Удельная теплоёмкость металлов
Справочные данные об удельной теплоёмкости распространённых металлов и сплавов.
Обзор
Удельная теплоёмкость (c_p) — это энергия, необходимая для повышения температуры единичной массы вещества на один градус. Среди распространённых инженерных металлов значения значительно варьируются — от примерно 0.10 кДж/(кг·К) для тяжёлых благородных металлов до более 1.8 кДж/(кг·К) для бериллия. Алюминий часто отмечается за его относительно высокую удельную теплоёмкость по сравнению со сталью, медью или свинцом.
Металлоиды — также известные как полуметаллы — это элементы, свойства которых как схожи, так и находятся посередине между металлами и неметаллами.
Ключевые формулы
Тепловая энергия, необходимая для изменения температуры массы, составляет:
q = c_p · m · ΔT
где:
- q — добавленная тепловая энергия (кДж)
- c_p — удельная теплоёмкость (кДж/(кг·К))
- m — масса (кг)
- ΔT — изменение температуры (K или °C)
Преобразование единиц
Примечания к исходным единицам сохранены здесь явно:
| Conversion | Значение |
|---|---|
| 1 J/(kg K) | 0.00023884 kcal/(kg degC) |
| 1 J/(kg K) | 0.00023884 Btu/(lbm degF) |
| 1 kJ/(kg·K) | 0.2389 kcal/(kg·°C) |
| 1 kJ/(kg·K) | 0.2389 Btu/(lb·°F) |
| 1 kJ/(kg·K) | 1000 J/(kg·K) |
| 1 Btu/(lb·°F) | 4.1868 kJ/(kg·K) |
| 1 kcal/(kg·°C) | 4.1868 kJ/(kg·K) |
Поскольку температурный интервал в 1 degC равен интервалу в 1 K, а Btu/(lbm degF) имеет ту же величину теплоёмкости, что и kcal/(kg degC), 1 Btu/(lbm degF) = 1 kcal/(kg degC) = 4.1868 kJ/(kg K).
Удельная теплоёмкость металлов
Следующая таблица из 18 строк представляет собой избранное резюме для быстрого поиска. Полная исходная таблица сохранена в восстановленной исходной таблице ниже.
Metal | Удельная теплоёмкость (kJ/(kg·K)) |
|---|---|
| Aluminum | 0.91 |
| Antimony | 0.21 |
| Beryllium | 1.83 |
| Brass | 0.38 |
| Cadmium | 0.23 |
| Углеродистая сталь | 0.49 |
| Чугун | 0.46 |
| Chromium | 0.46 |
| Cobalt | 0.42 |
| Copper | 0.39 |
| Gold | 0.13 |
| Lead | 0.13 |
| Magnesium | 1.02 |
| Nickel | 0.44 |
| Silver | 0.24 |
| Нержавеющая сталь 304 | 0.5 |
| Titanium | 0.52 |
| Tungsten | 0.13 |
Источник: engineeringtoolbox.com
Калькулятор — тепловая энергия
Тепло, необходимое для повышения температуры металла
Пример: 2 кг углеродистой стали (c_p = 0.49 kJ/(kg·K)) нагретой от 20 °C до 100 °C требуется q = 0.49 × 2 × 80 = 78.4 kJ.
Пример - Нагрев углеродистой стали
Исходный пример сохранён здесь как самостоятельный расчёт. Нагрев 2 кг углеродистой стали от 20 °C до 100 °C даёт повышение температуры на 80 K. При удельной теплоёмкости углеродистой стали c_p = 0.49 kJ/(kg K):
Тот же пример доступен в калькуляторе выше, используя c_p = 0.49, m = 2, и Delta T = 80.
Преобразователь единиц
Преобразователь единиц удельной теплоёмкости металлов
Восстановленные оригинальные таблицы источников
Следующие таблицы восстановлены с исходной страницы для сохранения полных справочных данных.
Металлы - Удельные теплоёмкости
Metal | Удельная теплоёмкость - cp - (kJ/kgK) |
|---|---|
| Aluminum | 0.91 |
| Antimony | 0.21 |
| Barium | 0.2 |
| Beryllium | 1.83 |
| Bismuth | 0.13 |
| Cadmium | 0.23 |
| Calcium | 0.63 |
| Углеродистая сталь | 0.49 |
| Чугун | 0.46 |
| Cesium | 0.24 |
| Chromium | 0.46 |
| Cobalt | 0.42 |
| Copper | 0.39 |
| Gallium | 0.37 |
| Germanium | 0.32 |
| Gold | 0.13 |
| Hafnium | 0.14 |
| Indium | 0.24 |
| Iridium | 0.13 |
| Iron | 0.45 |
| Lanthanum | 0.195 |
| Lead | 0.13 |
| Lithium | 3.57 |
| Lutetium | 0.15 |
| Magnesium | 1.05 |
| Manganese | 0.48 |
| Mercury | 0.14 |
| Molybdenum | 0.25 |
| Nickel | 0.44 |
| Ниобий (Колумбий) | 0.27 |
| Osmium | 0.13 |
| Palladium | 0.24 |
| Platinum | 0.13 |
| Plutonium | 0.13 |
| Potassium | 0.75 |
| Rhenium | 0.14 |
| Rhodium | 0.24 |
| Rubidium | 0.36 |
| Ruthenium | 0.24 |
| Scandium | 0.57 |
| Selenium | 0.32 |
| Silicon | 0.71 |
| Silver | 0.23 |
| Sodium | 1.21 |
| Strontium | 0.3 |
| Tantalum | 0.14 |
| Thallium | 0.13 |
| Thorium | 0.13 |
| Tin | 0.21 |
| Titanium | 0.54 |
| Tungsten | 0.13 |
| Uranium | 0.12 |
| Vanadium | 0.39 |
| Yttrium | 0.3 |
| Zinc | 0.39 |
| Zirconium | 0.27 |
| Кованое железо | 0.5 |
Источник: engineeringtoolbox.com
Инженерные заметки
- Зависимость от температуры: Значения удельной теплоёмкости слегка увеличиваются с температурой. Указанные здесь значения являются приблизительными и применимы при комнатной температуре (20–25 °C).
- Металлоиды / полуметаллы: Такие элементы, как германий, сурьма и бериллий, проявляют свойства, промежуточные между металлами и неметаллами. Необычно высокая теплоемкость c_p бериллия (1,83 кДж/(кг·К)) обусловлена его малой атомной массой и характером химической связи.
- Сплав vs. чистый металл: Состав сплава и технология его обработки влияют на теплоемкость c_p. Нержавеющая сталь (≈0,50) отличается от углеродистой стали (≈0,49); для критических конструкций всегда следует сверяться со спецификацией конкретного сплава.
- Практическое значение: Металлы с более низкой теплоемкостью c_p нагреваются и охлаждаются быстрее при заданной подводимой энергии, что важно при разработке режимов термообработки, управления тепловым режимом и при нестационарном анализе.
Связанные ссылки на источники
На исходной странице приведены перекрестные ссылки на ресурсы, связанные с теплоемкостью, для твердых тел, жидкостей, газов и паров, а также конвертации единиц удельной теплоемкости. Используйте эти вспомогательные таблицы, когда материал не является металлом или когда данные нужны в единицах БТЕ/(фунт °F), ккал/(кг °C) или Дж/(кг К).
См. также табличные значения удельной теплоемкости продуктов питания, обычных жидкостей и текучих сред, распространенных твердых тел, газов и паров.