Nhiệt dung riêng là một thuộc tính vật lý quan trọng, thể hiện khả năng hấp thụ nhiệt của một chất để tăng nhiệt độ. Vậy thuật ngữ đặc biệt này có ý nghĩa gì? Có ảnh hưởng gì tới các chất? Mọi thắc mắc sẽ được AME Group chia sẻ chi tiết trong bài viết dưới đây.
Nhiệt dung riêng là gì?
Bạn đã bao giờ thắc mắc tại sao tốc độ nóng lên của nước chậm hơn so với kim loại chưa? Nguyên nhân của hiện tượng này là do nhiệt dung của từng chất. Vậy nhiệt dung và nhiệt dung riêng là gì?
Nhiệt dung là gì?
Nhiệt dung là một đại lượng vật lý, biểu thị nhiệt lượng hoặc khối lượng mà một vật hấp thụ/tỏa ra để tăng/giảm 1K hoặc 1 độ C. Nói cách khác, nhiệt dung chính là lượng nhiệt cần thiết để làm thay đổi nhiệt độ của một vật thể.
Cụ thể, nó đo lường mối quan hệ giữa nhiệt lượng truyền vào (hoặc lấy đi) và sự thay đổi nhiệt độ tương ứng của vật thể đó. Đơn vị đo nhiệt dung trong hệ SI là joule trên kelvin (J/K).
Nhiệt dung riêng là gì?
Nhiệt lượng riêng là một khái niệm liên quan, nhưng tập trung vào đơn vị khối lượng của chất. Nó cho biết lượng nhiệt cần cung cấp để nâng nhiệt độ của một kilogram chất đó lên một kelvin (hoặc một độ Celsius).
Hiểu đơn giản, nhiệt lượng riêng đo lường khả năng hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt của một chất trên mỗi đơn vị khối lượng khi nhiệt độ thay đổi. Joule trên kilogram trên kelvin (J/kg·K) là đơn vị của nhiệt dung riêng.
Sự khác nhau giữa nhiệt dung và nhiệt dung riêng
Dựa vào định nghĩa của nhiệt lượng riêng và nhiệt dung, chúng ta có thể thấy rõ những điểm khác biệt quan trọng sau:
| TIÊU CHÍ | NHIỆT DUNG RIÊNG | NHIỆT DUNG |
| Tính chất | Là một thuộc tính vật liệu đặc trưng cho khả năng hấp thụ nhiệt của một đơn vị khối lượng chất đó. | Là thuộc tính của một vật thể cụ thể, thể hiện khả năng hấp thụ nhiệt của toàn bộ vật thể đó. |
| Sự phụ thuộc vào khối lượng | Đối với một chất nguyên chất, nhiệt dung riêng là một hằng số (ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định) và không phụ thuộc vào khối lượng của mẫu chất. | Nhiệt dung của một vật thể phụ thuộc trực tiếp vào khối lượng của nó, khối lượng càng lớn thì nhiệt dung của nó càng cao, nghĩa là nó cần hấp thụ nhiều nhiệt hơn để tăng cùng một độ nhiệt độ. |
Ký hiệu và đơn vị nhiệt dung riêng
Ký hiệu của nhiệt dung riêng thường được biểu diễn bằng chữ cái C hoặc S. Các ký hiệu này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lượng nhiệt cần thiết để thay đổi nhiệt độ của vật liệu, đặc biệt khi ứng dụng trong ngành xây dựng và hệ thống nhiệt.
Theo hệ đo lường quốc tế SI quy định nhiệt dung riêng có thể được thể hiện theo hai cách:
- Joule trên mol Kelvin (J/(mol·K))
- Joule trên kilogram Kelvin (J/(kg·K))
Hai đơn vị này cho phép tính toán chính xác các thông số nhiệt trong các quá trình vật lý và hóa học khác nhau.
C cho biết điều gì?
Giá trị C cho biết chính xác lượng nhiệt năng cần thiết để nâng nhiệt độ của 1kg chất lên 1K (hoặc 1 độ C).
Ví dụ thực tế, nước có C = 4.200 J/kg·K.
Điều này có nghĩa để tăng 1kg nước lên 1 độ K (Kelvin) hoặc 1 độ C (Celsius), chúng ta cần cung cấp chính xác 4.200 jun năng lượng nhiệt. Thông số này đặc biệt quan trọng trong các tính toán nhiệt động lực học và thiết kế hệ thống nhiệt.
C phụ thuộc vào yếu tố nào?
Đại lượng C có mối liên hệ chặt chẽ với công suất nhiệt và được xem là một đại lượng trạng thái, phản ánh đặc tính nội tại của vật chất mà không phụ thuộc vào khối lượng của nó. Vì vậy, giá trị của C thường được biểu diễn dưới dạng nhiệt lượng trên một đơn vị khối lượng.
Bên cạnh đó, C cũng bị ảnh hưởng bởi khả năng dẫn nhiệt của từng chất, quyết định mức độ truyền nhiệt trong quá trình thay đổi nhiệt độ.
Công thức tính nhiệt dung riêng của các chất
Dựa vào công thức tính nhiệt lượng, có thể tính được C. Cụ thể sử dụng công thức sau:
Q = m. c. t
Trong đó:
- Q là nhiệt lượng (J)m là khối lượng của vật (kg).
- c là nhiệt dung riêng của một chất liệu (J / kg.K).
- ∆t là nhiệt độ tăng giảm của vật ( độ C hoặc K).
Cùng AME Group điểm qua bảng tổng hợp nhiệt lượng riêng của một số chất thường gặp nhé!
| CHẤT | NHIỆT DUNG RIÊNG |
| 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 |
Nhiệt dung riêng của nước với nhiệt độ
Theo bảng thông số trên, hầu hết các chất đều đang được tính theo độ K. Khi quy đổi sang nhiệt độ C, ta cần dựa vào công thức:
K = °C + 273.15
=> C của nước = 4200 (J/kg.K) = 4200/ (1+273.15) = 15.32 (J/kg.°C)
Cách tính C của chất bằng nhiệt lượng kế
Nhiệt lượng kế là thiết bị chuyên dụng phục vụ công việc đo lượng nhiệt sinh ra khi thực hiện đốt cháy 1 mẫu chất. Mẫu chất này đặt ở môi trường giàu oxi trong một chiếc bình kín, bao quanh bởi một lượng nước đã xác định.
Khi tính C bằng nhiệt lượng kế, cần thực hiện theo công thức sau:
Một vật có trọng lượng m đặt ở nhiệt độ t1 cần truyền nhiệt qua Q để vật tăng 1 nhiệt độ lên t2.
Q = mc (t – t2)
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 có:
C = (m1.c1 + m2.c2). (T2 – t1) / (m. (T – t2))
AME Group vừa chia sẻ những thông tin hữu ích về khái niệm và cách tính nhiệt dung riêng. Hy vọng với những chia sẻ trên đã giúp bạn hiểu hơn về đại lượng C để phục vụ nhu cầu sử dụng thông tin của mình.