Hy vọng với những thông tin trên, bạn đọc sẽ biết rõ hơn về đơn vị đo nhiệt dung riêng. Điều này rất hữu ích trong công nghiệp nếu bạn có kiến ​​thức vững chắc về hóa học và vật lý. Để xem được nhiều bài viết hay khác, mời bạn đón đọc các bài viết tiếp theo từ Trường Chu Văn An.