Obiectiv

Determinați experimental valorile capacității termice medii a aerului în intervalul de temperatură de la t 1 la t 2, stabiliți dependența capacității termice a aerului de temperatură.

1. Determinați puterea cheltuită pentru încălzirea cu gaz de la t 1

inainte de t 2 .

2. Fixați valorile debitului de aer într-un interval de timp dat.

Ghid de pregătire a laboratorului

1. Lucrați secțiunea cursului „Capacitatea de căldură” conform literaturii recomandate.

2. Familiarizați-vă cu acest ghid metodologic.

3. Întocmește protocoale pentru lucrările de laborator, inclusiv materialul teoretic necesar aferent acestei lucrări (formule de calcul, diagrame, grafice).

Introducere teoretică

Capacitate termica- cea mai importantă mărime termofizică, care este inclusă direct sau indirect în toate calculele de inginerie termică.

Capacitatea termică caracterizează proprietățile termofizice ale unei substanțe și depinde de greutatea moleculară a gazului μ , temperatura t, presiune R, numărul de grade de libertate ale moleculei i, din procesul în care căldura este furnizată sau îndepărtată p = const, v =const. Capacitatea termică depinde cel mai semnificativ de greutatea moleculară a gazului μ . Deci, de exemplu, capacitatea de căldură pentru unele gaze și solide este

Deci cu atât mai puțin μ , cu atât mai puțină substanță este conținută într-un kilomol și cu atât este nevoie de mai multă căldură pentru a modifica temperatura gazului cu 1 K. De aceea hidrogenul este un lichid de răcire mai eficient decât, de exemplu, aerul.

Numeric, capacitatea termică este definită ca cantitatea de căldură care trebuie adusă la 1 kg(sau 1 m 3), o substanță care își schimbă temperatura cu 1 K.

Deoarece cantitatea de căldură furnizată dq depinde de natura procesului, apoi capacitatea termică depinde și de natura procesului. Același sistem în diferite procese termodinamice are capacități termice diferite - cp, CV, c n. De cea mai mare importanță practică sunt cpși CV.

Conform teoriei molecular-cinematice a gazelor (MKT), pentru un proces dat, capacitatea termică depinde doar de greutatea moleculară. De exemplu, capacitatea termică cpși CV poate fi definit ca

Pentru aer ( k = 1,4; R = 0,287 kJ/(kg· LA))

kJ/kg

Pentru un gaz ideal dat, capacitatea termică depinde numai de temperatură, adică

Capacitatea termică a corpului în acest proces numit raportul căldurii dq obţinut de organism cu o modificare infinitezimală a stării sale la o modificare a temperaturii corpului prin dt

Capacitate termică adevărată și medie

Sub adevărata capacitate termică a fluidului de lucru se înțelege:

Capacitatea termică adevărată exprimă valoarea capacității termice a fluidului de lucru într-un punct pentru parametri dați.

Cantitatea de căldură transferată. exprimată prin capacitatea termică adevărată, poate fi calculată prin ecuație

Distinge:

Dependența liniară a capacității termice de temperatură

Unde A- capacitate termică la t= 0 °С;

b = tgα - factorul de pantă.

Dependența neliniară a capacității termice de temperatură.

De exemplu, pentru oxigen, ecuația se scrie ca

kJ/(kg K)

Sub capacitate medie de căldură cu Tînțelegeți raportul dintre cantitatea de căldură din procesul 1-2 și modificarea corespunzătoare a temperaturii

kJ/(kg K)

Capacitatea termică medie se calculează astfel:

Unde t = t 1 + t 2 .

Calculul căldurii conform ecuației

dificil, deoarece tabelele dau valoarea capacității termice. Prin urmare, capacitatea termică în intervalul de la t 1 la t 2 trebuie determinat prin formula

.

Dacă temperatura t 1 și t 2 se determină experimental, apoi pt m kg gaz, cantitatea de căldură transferată trebuie calculată conform ecuației

Mediu cu Tși cu capacitățile termice adevărate sunt legate prin ecuația:

Pentru majoritatea gazelor, cu atât temperatura este mai mare t, cu atât capacitatea termică este mai mare cu v , cu p. Din punct de vedere fizic, aceasta înseamnă că, cu cât gazul este mai fierbinte, cu atât este mai dificil să-l încălzești în continuare.

Valorile experimentale ale capacităților termice la diferite temperaturi sunt prezentate sub formă de tabele, grafice și funcții empirice.

Distinge între capacitatea termică adevărată și cea medie.

Capacitatea termică reală C este capacitatea termică pentru o anumită temperatură.

În calculele de inginerie, valoarea medie a capacității termice într-un interval de temperatură dat (t1;t2) este adesea folosită.

Capacitatea termică medie se notează în două moduri: ,.

Dezavantajul acestei din urmă notații este că intervalul de temperatură nu este specificat.

Capacitatea termică adevărată și medie sunt legate prin relația:

Capacitatea termică adevărată este limita către care tinde capacitatea medie de căldură, într-un interval dat de temperatură t1…t2, la ∆t=t2-t1

După cum arată experiența, pentru majoritatea gazelor, adevăratele capacități de căldură cresc odată cu creșterea temperaturii. Explicația fizică pentru această creștere este următoarea:

Se știe că temperatura gazului nu este legată de mișcarea oscilatorie a atomilor și moleculelor, ci depinde de energia cinetică E k a mișcării de translație a particulelor. Dar pe măsură ce temperatura crește, căldura furnizată gazului este din ce în ce mai redistribuită în favoarea mișcării oscilatorii, adică. creșterea temperaturii cu același aport de căldură încetinește pe măsură ce temperatura crește.

Dependența tipică a capacității termice de temperatură:

c=c 0 + at + bt 2 + dt 3 + … (82)

unde c 0 , a, b, d sunt coeficienți empirici.

c - Capacitatea de căldură reală, de ex. valoarea capacității termice pentru o anumită temperatură T.

Pentru capacitatea termică a curbei de optimizare a bitului, acesta este un polinom sub forma unei serii în puteri ale lui t.

Curba de potrivire se realizează folosind metode speciale, de exemplu, metoda celor mai mici pătrate. Esența acestei metode este că atunci când o folosești, toate punctele sunt aproximativ echidistante de curba de aproximare.

Pentru calculele de inginerie, de regulă, acestea sunt limitate la primii doi termeni din partea dreaptă, adică. se presupune că dependența capacității termice de temperatură este liniară c=c 0 + la (83)

Capacitatea medie de căldură este definită grafic ca linia de mijloc a trapezului umbrit, după cum știți, linia de mijloc a trapezului este definită ca jumătate din suma bazelor.

Formulele sunt aplicate dacă dependența empirică este cunoscută.

În cazurile în care dependența capacității termice de temperatură nu poate fi aproximată în mod satisfăcător de dependența c \u003d c 0 + at, se poate folosi următoarea formulă:

Această formulă este utilizată în cazurile în care dependența lui c pe t este esențial neliniară.

Din teoria cinetică moleculară a gazelor se știe

U  \u003d 12,56T, U  - energia internă a unui kilomol de gaz ideal.

Obținut anterior pentru un gaz ideal:

, ,

Din rezultatul obținut rezultă că capacitatea termică obținută cu ajutorul MCT nu depinde de temperatură.

Ecuația Mayer: c  p -c  v =R  ,

c  p \u003d c  v + R  \u003d 12,56 + 8,314 20,93.

Ca și în cazul precedent, conform MKT al gazelor, capacitatea de căldură izobară moleculară nu depinde de temperatură.

Conceptul de gaz ideal este cel mai în concordanță cu gazele monoatomice la presiuni scăzute; în practică, trebuie să se ocupe de 2, 3 ... gaze atomice. De exemplu, aerul, care în volum este format din 79% azot (N 2), 21% oxigen (O 2) (în calculele de inginerie, gazele inerte nu sunt luate în considerare din cauza micșorării conținutului lor).

Puteți utiliza următorul tabel pentru estimări:

monoatomic
diatomic
triatomic

În gazele reale, spre deosebire de ideal, capacitățile termice pot depinde nu numai de temperatură, ci și de volumul și presiunea sistemului.

Pe baza datelor experimentale, s-a stabilit că dependența capacității reale de căldură a gazelor reale de temperatură este curbilinie, așa cum se arată în Fig. 6.6 și poate fi exprimat ca o serie de puteri cu P = a +bt + dt 2 + ef 3 + .... (6.34)

unde a, 6, d,... coeficienți constanți, ale căror valori numerice depind de tipul de gaz și de natura procesului. În calculele termice, dependența neliniară a capacității termice de temperatură este adesea înlocuită cu una liniară.

În acest caz, capacitatea de căldură reală este determinată din

ecuații
(6.35)

Unde t - temperatura, °C;b= DC/ dt-unghiulara factorul pantei dreptei cu n = un +bt.

Pe baza (6.20), găsim formula pentru capacitatea medie de căldură atunci când aceasta se modifică liniar cu temperatura conform (6.35)

(6.36)

Dacă procesul de schimbare a temperaturii are loc în

interval O-t , atunci (6.36) ia forma
(6.37)

Capacitate termica
se numește capacitatea termică a mediei

Interval de temperatură
si capacitatea termica

- capacitate termica medie in intervalul 0- t.

Rezultatele calculelor reale și medii în intervalul de temperatură O-t capacități termice masice sau molare la

volumul și respectiv presiunea constantă, conform ecuațiilor (6.34) și (6.37) sunt date în literatura de referință. Sarcina principală de inginerie termică și rece este de a determina căldura implicată în proces. În conformitate cu raportul q = c n dT și cu o dependență neliniară a capacității reale de căldură de temperatură, cantitatea de căldură este determinată de zona elementară umbrită din diagrama cu coordonate cu n T(Fig. 6.6). Când temperatura se schimbă de la T 1 inainte de T 2 într-un proces final arbitrar, cantitatea de căldură de intrare sau de ieșire este determinată, conform (6.38), după cum urmează:

(6.38)

și se determină pe aceeași diagramă (Fig. 6.6) cu o suprafață de ​​12T 2 T 1 1. Înlocuind în (6.38) valoarea cu n \u003d f (T) pentru un gaz dat conform relației (6.34). ) și integrând, obținem o formulă de calcul pentru determinarea căldurii în intervalul dat de modificare a temperaturii gazului, care, totuși, rezultă din (6.16):

Cu toate acestea, deoarece în literatura de referință există doar capacitatea medie de căldură în intervalul de temperatură 0- t, atunci cantitatea de căldură din procesul 12 poate fi determinată nu numai prin formula anterioară, ci după cum urmează: Evident, raportul dintre capacitățile termice este mediu în intervalele de temperatură T 1 - T 2 și 0- t:

Cantitatea de căldură furnizată (eliminată) la m kg de fluid de lucru

Cantitatea de căldură furnizată gazului V m 3 este determinată de formula

Cantitatea de căldură furnizată (eliminată) la n moli de fluid de lucru este

6.10 Teoria molecular-cinetică a capacității termice

Teoria molecular-cinetică a capacității termice este foarte aproximativă, deoarece nu ia în considerare componentele vibraționale și potențiale ale energiei interne. Prin urmare, conform acestei teorii, problema este de a determina distribuția energiei termice furnizate substanței între formele translaționale și rotaționale ale energiei cinetice interne. Conform distribuției Maxwell-Boltzmann, dacă o anumită cantitate de energie este împărțită unui sistem cu un număr foarte mare de microparticule, atunci aceasta este distribuită

între mișcarea de translație și de rotație a microparticulelor este proporțională cu numărul lor de grade de libertate. Numărul de grade de libertate ale unei molecule de gaz (secțiunea 5.4) corespunde numărului de coordonate care determină poziția sa în spațiu.

O moleculă de gaz monoatomic are trei grade de libertate, deoarece poziția sa în spațiu este determinată de trei coordonate, iar pentru un gaz monoatomic aceste trei grade de libertate sunt gradele de libertate ale mișcării de translație.

Pentru un gaz diatomic, valorile celor trei coordonate ale unui atom nu determină încă poziția moleculei în spațiu, deoarece după determinarea poziției unui atom, trebuie luat în considerare faptul că al doilea atom are posibilitatea a mișcării de rotație. Pentru a determina poziția în spațiu a celui de-al doilea atom, este necesar să se cunoască două dintre coordonatele acestuia (Fig. 6.7), iar al treilea va fi determinat din ecuația cunoscută în geometria analitică.

Unde este distanța dintre atomi. Astfel, cu cunoscutul dintre cele șase coordonate, doar cinci trebuie cunoscute. În consecință, o moleculă de gaz biatomic are cinci grade de libertate, dintre care trei sunt de translație și două sunt de rotație.

O moleculă de gaz triatomic are șase grade de libertate - trei mișcări de translație și trei de rotație. Aceasta rezultă din faptul că pentru a determina poziția în spațiu, este necesar să se cunoască șase coordonate ale atomilor și anume: trei coordonate ale primului atom, două coordonate ale celui de-al doilea atom și o coordonată a celui de-al treilea. Atunci poziția atomilor în spațiu va fi complet determinată, deoarece distanțele dintre ei
- sunt setate.

Dacă luăm un gaz cu o atomicitate mai mare, adică 4-atomic sau mai mult, atunci și numărul de grade de libertate ale unui astfel de gaz va fi de asemenea șase, deoarece poziția celui de-al patrulea și a fiecărui atom ulterior va fi determinată de fixarea lui. distanta fata de alti atomi.

Conform teoriei cinetice moleculare a materiei, energia cinetică medie a mișcărilor de translație și rotație a fiecăreia dintre molecule este proporțională cu temperatura.

și, respectiv, egale și
este numărul de grade de libertate a mișcării de rotație). Prin urmare, energia cinetică a mișcărilor de translație și rotație a tuturor moleculelor va fi o funcție liniară a temperaturii.

J, (6,39)

J.

Ecuațiile (6.39) și (6.40) exprimă legea menționată de echipartiție a energiei în grade de libertate, conform căreia aceeași energie cinetică medie egală cu 1/2 (kT) cade pe fiecare grad de libertate al mișcărilor de translație și rotație ale moleculelor. .

Energia mișcării vibraționale a moleculelor este o funcție complexă de creștere a temperaturii și numai în unele cazuri la temperaturi ridicate poate fi exprimată aproximativ printr-o formulă similară cu (6.40). Teoria molecular-cinetică a capacității termice nu ține cont de mișcarea vibrațională a moleculelor.

Forțele de respingere și de atractivitate acționează între două molecule de gaz reale. Pentru un gaz ideal, nu există energie potențială de interacțiune între molecule. Având în vedere cele de mai sus, energia internă a unui gaz ideal este egală cu U=
. La fel de N= vnN A , apoi
Energia internă a unui mol dintr-un gaz ideal, cu condiția ca constanta universală a gazului să fie determinată de produsul a două constante:
= kN A , este definită după cum urmează:
,J/mol.

Diferențierea față de T și știind că du / dT = c r , obţinem capacitatea de căldură molară a unui gaz ideal la volum constant

Coeficient
numit raportul lui Poisson sau exponent adiabatic.

Pentru un gaz ideal, indicele adiabatic este o mărime care depinde numai de structura atomică a moleculelor de gaz, care este reflectată în tabel. 6.1. Valoarea simbolică a exponentului adiabatic poate fi obținută din ecuația Mayer cu p - c v = R prin urmatoarele transformari: kc v - c p = R, c v (k- l) - R, de unde la= 1 + R/ c v . Din egalitatea anterioară rezultă expresia capacității termice izocorice în termeni de exponent adiabatic cv = = R/(k- 1) și apoi capacitatea termică izobară: cu r. = kR/(k- 1).

Din ecuația lui Mayer cu R =
obținem o expresie pentru capacitatea de căldură molară a unui gaz ideal la presiune constantă
, J/(mol-K).

Pentru calcule aproximative la temperaturi nu foarte ridicate, când energia mișcării vibraționale a atomilor din molecule din cauza micimii sale poate fi ignorată, se pot folosi capacitățile de căldură molare obținute. cu v și cu p în funcţie de atomicitatea gazelor. Valorile capacităților termice sunt prezentate în tabel. 6.1.

Tabelul 6.1

Valorile capacităților termice în funcție de cinetica molecularăteoria gazelor

capacitate termică Atomicitatea gazului
	grindină aluniță		grindină aluniță
Gaz monoatomic Gaz diatomic Gaz triatomic sau mai mult atomic		12,5 20,8 29,1		20.8 29.1 37.4	1,67 1,40 1,28

Capacitatea termică este raportul dintre cantitatea de căldură transmisă sistemului și creșterea temperaturii observată în acest caz (în absența unei reacții chimice, trecerea unei substanțe de la o stare de agregare la alta și la A "= 0). )

Capacitatea termică este de obicei calculată la 1 g de masă, apoi se numește specific (J / g * K), sau la 1 mol (J / mol * K), apoi se numește molar.

Distinge medie si adevarata capacitate termică.

Mijloc capacitatea termică este capacitatea termică în domeniul de temperatură, adică raportul dintre căldura transmisă corpului și creșterea temperaturii acestuia cu ΔT

Adevărat Capacitatea termică a unui corp este raportul dintre o cantitate infinitezimală de căldură primită de corp și creșterea corespunzătoare a temperaturii acestuia.

Este ușor de stabilit o legătură între capacitatea termică medie și reală:

înlocuind valorile lui Q în expresia pentru capacitatea termică medie, avem:

Capacitatea termică adevărată depinde de natura substanței, de temperatură și de condițiile în care are loc transferul de căldură către sistem.

Deci, dacă sistemul este închis într-un volum constant, adică pt izocoric proces avem:

Dacă sistemul se extinde sau se contractă în timp ce presiunea rămâne constantă, de ex. pentru izobaric proces avem:

Dar ΔQ V = dU și, prin urmare, ΔQ P = dH

C V = (∂U/∂T) v și C P = (∂H/∂T) p

(dacă una sau mai multe variabile sunt menținute constante în timp ce altele se modifică, atunci se spune că derivatele sunt parțiale în raport cu variabila în schimbare).

Ambele rapoarte sunt valabile pentru orice substanță și orice stare de agregare. Pentru a arăta relația dintre C V și C P, este necesar să se diferențieze expresia pentru entalpia H \u003d U + pV /

Pentru un gaz ideal pV=nRT

pentru o alunita sau

Diferența R este munca expansiunii izobare a 1 mol de gaz ideal pe măsură ce temperatura crește cu o unitate.

Pentru lichide și solide, datorită unei mici modificări de volum atunci când sunt încălzite, С P = С V

Dependența efectului termic al unei reacții chimice de temperatură, ecuațiile lui Kirchhoff.

Folosind legea lui Hess, se poate calcula efectul termic al unei reacții la temperatura (de obicei 298K) la care sunt măsurate căldurile standard de formare sau ardere a tuturor participanților la reacție.

Dar mai des este necesar să se cunoască efectul termic al unei reacții la diferite temperaturi.

Luați în considerare reacția:

ν A A+ν B B= ν C С+ν D D

Să notăm cu H entalpia participantului la reacție la 1 mol. Modificarea totală a entalpiei ΔΗ (T) a reacției este exprimată prin ecuația:

ΔΗ \u003d (ν C H C + ν D H D) - (ν A H A + ν B H B); va, vb, vc, vd - coeficienți stoichiometrici. x.r.

Dacă reacția se desfășoară la presiune constantă, atunci modificarea entalpiei va fi egală cu efectul de căldură al reacției. Și dacă diferențiam această ecuație în funcție de temperatură, obținem:

Ecuații pentru procesele izobar și izocor

și

numit Ecuații Kirchhoff(în formă diferențială). Ei permit calitativ evaluați dependența efectului termic de temperatură.

Influența temperaturii asupra efectului termic este determinată de semnul valorii ΔС p (sau ΔС V)

La ∆С p > 0 valoare , adică cu creșterea temperaturii efectul termic crește

la ∆С p< 0 adică pe măsură ce temperatura crește, efectul termic scade.

la ∆С p = 0- efectul termic al reacţiei nu depinde de temperatura

Adică, după cum rezultă din aceasta, ΔС p determină semnul în fața lui ΔН.

Capacitatea de căldură este capacitatea de a absorbi o anumită cantitate de căldură în timpul încălzirii sau de a o degaja atunci când este răcită. Capacitatea termică a unui corp este raportul dintre o cantitate infinitezimală de căldură pe care o primește un corp și creșterea corespunzătoare a indicatorilor săi de temperatură. Valoarea este măsurată în J/K. În practică, se utilizează o valoare ușor diferită - capacitatea termică specifică.

Definiție

Ce înseamnă capacitatea termică specifică? Aceasta este o cantitate legată de o singură cantitate de substanță. În consecință, cantitatea unei substanțe poate fi măsurată în metri cubi, kilograme sau chiar în moli. De ce depinde? În fizică, capacitatea termică depinde direct de unitatea cantitativă la care se referă, ceea ce înseamnă că se disting între capacitatea termică molară, de masă și volumetrică. În industria construcțiilor, nu vă veți întâlni cu măsurători molare, ci cu alții - tot timpul.

Ce afectează capacitatea termică specifică?

Știți ce este capacitatea de căldură, dar ce valori afectează indicatorul nu este încă clar. Valoarea căldurii specifice este direct afectată de mai multe componente: temperatura substanței, presiunea și alte caracteristici termodinamice.

Pe măsură ce temperatura produsului crește, capacitatea sa de căldură specifică crește, totuși, anumite substanțe diferă într-o curbă complet neliniară în această dependență. De exemplu, cu o creștere a indicatorilor de temperatură de la zero la treizeci și șapte de grade, capacitatea termică specifică a apei începe să scadă, iar dacă limita este între treizeci și șapte și o sută de grade, atunci indicatorul, dimpotrivă, va crește.

Este demn de remarcat faptul că parametrul depinde și de modul în care caracteristicile termodinamice ale produsului (presiune, volum și așa mai departe) pot să se modifice. De exemplu, căldura specifică la o presiune stabilă și la un volum stabil va fi diferită.

Cum se calculează parametrul?

Te interesează care este capacitatea termică? Formula de calcul este următoarea: C \u003d Q / (m ΔT). Care sunt aceste valori? Q este cantitatea de căldură pe care o primește produsul atunci când este încălzit (sau eliberată de produs în timpul răcirii). m este masa produsului, iar ΔT este diferența dintre temperaturile finale și inițiale ale produsului. Mai jos este un tabel cu capacitatea termică a unor materiale.

Ce se poate spune despre calculul capacității termice?

Calcularea capacității termice nu este o sarcină ușoară, mai ales dacă se folosesc doar metode termodinamice, este imposibil să o faceți mai precis. Prin urmare, fizicienii folosesc metodele fizicii statistice sau cunoașterea microstructurii produselor. Cum se calculează pentru gaz? Capacitatea termică a unui gaz este calculată din calculul energiei medii a mișcării termice a moleculelor individuale dintr-o substanță. Mișcările moleculelor pot fi de tip translațional și rotațional, iar în interiorul unei molecule poate exista un întreg atom sau vibrație de atomi. Statistica clasică spune că pentru fiecare grad de libertate al mișcărilor de rotație și translație, există o valoare molară, care este egală cu R / 2, iar pentru fiecare grad de libertate de vibrație, valoarea este egală cu R. Această regulă se mai numește și legea echipartitiei.

În acest caz, o particulă dintr-un gaz monoatomic diferă doar cu trei grade de libertate de translație și, prin urmare, capacitatea sa de căldură ar trebui să fie egală cu 3R/2, ceea ce este în acord excelent cu experimentul. Fiecare moleculă de gaz biatomic are trei grade de translație, două de rotație și unul de vibrație, ceea ce înseamnă că legea echipartiției va fi 7R/2, iar experiența a arătat că capacitatea termică a unui mol de gaz biatomic la temperatura obișnuită este de 5R/ 2. De ce a existat o asemenea discrepanță în teorie? Totul se datorează faptului că la stabilirea capacității termice va fi necesar să se țină cont de diverse efecte cuantice, cu alte cuvinte, să se folosească statistica cuantică. După cum puteți vedea, capacitatea termică este un concept destul de complicat.

Mecanica cuantică spune că orice sistem de particule care oscilează sau se rotește, inclusiv o moleculă de gaz, poate avea anumite valori de energie discrete. Dacă energia mișcării termice din sistemul instalat este insuficientă pentru a excita oscilații cu frecvența necesară, atunci aceste oscilații nu contribuie la capacitatea termică a sistemului.

În solide, mișcarea termică a atomilor este o oscilație slabă în jurul anumitor poziții de echilibru, aceasta se aplică nodurilor rețelei cristaline. Un atom are trei grade de libertate de vibrație și, conform legii, capacitatea de căldură molară a unui corp solid este egală cu 3nR, unde n este numărul de atomi prezenți în moleculă. În practică, această valoare este limita la care tinde capacitatea termică a corpului la temperaturi ridicate. Valoarea este atinsă cu schimbări normale de temperatură în multe elemente, acest lucru se aplică metalelor, precum și compușilor simpli. Se determină și capacitatea termică a plumbului și a altor substanțe.

Ce se poate spune despre temperaturi scăzute?

Știm deja ce este capacitatea termică, dar dacă vorbim de temperaturi scăzute, cum se va calcula atunci valoarea? Dacă vorbim de indicatori de temperatură scăzută, atunci capacitatea de căldură a unui corp solid se dovedește a fi proporțională T 3 sau așa-numita lege a lui Debye a capacității termice. Principalul criteriu pentru a distinge temperaturile ridicate de cele scăzute este compararea obișnuită a acestora cu un parametru caracteristic unei anumite substanțe - aceasta poate fi caracteristica sau temperatura Debye q D . Valoarea prezentată este stabilită de spectrul de vibrații al atomilor din produs și depinde în mod semnificativ de structura cristalină.

În metale, electronii de conducție au o anumită contribuție la capacitatea termică. Această parte a capacității termice este calculată folosind statisticile Fermi-Dirac, care ia în considerare electronii. Capacitatea termică electronică a unui metal, care este proporțională cu capacitatea termică obișnuită, este o valoare relativ mică și contribuie la capacitatea termică a metalului doar la temperaturi apropiate de zero absolut. Apoi capacitatea de căldură a rețelei devine foarte mică și poate fi neglijată.

Capacitate termică de masă

Capacitatea termică specifică de masă este cantitatea de căldură care trebuie adusă la o unitate de masă a unei substanțe pentru a încălzi produsul pe unitate de temperatură. Această valoare este notă cu litera C și se măsoară în jouli împărțit la un kilogram pe kelvin - J / (kg K). Acesta este tot ceea ce privește capacitatea termică a masei.

Ce este capacitatea termică volumetrică?

Capacitatea termică volumetrică este o anumită cantitate de căldură care trebuie adusă la o unitate de volum de producție pentru a o încălzi pe unitate de temperatură. Acest indicator este măsurat în jouli împărțit la un metru cub pe kelvin sau J / (m³ K). În multe cărți de referință pentru clădiri, este luată în considerare capacitatea de căldură specifică masei în muncă.

Aplicarea practică a capacității termice în industria construcțiilor

Multe materiale cu căldură intensivă sunt utilizate în mod activ în construcția pereților rezistenți la căldură. Acest lucru este extrem de important pentru casele care se caracterizează prin încălzire periodică. De exemplu, cuptorul. Produsele cu căldură intensă și pereții construiți din acestea acumulează perfect căldura, o stochează în timpul perioadelor de încălzire și eliberează treptat căldură după ce sistemul este oprit, permițându-vă astfel să mențineți o temperatură acceptabilă pe tot parcursul zilei.

Deci, cu cât se depozitează mai multă căldură în structură, cu atât temperatura din încăperi va fi mai confortabilă și mai stabilă.

Trebuie remarcat faptul că cărămida și betonul obișnuit utilizate în construcția de locuințe au o capacitate termică semnificativ mai mică decât polistirenul expandat. Dacă luăm ecowool, atunci consumă de trei ori mai mult căldură decât betonul. Trebuie remarcat faptul că în formula de calcul a capacității termice, nu în zadar există masă. Datorită masei mari uriașe de beton sau cărămidă, în comparație cu ecowool, permite acumularea de cantități uriașe de căldură în pereții de piatră ai structurilor și netezirea tuturor fluctuațiilor zilnice de temperatură. Doar o masă mică de izolație în toate casele cu cadru, în ciuda capacității bune de căldură, este cea mai slabă zonă pentru toate tehnologiile de cadru. Pentru a rezolva această problemă, în toate casele sunt instalate acumulatoare de căldură impresionante. Ce este? Acestea sunt părți structurale care se caracterizează printr-o masă mare cu un indice de capacitate termică destul de bun.

Exemple de acumulatori de căldură în viață

Ce ar putea fi? De exemplu, niște pereți interiori de cărămidă, o sobă mare sau șemineu, șape de beton.

Mobilierul din orice casă sau apartament este un excelent acumulator de căldură, deoarece placajul, PAL și lemnul pot stoca de fapt căldură doar pe kilogram de greutate de trei ori mai mult decât faimoasa cărămidă.

Există dezavantaje în stocarea termică? Desigur, principalul dezavantaj al acestei abordări este că acumulatorul de căldură trebuie proiectat în etapa creării unui aspect al casei cu cadru. Acest lucru se datorează faptului că este foarte greu, iar acest lucru va trebui să fie luat în considerare la crearea fundației și apoi imaginați-vă cum va fi integrat acest obiect în interior. Merită spus că este necesar să se ia în considerare nu numai masa, va fi necesar să se evalueze ambele caracteristici în lucrare: masa și capacitatea termică. De exemplu, dacă folosiți aur cu o greutate incredibilă de douăzeci de tone pe metru cub ca depozit de căldură, atunci produsul va funcționa așa cum ar trebui cu doar douăzeci și trei la sută mai bine decât un cub de beton, care cântărește două tone și jumătate.

Care substanță este cea mai potrivită pentru stocarea căldurii?

Cel mai bun produs pentru un acumulator de căldură nu este deloc betonul și cărămida! Cuprul, bronzul și fierul fac o treabă bună în acest sens, dar sunt foarte grele. Destul de ciudat, dar cel mai bun acumulator de căldură este apa! Lichidul are o capacitate termică impresionantă, cea mai mare dintre substanțele pe care le avem la dispoziție. Doar gazele de heliu (5190 J / (kg K) și hidrogenul (14300 J / (kg K)) au o capacitate termică mai mare, dar sunt problematic de aplicat în practică. Dacă doriți și aveți nevoie, consultați tabelul capacității termice a substanțelor ai nevoie.