Сталь 3 удельная теплоемкость

Обновлено: 04.01.2025

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 = м 2 ·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

Источники:

ru.wikipedia.org - Википедия: Удельная теплоемкость;
alhimik.ru - средняя удельная теплоемкость некоторых твердых материалов при 0. 100 °С, кДж/(кг·К) по данным пособия "Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии" под ред. Романкова;
school.uni-altai.ru - табличные значения наиболее распространенных жидкостей;
school.uni-altai.ru - табличные значения наиболее распространенных твердых тел;
dink.ru - удельная теплоемкость при 20 °С;
mensh.ru - теплоаккумулирующая способность материалов;
vactekh-holod.ru - удельная теплоемкость твердых веществ и некоторых жидкостей;
xiron.ru - данные по теплоемкости пищевых продуктов;
aircon.ru - теплоемкость всяких разных [пищевых] продуктов;
masters.donntu.edu.ua - теплоемкость углей;
nglib.ru - средняя удельная теплоемкость твердых тел при комнатной температуре - таблица в книге С.Д. Бескова "Технохимические расчеты" в электронной библиотеке "Нефть и газ" (требуется регистрация). Это наиболее подробный из доступных в интернете справочников.

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

Температура, ºC	Сталь 20	Сталь 40
100	486	486
150	494	494
200	499	503
250	507	511
300	515	520
350	524	528
400	532	541
450	545	549
500	557	561
550	570	574
600	582	591
650	595	608
700	608	629
750	679	670
800	675	704
850	662	704
900	658	704
950	654	700
1000	654	696
1050	654	691
1100	649	691
1150	649	691
1200	649	687
1250	654	687
1300	654	687

Наши партнёры

Спец-предложение

Предлагаем услуги по оптимизации геометрии разливочной оснастки с целью обеспечения повышения коэффициента использования металла и снижения осевой пористости слитков

Удельная теплоемкость металлов при различных температурах

Представлена таблица значений массовой удельной теплоемкости металлов при различных температурах и постоянном давлении. Теплоемкость металлов в таблице указана при отрицательных и положительных температурах (от -253 до 3422°С). Определить удельную теплоемкость металла можно как величину, численно равную количеству теплоты, которое необходимо подвести к единице массы металла для увеличения его температуры на один градус.

Какова удельная теплоемкость металла? При средних и высоких температурах абсолютные значения и температурные зависимости удельной теплоемкости металлов различаются достаточно сильно. Так, при комнатных температурах наибольшей удельной теплоемкостью отличается литий — она равна 3390 Дж/(кг·град) при температуре 20°С. Также к металлам с высокой теплоемкостью при средних (до 350°С) температурах можно отнести такие металлы, как магний, алюминий, бериллий, натрий, плутоний.

Наименьшим значением теплоемкости обладают металлы с высокой атомной массой, например торий и уран. Удельная теплоемкость этих металлов равна, соответственно 113 и 116 Дж/(кг·град). Несмотря на столь большой диапазон изменения этой величины, имеют место некоторые схожие значения, наиболее хорошо прослеживающиеся для металлов одной подгруппы, что является следствием периодической системы Менделеева.

Следует отметить, что при низких отрицательных температурах металлы также имеют широкий диапазон значений теплоемкости. Например, при температуре -173°С по данным таблицы минимальной теплоемкостью обладает вольфрам. Теплоемкость вольфрама при этой температуре равна всего 87 Дж/(кг·град). Металлом с самой высокой теплоемкостью при отрицательных температурах является все тот же литий, имеющий низкую атомную массу.

Удельная теплоемкость металлов при различных температурах — таблица

Металл	Температура,°С	Удельная теплоемкость, Дж/(кг·град)
Алюминий Al	-173…27…127…327…527…661…727…1127…1327	483…904…951…1037…1154…1177…1177…1177…1177
Барий Ba	-173…27…127…327…527…729…927…1327	177…206…249…290…316…300…292…278
Бериллий Be	-173…27…127…327…527…727…927…1127…1287…1327	203…1833…2179…2559…2825…3060…3281…3497…3329…3329
Ванадий V	27…127…327…527…727…927…1127…1527…1947	484…503…531…557…585…617…655…744…895
Висмут Bi	27…127…272…327…527…727	122…127…146…141…135…131
Вольфрам W	-173…27…127…327…727…1127…1527…2127…2527…3127…3422	87…132…136…141…148…157…166…189…208…245…245
Гадолиний Gd	27…127…327…527…727…1127…1312	236…179…185…196…207…235…179
Галлий Ga	-173…27…30…127…327…527…727	266…384…410…394…382…378…376
Гафний Hf	27…127…327…527…727…927…1127…1527…2127…2233	144…147…156…165…169…183…192…211…202…247
Гольмий Ho	27…127…327…527…727…927…1127…1327…1470…1527	165…169…172…176…193…218…251…292…266…266
Диспрозий Dy	27…127…327…527…727…927…1127…1327…1409…1527	173…172…174…188…210…230…274…296…307…307
Европий Eu	27…127…327…527…727…826…1127	179…184…200…217…250…251…251
Железо Fe	-173…27…127…327…527…727…1127…1327…1537	216…450…490…572…678…990…639…670…830
Золото Au	27…127…327…527…727…927…1105…1127	129…131…135…140…145…155…170…166
Индий In	-223…-173…27…127…157…327…527…727	162…203…235…250…256…245…240…237
Иридий Ir	27…127…327…527…727…927…1127…1327…2127…2450	130…133…138…144…153…161…168…176…206…218
Иттербий Yb	27…127…427…527…727…820…927	155…159…175…178…208…219…219
Иттрий Y	27…127…327…527…727…1127…1327…1522	298…305…321…338…355…389…406…477
Кадмий Cd	27…127…321…327…527	231…242…265…265…265
Калий K	-173…-53…0…20…63…100…300…500…700	631…690…730…760…846…817…775…766…775
Кальций Ca	-173…27…127…327…527…727…842…1127	500…647…670…758…843…991…774…774
Кобальт Co	27…127…327…527…727…1127…1327…1497…1727	421…451…504…551…628…800…650…688…688
Лантан La	27…127…327…527…727…920	195…197…200…218…238…236
Литий Li	-187…20…100…300…500…800	2269…3390…3789…4237…4421…4572
Лютеций Lu	27…127…327…527…727…1127…1327…1650	153…153…156…163…173…207…229…274
Магний Mg	-173…27…127…327…527…650…727…1127	648…1025…1070…1157…1240…1410…1391…1330
Марганец Mn	-173…27…127…327…527…727…1127…1246…1327	271…478…517…581…622…685…789…838…838
Медь Cu	27…127…327…527…727…927…1085…1327	385…398…417…433…451…481…514…514
Молибден Mo	27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…2127…2623	250…262…276…285…294…320…337…357…379…434…418
Мышьяк As	-253…-233…-193…-123…-23…127…327…727	15…75…175…275…314…339…354…383
Натрий Na	-173…-53…-13…20…100…300…500…700	977..1180…1200…1221…1385…1280…1270…1275
Неодим Nd	27…127…327…527…727…927…1024…1127	190…200…223…253…291…309…338…338
Нептуний Np	127	147
Никель Ni	-173…-50…20…100…300…500…800…1000…1300…1455	423…442…457…470…502…530…565…580…586…735
Ниобий Nb	27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…2127…2477	263…274…285…293…301…322…335…350…366…404…450
Олово Sn	-173…27…127…232…327…527…727	187…229…244…248…242…236…235
Осмий Os	27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1927	130…132…136…140…144…152…156…160…164…168
Палладий Pd	27…127…327…527…727…927…1127…1527	244…249…256…264…277…291…306…343
Платина Pt	27…127…327…527…727…1127…1527…1772	133…136…141…147…152…163…174…178
Плутоний Pu	27…127…327…527…727	134…586…1500…2430…3340
Празеодим Pr	27…127…327…527…727…935	184…202…224…253…287…305
Радий Ra	950	136
Рений Re	27…127…327…527…727…927…1127…1327…1527…1927	136…139…145…151…157…163…168…174…180…192
Родий Rh	27…127…327…527…727…1127…1327…1727	243…253…273…293…311…342…355…376
Ртуть Hg	-223…-173…-73…-39…27…127…227…327	99…121…136…141…139…137…136…135
Рубидий Rb	-173…-73…20…40…127…327…527…727	299…321…356…364…361…356…359…368
Рутений Ru	27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1927…2334	238…241…251…265…278…306…325…346…367…389…414
Самарий Sm	27…127…327…527…727…1078…1227	197…221…272…293…300…313…334
Свинец Pb	-223…-173…-73..27…127…227…328…527…727	103…117…123…128…133…138…146…143…140
Серебро Ag	27…127…327…527…727…962…1127	235…239…250…256…277…310…310
Скандий Sc	27…127…327…527…727…1127…1541…1627	568…586…611…647…694…815…978…978
Стронций Sr	-173…27…127…327…527…768…1127	268…306…314…343…377…411…411
Сурьма Sb	-223…-173…27…127…327…527…630…927	100…163…209…213…224…234…275…275
Таллий Tl	-173…27…127…303…727	120…129…134…149…141
Тантал Ta	27…127…327…527…727…1127…1527…2127…2327…2727…3022	140…144…150…154…157…160…162…177…187…219…243
Тербий Tb	27…127…327…527…727…1127…1357	182…179…189…207…226…272…292
Технеций Tc	27…127…327…527…727…1127…1327…2127…2200	210…211…225…256…290…324…318…297…290
Титан Ti	27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1671…1727	531…556…605…637…647…664…729…800…989…989
Торий Th	-173…27…127…327…527…727…1127…1327…1750…1927	98…113…117…124…132…140…155…163…198…198
Тулий Tm	27…127…327…527…727…1127…1327…1545	159…161…163…175…186…204…213…244
Уран U	-173…27…127…327…527…727…842…1127 1135…1327…1927	93…116…125…146…175…178…161…161…201…203…209
Хром Cr	25…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1907	453…482…517…558…614…764…849…936…1020…962
Цезий Cs	-173…27…29…127…327…527…727	194…244…246…241…226…219…225
Церий Ce	27…127…327…527…727…804…927	292…202…228…246…268…269…269
Цинк Zn	27…127…327…420…527…727	389…403…436…480…480…480
Цирконий Zr	27…127…327…527…727…1127…1327…1527…1727…1860	279…295…321…345…367…325…341…360…381…467
Эрбий Er	27…127…327…527…727…1127…1327…1505	168…169…174…181…192…220…238…231

Зависимость удельной теплоемкости металлов от температуры различна. Наиболее сильную зависимость теплоемкости от температуры имеют плутоний и бериллий. Для многих металлов увеличение температуры приводит к постоянному росту их теплоемкости. У других металлов теплоемкость при нагревании увеличивается, а при достижении температуры плавления снижается или остается практически постоянной. Удельная теплоемкость металлов в жидком (расплавленном) состоянии практически не меняется.

Металлы в таблице расположены в алфавитном порядке, величина теплоемкости соответствует указанным температурам, допускается интерполяция значений. Например, удельную теплоемкость алюминия при температуре 90°С можно определить по таблице следующим образом: 904+(951-904)/(127-27)*90=946,3 Дж/(кг·град).

Удельная теплоемкость стали

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.

Удельная теплоемкость стали при различных температурах

Марка стали	Температура, °С	Теплоемкость стали, Дж/(кг·град)
02Х17Н11М2	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
06Х12Н3Д	100…200…300…400	523…544…577…594
07Х16Н6 (Х16Н6, ЭП288)	100…200…300…400…500…600…700	440…500…550…590…630…670…710
08	100…200…400…600	465…477…510…565
08кп	100…200…300…400…500…600…700…800…900	482…498…514…533…555…584…626…695…695
08Х13 (0Х13, ЭИ496)	20	462
08Х14МФ	20…100…200…300…400…500…600	460…473…502…540…574…682…754
08Х17Т (0Х17Т, ЭИ645)	20	462
08Х17Н13М2Т (0Х17Н13М2Т)	20	504
08Х18Н10 (0Х18Н10)	20	504
08Х18Н10Т (0Х18Н10Т, ЭИ914)	20…100…200…300…400…500…600…700	461…494…515…536…549…561…574…595
08ГДНФЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	483…500…517…529…554…571…613…697…693
09Х14Н19В2БР1 (ЭИ726)	20	502
015Х18М2Б-ВИ (ЭП882-ВИ)	100…200…300…400	473…519…578…636
1Х14Н14В2М (ЭИ257)	20…100…200…300…400…500…600…700	461…486…515…536…544…557…590…624
4Х5МФ1С (ЭП572)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	431…477…519…565…620…703…888…766…749
10	100…200…400…600	465…477…510…565
10кп	100…200…400…600	466…479…512…567
10Х12Н3М2ФА(Ш) (10Х12Н3М2ФА-А(Ш))	100…200…300…400…500	510…538…562…588…627
10Х13Н3М1Л	20	495
10Х17Н13М2Т (Х17Н13М2Т, ЭИ448)	20	504
10Х17Н13М3Т (Х17Н13М3Т, ЭИ432)	20	504
10Х18Н9Л	100	504
10ГН2МФА, 10ГН2МФА-ВД, 10ГН2МФА-Ш	100…200…300…400	469…553…599…628
12МХ	20…200…300…400…500…600…700	498…519…569…595…653…733…888
12X1МФ (ЭИ575)	100…200…300…400…500…600…700…800	507…597…607…643…695…783…934…1025
12Х13 (1Х13)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	473…487…506…527…554…586…636…657…666
12Х13Г12АС2Н2 (ДИ50)	100…200…300…400…500…600…700	523…559…602…613…648…668…690
12Х18Н9 (Х18Н9)	20	504
12Х18Н9Т (Х18Н9Т)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	469…486…498…511…519…528…532…544…548
12Х18Н12Т (Х18Н12Т)	20…100…200…300…400…500…600…700	461…494…515…540…548…561…574…595
14Х17Н2 (1Х17Н2, ЭИ268)	20	462
15	100…200…400…500	469…481…523…569
15Г	100…300…500	496…538…592
15К	100…200…400…500	469…482…524…570
15кп	100…200…300…400…500…600…700…800	465…486…515…532…565…586…620…691
15Л	100…200…400…600	469…477…515…570
15Х2НМФА-А, 15Х2НМФА-А класс 1	100…200…300…400	490…515…540…569
15Х11МФБЛ (1Х11МФБЛ, Х11ЛА)	100…200…300…400…500…600	494…528…574…641…741…867
15Х25Т (Х25Т, ЭИ439)	20	462
15ХМ	100	486
17Х18Н9	20	504
18Х11МНФБ (2Х11МНФБ, ЭП291)	100…200…300…400…500…600	490…540…590…666…766…900
18ХГТ	100…200…300…400…500…600…700…800	495…508…525…537…567…588…626…705
20	100…200…400…500	469…481…536…569
20Г	100…200…400…500	469…481…536…569
20ГСЛ	100…200…400…500	469…482…536…569
20К	100…200…400…500	469…482…524…570
20Л	100…200…400…600	469…481…536…570
20кп	100…200…300…400…500…600…700…800…900	486…498…514…533…555…584…636…703…695
20ХМЛ	100…200…300…400…500	498…572…588…612…660
20ХМФЛ	100…200…300…400…500…600	498…574…590…615…666…741
20Х3МВФ (ЭИ415, ЭИ579)	100…200…300…400…500…600	502…561…611…657…716…754
20Х23Н13 (Х23Н13, ЭИ319)	20	538
20Х23Н18 (Х23Н18, ЭИ417)	20	538
20ХН3А	100…200…300…400…500…600…700…800	494…507…523…536…565…586…624…703
22К	100…200…400…500	469…481…519…569
25	100…200…400…500	469…482…524…570
25Л	100…200…400…600	469…481…519…570
25Х1МФ	20	461
25Х2М1Ф (ЭИ723)	100…200…300…400…500…600	536…574…607…632…674…733
25ХГСА	20…100…200…300…400…500…600…700	496…504…512…533…554…584…622…693
30	100…200…300…400…500	469…481…544…523…762
30Г	100…200…300…400…500	469…481…544…599…762
30Л	100…200…400…600	469…481…523…570
30Х13 (3Х13)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	473…486…504…525…532…586…641…679…691
30ХГТ	100…200…300…400…500…600…700…800	495…508…525…537…567…588…626…705
30Х	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	482…496…513…532…555…583…620…703…687…678
30ХН2МФА (30ХН2МВА)	20…100…200…300…400	466…508…529…567…588
30ХН3А	100…200…300…400…500…600… 700…800…900…1000	494…504…518…536…558…587… 657…703…695…687
33ХС	20…100…200…300…400…500…600…700	466…508…529…563…599…622…634…664
35	100…200…400…500	469…482…524…570
35Л	100…200…400…600	469…481…523…574
35ХГСЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	496…504…512…533…554…584…622…693…689
35ХМЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	479…500…512…529…550…580…617…689…685
36Х18Н25С2 (4Х18Н25С2, ЭЯ3С)	20	515
40	100…200…300…400…600	469…481…519…523…574
40Г	100…200…400…600	486…481…490…574
40Л	100…200…400…600	469…481…523…574
40Х10С2М (4Х10С2М, ЭИ107)	300…400…500	532…561…586
40Х13 (4Х13)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	452…477…502…528…553…578…620…666…691
40ХЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	491…508…525…538…569…588…626…701…689
45	100…200…400…500	469…482…524…574
45Г2	100…200	444…427
45Л	100…200…400…600	469…481…523…569
45Х14Н14В2М (ЭИ69)	300…400…500…600	507…511…523…528
50	300…400…500	561…641…787
50Г	20…100…200…300…400…500…600…700	487…500…517…533…559…584…609…676
50Л	100…200…400…600	478…511…511…569
55	100…200…400…500	477…486…523…569
60	100…200…400…600	481…486…528…565
ХН35ВТ (ЭИ612)	100…200…300…400…500…600	511…544…569…590…595…595
ХН64ВМКЮТЛ (ЗМИ3)	20…100…200…300…400…500…600… 700…800…900…1000	430…450…470…490…515…540…565… 590…625…650…1008
ХН65ВКМБЮТЛ (ЭИ539ЛМУ)	20…100…200…300…400…500…600… 700…800…900…1000	424…436…480…493…505…518…548… 596…650…692…710
ХН65ВМТЮЛ (ЭИ893Л)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	425…430…440…470…500…510…550…615…650
ХН65КМВЮТЛ (ЖС6К)	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	380…400…420…445…470…485…515…560…610…660
ХН70БДТ (ЭК59)	100…200…300…400	450…475…500…505
ХН70КВМЮТЛ (ЦНК17П)	20	440
ХН80ТБЮА (ЭИ607А)	100…200…300…400…500…600	494…547…607…678…749…829
Х15Н60-Н	20	460
Х20Н80-Н	20	460
Х23Ю5Т	20…800	480…750
Х27Ю5Т	20…800	500…690
А12	100…300…400…600	469…477…515…569
Р6М5	100…200…300…400…500…600…700	440…470…500…550…580…670…900
Р18	100…200…300…400…500…600…700	420…450…470…510…550…610…690
У8, У8А	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	477…511…528…548…565…594…624…724…724…703
У12, У12А	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	469…503…519…536…553…720…611…712…703…699

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.

Удельная теплоемкость углеродистых сталей и чугуна при различной температуре

В таблице приведены значения удельной (массовой) теплоемкости следующих углеродистых сталей и чугуна: сталь 08, ст.20, ст.35, ст.У8, сталь листовая электротехническая, чугун белый, чугун СЧ10. Теплоемкость представлена в таблице в интервале температуры от 80 до 1573 К в размерности кДж/(кг·град) .

Удельная теплоемкость легированных сталей при различной температуре

В таблице представлены значения массовой удельной теплоемкости стали следующих марок: сталь 15Л, 25Л, 45Л, 55Л, 13Н2ХА, Р18, 11Р3АМ3Ф2, Р6М5, 4Х13, 1Х12В2МФ, Х5М, 30ХМ, 30ХМА, 30ХГС, 30ХГСА, 1Х11МФ, 1Х12ВИМФ, 25Х2МФА, ХН35ВТ (ЭИ612, ЭИ612К), Х17Н13М2Т (ЭИ448), Х16Н25М6 (ЭИ395), Х22Н26, ВЖ100, ШХ15. Массовая теплоемкость легированных сталей в таблице выражена в кДж/(кг·град) в зависимости от температуры — в интервале от 300 до 1400К.

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.

Источники:

2 подразделения удельной теплоемкости стали с учетом марок

Удельная теплоемкость стали: физическое обоснование термина «теплоемкость» + классификация стали + удельная теплоёмкость высоколегированных сплавов с особыми свойствами + 4 таблицы со значениями популярных марок стали в производстве.

Физика не всегда сродни прямолинейной логике. Если человек поставит на печку пустую металлическую емкость, она нагреется за 1 минуту.

В предположении, при наполнении ёмкости водой, ее скорость нагрева должна быть равна скорости нагрева стенок сосуда, но это не так. Хозяйки знают, что вне зависимости от скорости нагрева кастрюли, вода в ней будет повышать свою температуру постепенно.

Подобная зависимость обусловлена удельной теплоемкостью стали и других веществ. В сегодняшней статье как раз и будет рассмотрен данный вопрос через призму физических процессов и промышленного применения.

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.

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.

Преимущества стали	Недостатки материала
Материал с высокими показателями прочности + обилие свойств, что обуславливается различными добавками и способами обработки стали.	Слабая стойкость классической стали к коррозии. Частично решает проблему покрытие нержавейкой/полимером. Нержавеющая сталь в 3-10 раз дороже своего «черного» собрата.
Хорошая вязкость с упругостью, что позволяет применять материал в местах как с динамическими, так и статическими нагрузками.	Из-за накопления электричества повышается электромеханическая коррозия.
Низкий показатель износостойкости, что обеспечивает материалу эксплуатационную долговечность.	Конструкции из стали имеют большой вес, что может усложнить монтаж/демонтаж и даже эксплуатацию.
Экономически обоснованный вариант сырья, ибо добыча железа по себестоимости в десятки раз ниже, нежели другие типы металлов периодической системы.	Мельчайшие неточности в многоэтапном процессе изготовления стали оборачиваются фатальными провалами в качестве итоговой продукции.

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.

Параметр	Компоненты + описание
По химическому составу	Углеродистые . Легирующим элементом выступает углерод. В зависимости от его доли в сплаве, идет подразделение на малоуглеродистые (менее 0.3%), среднеуглеродистые (от 0.3% до 0.8%) и высокоуглеродистые (более 0.7%).
По химическому составу	Легированные . Здесь также 3 подгруппы в зависимости от долевого вхождения примесей – меньше 2.5%, от 2.5% до 10%, и более 10%. Низко-, средне-, и высоколегированные соответственно. Добавками могут быть как металлы, так и неметаллические вещества. Самая популярная из легированных сталей – нержавейка.
По структурному составу	Перлитная . Разновидности стали с низким содержанием углерода.
	Мартенситные . В сплаве большое количество примесей.
	Аустенитная. Высоколегированная сталь.
По раскислителю	Спокойная . В сплаве не содержится закись железа, что делает металл однородным и стабильным. Используется не часто из-за дороговизны производства.
	Полуспокойная . Твердеет без кипения, но сопутствующие газы выделяются + часть из них остается в сплаве и после отвердевания. Сталь используется в конструкционных целях.
	Кипящая . С содержанием газов в остывшем материале. Из-за этого слабо пригоден к сварке. По технологии изготовления – это самый дешевый вариант, потому используется для большинства простых конструкций.
По назначению	Строительная . Обычные и низколегированные разновидности стали с хорошими показателями свариваемости. Используются в конструкциях с высокими статическими нагрузками.
	Инструментальная. Относят стали с высоким содержанием углерода и сторонних примесей (более 20%). В категории имеется классификация на штампованные, измерительные и режущие.
	Конструкционные . Сплавы имеют незначительное содержание марганца. Основная область применения – узловые элементы конструкций. Из-за необходимости разнообразия в свойствах, в категории популярные среднелегированные стали.
	Специальные . По сути, это специфические разновидности конструкционных сталей. Специализированное назначение – устойчивость к жару, кислоте и другим агрессивным средам.
По примесям	Рядовые . Содержание серы и фосфора не более 7 сотых процента.
	Качественные . Долевое содержание серы меньше 0.04% и фосфора меньше 0.35%. По изготовлению обходятся дороже, но в отношении механических свойств – куда лучше.
	Высококачественные . Долевое содержание серы и фосфора менее 0.025%. Технология изготовления – электрические печи, где требуется низкое вкрапление неметаллических примесей.
	Особовысококачественные . Элита среди стали. Процентное содержание серы менее 0.015%, а фосфора менее 0.025%.

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.

Какова удельная теплоемкость стали различных марок?

Вариативность значений по удельной теплоемкости зависит от марки стали. Детально о разновидностях сплавов на основе железа мы сказали выше. Помимо классического набора марок, часто возникает потребность узнать удельную теплоемкость чугуна в различных температурных условиях. Далее будет рассмотрен данный вопрос, в том числе.

Первая из таблиц самая объемная, но также информативная. Имеется 3 столбца – марка стали, температура в Цельсиях и теплоемкость стали в Джоулях/килограмм*градусы. При просмотре данных легко заметить закономерность пропорционального роста удельной теплоёмкости в зависимости от показателей термометра. При комнатной температуре значение удельной теплоемкости стали находится в пределах 420-560 Дж/(кг•град).

1) Удельная теплоемкость высоколегированных сталей с особыми свойствами

Из высоколегированных сталей с особыми свойствами выделяются две – Г13 и Р18. Первая носит неформальное название «сталь Гадфильда», в честь разработавшего ее металлурга из Англии. По ГОСТу 977-88 ее полный порядковый номер 110Г13Л.

К основным свойствам стали Г13 относят высокое сопротивление износу при давлении и ударных нагрузках, что сделало материал одним из базовых в военной промышленности. Гусеничные траки, дробильные щеки, крестовины рельсов и даже решетки в тюрьмах – все это производится из марки стали Г13.

Марка Р18 относится к быстрорежущей инструментальной стали + используется как заменитель Р12. Наибольшее распространение сплав приобрел в разработке инструментов – сверла, фрезы, долбяки, метчики, зенкера и протяжки по обработке конструкционных сталей с прочностью до 1000 МПа.

В таблице выше предоставлен температурный интервал от 50 до 1 300 градусов Цельсия с шагом деления в 50. Максимальное допустимое колебание удельной теплоемкости на оговорённых промежутках составит не более 0.2%.

Описание понятия теплоемкости вещества доступным языком с практическими примерами:

2) Удельная теплоемкость других популярных марок стали

Теперь пробежимся по различным классификаторам марок стали, и начнем с низколегированных. Данные в таблице ниже поданы из расчета на 5 марок – 30Х, 30Н3, 30ХН3, 30Г2 и 50С2Г. Интервал скачков температуры составляет 50 градусов.

Следующим в списке расположены значения по удельной теплоемкости чугуна и среднеуглеродистых марок стали. Температурный интервал не имеет четкой градации, а рассчитывается как среднее значение в Кельвинах. По чугуну представлено 2 популярнейших промышленных марки – СЧ10 и чугун белый.

Если говорить о среднелегированных марках стали, то здесь представлено порядка 30 представителей, широко распространенных в бытовых вопросах и легкой стальной промышленности. Температура подается в кельвинах + с точными значениями для каждой марки стали.

Завершает наш перечень значений удельной теплоемкости таблица из популярных углеродистых сталей из 7 марок + чистого железа с чистотой 99.99%. Интервальные скачки по температуре стандартный – 50 градусов. Температурная единица измерения – градусы Цельсия.

Оговоренные таблицы берутся из специализированной литературы по металлургии. Хотя книги и не отличаются свежестью (большинство еще советских времен), их достоверность данных в отношении удельной теплоемкости стали крайне высока.

Читайте также: