Удельная теплоемкость вещества — формулы, определение, обозначение

Удельная теплоемкость стали: таблицы при различных температурах02Х17Н11М2 20…400…600…800 470…560…610…650 02Х22Н5АМ3 20…100…200…300…400 480…500…530…550…590 03Х24Н6АМ3 (ЗИ130) 20…100…200…300…400 480…500…530…550…570 05ХН46МВБЧ (ДИ65) 100…200…300…400…500…600…700…800 445…465…480…490…500…510…515…520……

Удельная теплоемкость стали распространенных марок

В сводной таблице представлена удельная теплоемкость стали распространенных марок: углеродистых, низко- и высоколегированных сталей, а также чугуна при различной температуре.

Приведены значения средней удельной теплоемкости низколегированных сталей, углеродистых сталей при различных температурах, указана теплоемкость высоколегированных сталей с особыми свойствами в зависимости от температуры.

По данным таблицы видно, что значение удельной теплоемкости стали с ростом температуры увеличивается. Следует отметить, что теплоемкость стали при комнатной температуре находится в диапазоне от 440 до 550 Дж/(кг·град); удельная теплоемкость стали в таблице представлена в интервале температуры от 20 до 1000°С.

Что такое удельная теплоемкость стали и других материалов: терминология + расчётные особенности

Простой эксперимент выше четко дает понять, что у каждого химического элемента имеется собственный физический показатель, именуемый удельной теплоемкостью. В рамках нашего сайта вопрос рассматривается для стали и ее сплавов, ибо в черной/цветной металлургии оговоренный параметр крайне важен. Давайте рассмотрим термин «удельная теплоемкость» и особенность стали поподробнее.

1) Понятие удельной теплоемкости

Термин состоит из 2 слов – удельная и теплоемкость. Для простоты усвоения полного, разберем частное. Теплоемкостью называют количество поглощаемой теплоты при нагревании на температуру в 1 кельвин.

Более точное определение дается в учебнике 8 класса – физическая величина, просчитывающаяся как отношение количества теплоты в бесконечно малой смене температуры, к показателю этого изменения.

Теперь перейдём к удельной теплоемкости. В международной системе единиц величина представляется как заглавная/прописная латинская «С», а единица измерения величины одна из двух – Джоули на килограммы, перемноженные на кельвины (Дж/(кг•К), или калории, деленные на килограммы, умноженные на градусы Цельсия (калория/(кг•°C). Второй вариант относится к одному из многих вариантов внесистемных единиц.

Важно: удельная теплоемкость напрямую зависит от значения температуры, а потому, в науке более точным считается формула со значениями, которые формально бесконечно малы.

В промышленности удельная теплоемкость с предельно минимальными значениями почти не используется поэтому в дальнейшем будет рассмотрена исключительно классическая формулировка формулы расчёта.

Справочные значения веса стального круга

2) Что такое сталь: особенности материала + классификация

Нужно знать, с чем имеем дело, и в отношении стали это особо важно, ведь 95% производства держится именно на данном металлургийном сырье. По сути, сталь – это сплав на основании железа и углерода. Вкрапление углерода меняется в рамках 0.1-3%. В 2020 году при производстве стали, доля легированных добавок может колебаться в рамках 40%, из чего следует, что чистое вхождение железа составляет не более 50% от общего объема.

Благодаря простоте сгибания, нарезания и сварки, стальные конструкции, часто используемые не только в промышленных масштабах, но и в домашнем хозяйстве. В зависимости от способа производства, свойства сплава могут варьироваться очень сильно. И удельной теплоемкости это касается, в том числе.

Классификация стали

Вдаваться в тонкости производства не будем, но вы должны понимать, что удельная теплоемкость марки стали напрямую зависит от методов ее производства. В 2020 году выделяют 4 метода изготовления стальных сплавов – мартеновский, кислотно-конвертерный, электроплавильный и прямой. По своей сути, производство стальных сплавов – это переработка чугуна с отжиганием излишних примесей и введением легирующих компонентов. И чем дороже сырье/технология, тем лучше результат.

Калькулятор веса стального круга

Средняя удельная теплоемкость высоколегированных сталей

В таблице даны значения массовой удельной теплоемкости высоколегированных сталей с особыми свойствами таких, как сталь Г13 и сталь Р18.
Теплоемкость сталей Г13 и Р18 приведена в размерности кДж/(кг·град) при температурах 50…1300°С.

Средняя удельная теплоемкость сталей низколегированных

В таблице представлены значения массовой удельной теплоемкости низколегированных сталей. Даны значения теплоемкости для следующих марок стали: сталь 30Х, 30Н3, 30ХН3, 30Г2, 50С2Г. Удельная теплоемкость сталей в таблице выражена в кДж/(кг·град) и указана в зависимости от температуры — в интервале от 50 до 1300°С.

Средняя удельная теплоемкость сталей низколегированных

В таблице представлены значения массовой удельной теплоемкости низколегированных сталей. Даны значения теплоемкости для следующих марок стали: сталь 30Х, 30Н3, 30ХН3, 30Г2, 50С2Г. Удельная теплоемкость сталей в таблице выражена в кДж/(кг·град) и указана в зависимости от температуры — в интервале от 50 до 1300°С.

Теоретические основы металлургического производства

Температура плавления

химически чистого железа составляет 1539оС. Технически чистое железо, полученное в результате окислительного рафинирования, содержит некоторое количество растворенного в металле кислорода. По этой причине температура его плавления понижается до 1530оС.

Температура плавления стали всегда ниже температуры плавления железа в связи с наличием в ней примесей. Растворенные в железе металлы (Mn, Cr, Ni. Co, Mo, V и др.) понижают температуру плавления металла на 1 – 3оС на 1% введенного элемента, а элементы из группы металлоидов (C, O, S, P и др.) на 30 – 80оС.

На протяжении большей части общей продолжительности плавки температура плавления металла изменяется главным образом в результате изменения содержания углерода. При концентрации углерода 0,1 – 1,2%, которая характерна для доводки плавки в сталеплавильных агрегатах, температуру плавления металла с достаточной для практических целей точностью можно оценить из уравнения

Теплота плавления железа

составляет 15200 Дж/моль или 271,7 кДж/кг.

Температура кипения железа

в изданиях последних лет приводится равной 2735оС. Однако, опубликованы результаты исследований, согласно которым температура кипения железа значительно выше (до 3230оС).

Теплота испарения железа

составляет 352,5 кДж/моль или 6300 кДж/кг.

Давление насыщенного пара железа

(PFe, Па) можно оценить при помощи уравнения

где Т – температура металла, К.

Результаты расчета давления насыщенного пара железа при различных температурах, а также содержания пыли в окислительной газовой фазе над металлом (X

, г/м3) представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

– Давление насыщенного пара железа и запыленность газов при разных температурах

Согласно существующим санитарным нормам содержание пыли в газах, которые выбрасываются в атмосферу, не должно превышать 0,1 г/м3. Из данных таблицы 1.1 видно, что при 1600оС запыленность газов над открытой поверхностью металла выше допустимых значений. Поэтому обязательно требуется очистка газов от пыли, состоящей в основном из оксидов железа.

Динамическая вязкость

. Коэффициент динамической вязкости жидкости () определяется из соотношения

где F – сила взаимодействия двух движущихся слоев, Н;

S – площадь соприкосновения слоев, м2;

– градиент скорости слоев жидкости по нормали к направлению потока, с-1.

Динамическая вязкость сплавов железа обычно изменяется в пределах 0,001 – 0,005 Па•с. Ее величина зависит от температуры и содержания примесей, главным образом углерода. При перегреве металла над температурой плавления выше 25 – 30оС влияние температуры не существенно.

Кинематическая вязкость

жидкости представляет собой скорость передачи импульса в потоке единичной массы. Ее величина определяется из уравнения

где – плотность жидкости, кг/м3.

Величина динамической вязкости жидкого железа близка к 6•10-7 м2/с.

Плотность железа

при 1550 – 1650оС равна 6700 – 6800 кг/м3. При температуре кристаллизации плотность жидкого металла близка к 6850 кг/м3. Плотность твердого железа при температуре кристаллизации равна 7450 кг/м3, при комнатной температуре – 7800 кг/м3.

Из обычных примесей наибольшее влияние на плотность расплавов железа оказывают углерод и кремний, понижая ее. Поэтому обычного состава жидкий чугун имеет плотность 6200 – 6400 кг/м3, твердый при комнатной температуре – 7000 – 7200 кг/м3.

Плотность жидкой и твердой стали занимает промежуточное положение между плотностями железа и чугуна и составляет соответственно 6500 – 6600 и 7500 – 7600 кг/м3.

Удельная теплоемкость

жидкого металла практически не зависит от температуры. В оценочных расчетах величину ее можно принимать равной 0,88 кДж/(кг•К) для чугуна и 0,84 кДж/(кг•К) для стали.

Поверхностное натяжение железа

имеет максимальное значение при температуре около 1550оС. В области более высоких и низких температур величина его уменьшается. Это отличает железо от большинства металлов, для которых характерно понижение поверхностного натяжения при повышении температуры.

Поверхностное натяжение жидких сплавов железа существенно меняется в зависимости от химического состава и температуры. Обычно оно изменяется в пределах 1000 – 1800 мДж/м2 (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1

– Влияние примесей на величину поверхностного натяжения сплавов железа

Растворимость. Весьма ограниченную растворимость в жидком и твердом железе имеют щелочные (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельные (Mg, Ca, Ba, Sr) металлы. Кроме того практически нерастворимыми являются Ag, Cd и Bi.

К числу металлов, имеющих неограниченную растворимость в железе, относятся Mn, Ni, Co, Cu, Al, Sb, Ce и все редкоземельные металлы.

Ограниченной растворимостью в железе обладают Cr, V, Mo, W, Ti, Zr, Pb, Sn, Pt и др. Но при высоких температурах все металлы этой группы, кроме Pb и Sn, растворяются в расплавах железа в неограниченных количествах..

Удельная теплоёмкость — это количество тепла, которое требуется затратить, чтобы нагреть 1 килограмм вещества на 1 градус по шкале Кельвина (или Цельсия).

Физическая размерность удельной теплоемкости: Дж/(кг·К) = Дж·кг-1·К-1 = м2·с-2·К-1.

В таблице приводятся в порядке возрастания значения удельной теплоемкости различных веществ, сплавов, растворов, смесей. Ссылки на источник данный приведены после таблицы.

При пользовании таблицей 1 следует учитывать приближенный характер данных. Для всех веществ удельная теплоемкость зависит от температуры и агрегатного состояния. У сложных объектов (смесей, композитных материалов, продуктов питания) удельная теплоемкость может значительно варьироваться для разных образцов.

Таблица 1. Теплоемкость чистых веществ

Таблица 2. Удельная теплоемкость углеродистых сталей марок Сталь 20 и Сталь 40 при высоких температурах (Дж/(кг∙ºC)) От 50 ºC до заданной температуры

Источник: Теплофизические свойства веществ, Справочник. Под ред. Н.Б.Варгафтика. Ленинград: Государственное энергетическое издательство. 1956 — 367 с.

Таблица теплоемкости некоторых материалов.

Таблица теплоемкости некоторых материалов.

Таблица показывает, какое количество тепла может сохранить в себе 1 кубометр материала при его нагреве на 1 градус.

Пример. Сколько тепла будет накоплено в 1 кубометре воды при нагреве ее от 40 градусов до 90 градусов?

Удельная теплоемкость воды при 20 o Суд = 4,18 кДж/кг* o С Разница температур Т = 90-40 = 50 o Удельный вес г = 1000 кг/м 3 Объем v=1 м 3 Количество запасенной энергии Э = C*Т*v*г = 4.18*50*1*1000 = 209000 кДж (

Теплопроводимость

Теплопроводность численно равна количеству теплоты (Дж), проходящее через единицу площади (кв.м) за единицу времени (сек) при единичном температурном градиенте.

Коэффициенты теплопроводности из справочника:

Вывод: чугун распределяет тепло медленно. Иными словами, мясо на чугунной сковороде не будет пригорать (в том числе) из-за более равномерного распределения тепла.

Похожая ситуация в приготовлении шашлыка на природе. Приготовление мяса на углях позволяет пропечь куски. Приготовление на открытом огне просто зажаривает внешнюю часть кусков мяса, оставив внутренние части сырыми.

Средняя удельная теплоемкость углеродистых сталей

В таблице представлены значения массовой теплоемкости железа и следующих углеродистых сталей: сталь 08КП, ст. 08, сталь 20, 40, сталь У8, У8′, у12. Массовая удельная теплоемкость углеродистых сталей в таблице дана в размерности кДж/(кг·град) в интервале температуры от 50 до 1300°С.

Средняя удельная теплоемкость углеродистых сталей

В таблице представлены значения массовой теплоемкости железа и следующих углеродистых сталей: сталь 08КП, ст. 08, сталь 20, 40, сталь У8, У8′, у12. Массовая удельная теплоемкость углеродистых сталей в таблице дана в размерности кДж/(кг·град) в интервале температуры от 50 до 1300°С.

Удельная теплоёмкость вещества означает количество теплоты, необходимое для нагрева единицы веществ на один градус. Чаще всего за единицу вещества берётся масса в 1 кг. Реже используются единицы объёма, например, кубометр или литр. В химии при термохимических реакциях используется молярная теплоёмкость, когда за единицу вещества принимают моль. Удельная теплоёмкость заметно меняется при изменении температуры и в большей степени при изменении агрегатного состояния вещества, например, значения теплоёмкости воды будут разными в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. В приведённой таблице указывается также температура и агрегатное состояние вещества.
Удельная теплоёмкость материалов

Соотношение между единицами удельной теплоёмкости

Таблица — плотность и удельная теплоемкость марок нержавеющей стали

Вас интересует плотность и удельная теплоемкость нержавеющей стали? Поставщик Авглоб предлагает купить нержавеющую сталь по выгодной цене. Гарантируем своевременную доставку продукции по любому указанному адресу,. Постоянные клиенты могут воспользоваться дисконтными скидками. Цена наилучшая в данном сегменте.

Техническая характеристика

Под удельной теплоемкостью подразумевается количество тепла необходимое, чтобы нагреть материал на 1 градус

Молярная теплоемкость (отношение теплоёмкости к количеству материала). Это — физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать одному молю (данного) вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу. Молярная теплоёмкость обычно обозначается символом иногда без индекса или с другим индексом (характеризующим условия протекания процесса измерения).

Тепло-физические свойства (температура 20°С)

Плотность: 7700−7900 кг/м³ (7,7 до 7,9 г/см³).Удельный вес: 75500−77500 Н/м³ (7700−7900 кгс/м³ в системе МКГСС).Температура плавления: 1450−1520 °C.Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг).

Коэффициент теплопроводности при температуре 100 °C

Коэффициент линейного расширения α

Коэффициент линейного расширения α

. Наибольшее влияние на коэффициент

α оказывает углерод, в особенности в связанном состоянии. Одному проценту углерода соответствует примерно в 5 раз большее количество цементита, чем графита. Поэтому графитизирующие элементы

(Si, Al, Ti, Ni, Сu и др.) повышают, а антиграфнтизирующие

(Cr, V, W, Мо, Мn и др.) уменьшают коэффициент линейного расширения,

Наибольшим значением α

отличаются аустенитные никелевые чугуны, а также ферритные алюминиевые чугуны типа чугаль и пирофераль. Поэтому при достаточно высоком содержании

Ni, Сu, Мn значение

α ; резко увеличивается. Однако при содержании

Ni>20%α понижается: и достигает минимума при 35-37 % Ni. Форма графита существенно влияет на коэффициент линейного расширения лишь при низких температурах;

α высокопрочного чугуна с шаровидным графитом несколько выше, чем

α чугуна с пластинчатым графитом.