Varmekapacitetskoefficient for vand. Specifik varmekapacitet af vand, mængde af varme, varmekapacitet af byggematerialer, varmekapacitetsværdier

Specifik varme vand giver dig mulighed for at akkumulere og fastholde en betydelig mængde varme.

Specifik varmekapacitet af vand, dette er mængden af ​​varme, som vand kan akkumulere pr. vægtenhed.
Uden viden om vandets varmekapacitet og byggematerialer ikke muligt at bygge varmt hjem.
Varmekapacitet af vand og bygningskonstruktioner spiller en afgørende rolle i solvarme og lageropbevaring solvarme, i jord- og vandakkumulatorer.
Den specifikke varmekapacitet af forskellige faste stoffer skal tages i betragtning, når man bygger et varmt hus.
Standardværdier for specifik varmekapacitet brugt til at bygge et hus.
Hvordan man bestemmer vandets varmekapacitet, uden at kende vandets varmekapacitet, er det ikke muligt at beregne solvarmesystemer derhjemme, vandets varmekapacitet spiller en vigtig rolle i beslutningen om solenergivarmelagring.
Uden at kende vandets varmekapacitet er det ikke muligt at beregne et huss varmesystem, fordi det er den store vandets varmekapacitet giver os mulighed for at bruge det i varme- og kølesystemer.

Husets varmesystem, lejligheden kan være elektrisk, gas, fast brændsel, lukket system opvarmning med vand og damp har en højere specifik varme end vand.

De fleste private boligvarmesystemer beboelsesbygninger, damp eller vandopvarmning, hvor vandets varmekapacitet giver dig mulighed for at reducere omkostningerne til kølevæske.

Varmt vand og damp er et kølemiddel til opvarmning, dampdannelse af vand sker intensivt efter starten af ​​kogningen; jo højere damptryk, jo højere temperatur og varmekapacitet.

Specifik varmekapacitet for vand ved 4 °С, 4200 kJ/kg °C.
Gasvanddampopvarmning af et privat hus, vandgulv, hvor meget varme frigives under afkøling, hvis kølevæsken er varmt vand.
For at gøre dette skal vi kende varmeoverførselskoefficienten, den termiske ledningskoefficient for vand under drift, varmeoverførselskoefficienten i varmesystemer.
Privat husvandsopvarmning, vandets specifikke varmekapacitet er afgørende ved beregning af vand- og dampvarmesystemer.
Vand er en ideel varmeleder, det har en høj varmeoverførselskoefficient - termisk ledningsevne er ikke begrænset på grund af dets billighed.

Hvordan beregner og måler man vandets varmekapacitet, hvordan man bygger et hus, laver opvarmning uden at vide, hvad varmekapacitet er?
Når man bygger et hus, beregner varmesystemer, er hovedbetingelsen for boligkomfort den specifikke varmekapacitet af vand og luft.
Ved forskellige tætheder af vand kg m3 ændres varmekapaciteten og mængden af ​​potentiel energivarme.
Varme i vand overføres på grund af diffusion, vandets temperatur stiger, mængden af ​​varme stiger, vandtætheden falder, vand har en høj specifik varmekapacitet, det mest almindelige kølemiddel i varmesystemer.
Høj varmeledningsevne, varmeenergi overføres på grund af intern friktion og kollision af molekyler.
Luftens varmekapacitet er en størrelsesorden lavere end vands, men luftsystemer opvarmning har ikke mistet sin betydning.
Den indre energi af damp findes på grund af dens store varmekapacitet bred anvendelse, V national økonomi, modtager elektricitet.
Specifik varmekapacitet af forskellige faste stoffer, ved 20°C.

Navn	Crzh kJ/kg °C	Navn	Crzh kJ/kg°C
Asbestcementplader	0,96	Marmor	0,80
Basalt	0,84	Sandstensleer - kalkholdig	0,96
Beton	1,00	Keramisk sandsten	0,75-0,84
Mineralske fibre	0,84	Sandsten rød	0,71
Gips	1,09	Glas	0,75-0,82
Ler	0,88	Tørv	1,67...2,09
Granitplader	0,75	Cement	0,80
Sandjord	1.1...3.2	Støbejern	0,55
Egetræ	2,40	Skifer	0,75
Grantræ	2,70	Knust sten	0,75...1,00
Fiberplader	2,30	Våd jord

Specifik varmekapacitet af vand ved forskellige temperaturer.

hvor срж = 4,1877 kJ / (kg⋅K) er vandets isobariske varmekapacitet.
Opvarm 1 liter vand med 1 grad" = 1 kcal.
1 kW/h = 865 kcal, denne energi er nok til at opvarme 865 liter vand med 1 grad eller 8,65 liter til 100°C. \
Afrundet værdi 1 kWh = 3600 kJ ~ 860 kcal = 860000 cal.
1 kcal ~ 4187 J = 4,187 kJ ~ 0,001163 kWh.
For at opvarme vand med 1°C. 5000 liter *1 Kcal/ 865 Kcal = 0,578 kW/h * hvis ved 60 °C = 290 kW/h.
Mængden af ​​varme måles i kalorier.
En kalorie er den mængde varme, der bruges til at opvarme et gram vand med en °C. på atmosfærisk tryk(101325 Pa). Overalt skriver de i Kelvin, og man kan sige det samme.
Men jeg vil kun sige, at en ændring på én grad Celsius vil føre til en forskel på én grads Kelvin.
Forskellen mellem Kelvin og Celsius er kun en skiftforskel på 273,15 enheder. Det vil sige °C = Kelvin-273,15.
1 kalorie = 4,1868 J.
1 Joule = 0,2388 kalorier.
Sådan konverteres måleenheder.
1 kalorie = 4,1868 J.
1 Joule = 0,2388 kalorier.
Sådan konverteres alt dette til watt-time.
1 kalorie = 0,001163 Wh
1 kcal = 1,163 Wh

Per definition er en kalorie mængden af ​​varme, der kræves for at opvarme en kubikcentimeter vand med 1 grad Celsius. Gcal, der bruges til at måle termisk energi i termisk energiteknik og forsyningsselskaber, er en milliard kalorier. Der er 100 centimeter i 1 meter, derfor i én kubikmeter- 100 x 100 x 100 = 1000000 CM3. For at opvarme M3 vand med 1 grad vil det således tage 1.000.000 kalorier eller 0,001 Gcal.
Ved vandtemperatur T1 = 5°C - hvis opvarmet til T2 = 50°C. For at opvarme M3 (1000 kg) vand, betragter vi Q energi = C varmekapacitet af vand * T1-T2 temperaturforskel * 1000 kg, vi har 4.183 kJ/(kg.K) * 45 ° C * 1000 kg = 188235 kJ. (188,235 MJ), i kWh = 188235/3600 = 52,2875 kWh
Det vil sige, at for at opvarme 1 m3 vand fra 5°C til 50°C skal du bruge omkring 6 m3 gas.

Mængden af ​​varme, der kræves for at øge temperaturen fra Tn til Tk af et legeme med massen m, kan beregnes ved hjælp af følgende formel: Q = C x (Tn - Tk) x m, kJ
hvor m er kropsvægt, kg; C - specifik varmekapacitet, kJ/(kg*K)

Nogle stoffers specifikke varmekapacitet måler temperaturen i Kelvin (K). Tabel I: Standardspecifikke varmekapacitetsværdier
Specifik varmekapacitet er angivet her ved hjælp af enheder	Fysisk tilstand	Bestemt varmekapacitet kJ/(kg K)
luft (tør)	gas	1,005
aluminium	solid	0,930
messing	solid	0,377
kobber	solid	0,385
stål	solid	0,500
jern	solid	0,444
støbejern	solid	0,540
kvarts glas	solid	0,703
vand 373K (100 °C)	gas	2,020
vand	flydende	4,183

Specifik varmekapacitet for vand, specifik varmekapacitet for forskellige faste stoffer, standardspecifikke varmekapacitetsværdier

I denne korte artikel vil vi kort overveje en af ​​de vigtigste egenskaber ved vand for vores planet, dens Varmekapacitet.

Specifik varmekapacitet af vand

Lad os lave en kort fortolkning af dette udtryk:

Varmekapacitet et stof er dets evne til at akkumulere varme. Denne værdi måles ved mængden af ​​varme, der absorberes af den, når den opvarmes med 1°C. For eksempel er vandets varmekapacitet 1 cal/g eller 4,2 J/g, og jordens varmekapacitet ved 14,5-15,5°C (afhængigt af jordtype) varierer fra 0,5 til 0,6 cal (2,1-2,5) J) pr. volumenenhed og fra 0,2 til 0,5 cal (eller 0,8-2,1 J) pr. masseenhed (gram).

Vandets varmekapacitet har en betydelig indflydelse på mange aspekter af vores liv, men i dette materiale vil vi fokusere på dets rolle i dannelsen temperatur regime af vores planet, nemlig...

Vandets varmekapacitet og Jordens klima

Varmekapacitet vand i sin absolutte værdi er ret stor. Fra ovenstående definition ser vi, at det væsentligt overstiger varmekapaciteten i jorden på vores planet. På grund af denne forskel i varmekapacitet opvarmes jorden, sammenlignet med vandet i verdenshavene, meget hurtigere og afkøles derfor hurtigere. Takket være de mere inerte oceaner er udsvingene i Jordens daglige og sæsonbestemte temperaturer ikke så store, som de ville være i fravær af oceaner og have. Det vil sige, at i den kolde årstid opvarmer vand Jorden, og i den varme årstid afkøles det. Naturligvis er denne påvirkning mest mærkbar i kystområder, men globalt set påvirker den hele planeten.

Naturligvis er udsving i dags- og sæsontemperaturer påvirket af mange faktorer, men vand er en af ​​de vigtigste.

En stigning i amplituden af ​​udsving i daglige og sæsonbestemte temperaturer ville radikalt ændre verden omkring os.

For eksempel har alle det godt kendt faktum— sten mister sin styrke og bliver skør ved skarpe temperaturudsving. Det er klart, at vi selv ville være "noget" anderledes. Som minimum ville de fysiske parametre for vores krop være anderledes.

Unormale egenskaber ved vandets varmekapacitet

Vandets varmekapacitet har unormale egenskaber. Det viser sig, at når temperaturen af ​​vand stiger, falder denne dynamik op til 37°C med en yderligere stigning i temperaturen, begynder varmekapaciteten at stige.

Dette faktum indeholder et interessant udsagn. Relativt set var det naturen selv, der i vands skikkelse bestemte 37°C som det mest behagelig temperatur for den menneskelige krop, naturligvis forudsat at alle andre faktorer er opfyldt. Til enhver temperaturændringsdynamik miljø Vandtemperaturen har en tendens til at være 37°C.

Tabellen viser termofysiske egenskaber vanddamp på mætningslinjen afhængig af temperatur. Egenskaberne for damp er angivet i tabellen i temperaturområdet fra 0,01 til 370°C.

Hver temperatur svarer til det tryk, ved hvilket vanddamp er i en tilstand af mætning. For eksempel, ved en vanddamptemperatur på 200°C vil dets tryk være 1,555 MPa eller omkring 15,3 atm.

Den specifikke varmekapacitet af damp, termisk ledningsevne og damp stiger, når temperaturen stiger. Densiteten af ​​vanddamp stiger også. Vanddamp bliver varm, tung og tyktflydende, med en høj specifik varmekapacitet, hvilket har en positiv effekt på valget af damp som kølemiddel i nogle typer varmevekslere.

For eksempel, ifølge tabellen, den specifikke varmekapacitet af vanddamp C p ved en temperatur på 20°C er den 1877 J/(kg grader), og når den opvarmes til 370°C, øges dampens varmekapacitet til en værdi på 56520 J/(kg grader).

Tabellen viser følgende termofysiske egenskaber af vanddamp på mætningslinjen:

• damptryk ved specificeret temperatur p·10-5, Pa;
• damptæthed ρ″ kg/m3;
• specifik (masse)entalpi h″, kJ/kg;
• r, kJ/kg;
• specifik varmekapacitet af damp C p, kJ/(kg grader);
• varmeledningskoefficient λ·10 2, W/(m grader);
• termisk diffusivitetskoefficient a·10 6 m2/s;
• dynamisk viskositet μ·10 6, Pa·s;
• kinematisk viskositet ν·10 6 m2/s;
• Prandtl nummer Pr.

Den specifikke fordampningsvarme, entalpi, termisk diffusivitet og kinematisk viskositet af vanddamp falder med stigende temperatur. Dampens dynamiske viskositet og Prandtl-tal øges.

Vær forsigtig! Termisk ledningsevne i tabellen er angivet til styrken 10 2. Glem ikke at dividere med 100! For eksempel er den termiske ledningsevne af damp ved en temperatur på 100°C 0,02372 W/(m deg).

Termisk ledningsevne af vanddamp ved forskellige temperaturer og tryk

Tabellen viser de termiske ledningsevneværdier for vand og vanddamp ved temperaturer fra 0 til 700°C og tryk fra 0,1 til 500 atm. Termisk ledningsevne dimension W/(m deg).

Linjen under værdierne i tabellen betyder faseovergangen af ​​vand til damp, det vil sige, at tallene under linjen refererer til damp, og dem over den refererer til vand. Ifølge tabellen kan det ses, at værdien af ​​koefficienten og vanddampen stiger, når trykket stiger.

Bemærk: termisk ledningsevne i tabellen er angivet i potenser 10 3. Glem ikke at dividere med 1000!

Termisk ledningsevne af vanddamp ved høje temperaturer

Tabellen viser de termiske ledningsevneværdier for dissocieret vanddamp i dimensionen W/(m deg) ved temperaturer fra 1400 til 6000 K og tryk fra 0,1 til 100 atm.

Ifølge tabellen stiger den termiske ledningsevne af vanddamp ved høje temperaturer mærkbart i området 3000...5000 K. Kl. høje værdier tryk, opnås den maksimale varmeledningskoefficient ved højere temperaturer.

Vær forsigtig! Termisk ledningsevne i tabellen er angivet til styrken 10 3. Glem ikke at dividere med 1000!

I dag vil vi tale om, hvad varmekapacitet er (inklusive vand), hvilke typer det kommer i, og hvor dette fysiske udtryk bruges. Vi vil også vise, hvor nyttig værdien af ​​denne værdi er for vand og damp, hvorfor du skal vide det, og hvordan det påvirker vores dagligdag.

Begrebet varmekapacitet

Denne fysisk mængde det bruges så ofte i omverdenen og videnskaben, at vi først og fremmest skal tale om det. Den allerførste definition vil kræve, at læseren har en vis beredskab, i det mindste i differentialer. Så et legemes varmekapacitet er defineret i fysik som forholdet mellem stigninger af en uendelig lille mængde varme til den tilsvarende uendelige mængde temperatur.

Mængden af ​​varme

Næsten alle forstår, hvad temperatur er, på den ene eller den anden måde. Lad os huske på, at "mængden af ​​varme" ikke bare er en sætning, men et udtryk, der betegner den energi, som en krop taber eller vinder i bytte med miljøet. Denne værdi måles i kalorier. Denne enhed er velkendt for alle kvinder, der er på diæt. Kære damer, nu ved I, hvad I forbrænder på løbebåndet, og hvad hvert stykke mad, I spiser (eller efterlader på tallerkenen), er værd. Således oplever enhver krop, hvis temperatur ændres, en stigning eller et fald i mængden af ​​varme. Forholdet mellem disse mængder er varmekapaciteten.

Anvendelse af varmekapacitet

En streng definition af det fysiske begreb, vi overvejer, bruges dog sjældent alene. Vi sagde ovenfor, at det meget ofte bruges i hverdagen. Dem, der ikke kunne lide fysik i skolen, er sandsynligvis forvirrede nu. Og vi vil løfte sløret af hemmeligholdelse og fortælle dig, at varmt (og endda koldt) vand i hanen og i varmerør kun vises takket være varmekapacitetsberegninger.

Vejrforhold, som afgør, om svømmesæsonen allerede kan åbnes, eller om det er værd at blive ved kysten indtil videre, tager også højde for denne værdi. Enhver enhed forbundet med opvarmning eller køling ( oliekøler, køleskab), er alle energiomkostninger ved tilberedning af mad (for eksempel på en cafe) eller street softice påvirket af disse beregninger. Hvordan kan man forstå vi taler om omkring en sådan mængde som vandets varmekapacitet. Det ville være tåbeligt at antage, at dette gøres af sælgere og almindelige forbrugere, men ingeniører, designere og producenter tog alt i betragtning og satte de passende parametre ind i husholdningsapparater. Imidlertid bruges varmekapacitetsberegninger meget mere udbredt: i hydrauliske turbiner og cementproduktion, i test af legeringer til fly eller jernbaner, i byggeri, smeltning og køling. Selv udforskning af rummet er afhængig af formler, der indeholder denne værdi.

Typer af varmekapacitet

Altså i alt praktiske anvendelser bruge relativ eller specifik varmekapacitet. Det er defineret som mængden af ​​varme (bemærk, ingen uendelige værdier), der kræves for at opvarme en enhedsmængde af et stof med én grad. Graderne på Kelvin- og Celsius-skalaerne er de samme, men i fysik er det sædvanligt at kalde denne værdi i de første enheder. Afhængigt af hvordan mængden af ​​et stof udtrykkes, skelnes der mellem masse, volumen og molær specifik varmekapacitet. Husk på, at et mol er en mængde stof, der indeholder cirka seks til ti til treogtyvende potensmolekyler. Afhængig af opgaven bruges den tilsvarende varmekapacitet i fysik. Massevarmekapacitet er betegnet som C og er udtrykt i J/kg*K, volumetrisk varmekapacitet er C` (J/m 3 *K), molær varmekapacitet er C μ (J/mol*K).

Ideel gas

Hvis problemet med en ideel gas bliver løst, så er udtrykket for det anderledes. Lad os minde dig om, at i dette stof, som ikke eksisterer i virkeligheden, interagerer atomerne (eller molekylerne) ikke med hinanden. Denne kvalitet ændrer radikalt enhver egenskab af en ideel gas. Derfor vil traditionelle tilgange til beregninger ikke give det ønskede resultat. En ideel gas er nødvendig som en model til at beskrive elektroner i et metal, for eksempel. Dens varmekapacitet er defineret som antallet af frihedsgrader for de partikler, den er sammensat af.

Fysisk tilstand

Det ser ud til, at alt er for stoffet fysiske egenskaber er ens under alle forhold. Men det er ikke sandt. Når du flytter til en anden fysisk tilstand(under smeltning og frysning af is, under fordampning eller størkning af smeltet aluminium), ændres denne værdi brat. Således er varmekapaciteten af ​​vand og vanddamp forskellig. Som vi vil se nedenfor, betydeligt. Denne forskel påvirker i høj grad brugen af ​​både de flydende og gasformige komponenter af dette stof.

Opvarmning og varmekapacitet

Som læseren allerede har bemærket, optræder vandets varmekapacitet oftest i den virkelige verden. Hun er kilden til livet, uden hende er vores eksistens umulig. En person har brug for det. Derfor har opgaven med at levere vand til boliger og industrier eller marker altid været en udfordring fra oldtiden til nutiden. Godt for de lande, der har hele året rundt positiv temperatur. De gamle romere byggede akvædukter for at forsyne deres byer med denne værdifulde ressource. Men hvor der er vinter, ville denne metode ikke være egnet. Is har som bekendt et større specifikt volumen end vand. Det betyder, at når det fryser i rør, ødelægger det dem på grund af ekspansion. Altså før ingeniørerne centralvarme og levering varmt og koldt vand Udfordringen derhjemme er, hvordan man undgår dette.

Vandets varmekapacitet, under hensyntagen til længden af ​​rørene, vil give den nødvendige temperatur, som kedlerne skal opvarmes til. Vores vintre kan dog være meget kolde. Og ved hundrede grader Celsius sker der allerede kogning. I denne situation kommer den specifikke varmekapacitet af vanddamp til undsætning. Som nævnt ovenfor ændrer aggregeringstilstanden denne værdi. Nå, de kedler, der bringer varme til vores hjem, indeholder stærkt overophedet damp. Fordi det har en høj temperatur, skaber det et utroligt tryk, så kedlerne og rørene der fører til dem skal være meget holdbare. I i dette tilfælde selv et lille hul, en meget lille lækage kan føre til en eksplosion. Vandets varmekapacitet afhænger af temperaturen og ikke-lineært. Det vil sige, at opvarmning af det fra tyve til tredive grader vil kræve en anden mængde energi end for eksempel fra hundrede og halvtreds til hundrede og tres.

For alle handlinger, der involverer opvarmning af vand, bør dette tages i betragtning, især hvis vi taler om store mængder. Dampens varmekapacitet afhænger ligesom mange af dens egenskaber af tryk. Ved samme temperatur som den flydende tilstand har den gasformige tilstand næsten fire gange mindre varmekapacitet.

Ovenfor har vi givet mange eksempler på, hvorfor det er nødvendigt at opvarme vand, og hvordan det er nødvendigt at tage højde for størrelsen af ​​varmekapaciteten. Vi har dog endnu ikke fortalt dig, at blandt alle de tilgængelige ressourcer på planeten har denne væske et ret højt energiforbrug til opvarmning. Denne egenskab bruges ofte til afkøling.

Da vandets varmekapacitet er høj, vil det effektivt og hurtigt absorbere overskydende energi. Dette bruges i produktionen, i højteknologisk udstyr (for eksempel i lasere). Og herhjemme ved vi nok det mest effektiv måde kølige hårdkogte æg eller en varm stegepande - skyl under kold rindende hane.

Og driftsprincippet for atomare atomreaktorer er generelt baseret på vandets høje varmekapacitet. Hot Zone, som navnet antyder, har utroligt høj temperatur. Ved at opvarme sig selv afkøler vandet systemet, hvilket forhindrer reaktionen i at komme ud af kontrol. Således modtager vi den nødvendige elektricitet (opvarmet damp roterer turbinerne), og der sker ingen katastrofe.

Entalpi er en egenskab ved et stof, der angiver mængden af ​​energi, der kan omdannes til varme.

Entalpi er en termodynamisk egenskab ved et stof, der angiver energiniveau, bevaret i sin molekylære struktur. Det betyder, at selvom et stof kan have energi baseret på , kan ikke alt det omdannes til varme. Del indre energi forbliver altid i substansen og bevarer sin molekylære struktur. Noget af stoffet er utilgængeligt, når dets temperatur nærmer sig den omgivende temperatur. Derfor, entalpi er den mængde energi, der er tilgængelig til at blive omdannet til varme ved en bestemt temperatur og tryk. Entalpi enheder- Britisk termisk enhed eller joule for energi og Btu/lbm eller J/kg for specifik energi.

Entalpi mængde

Mængde materiens entalpi baseret på dens givne temperatur. Denne temperatur- det er den værdi, der er valgt af forskere og ingeniører som grundlag for beregninger. Det er den temperatur, hvor et stofs entalpi er nul J. Stoffet har med andre ord ingen tilgængelig energi, der kan omdannes til varme. Denne temperatur er forskellig for forskellige stoffer. For eksempel er denne vandtemperatur det tredobbelte punkt (0 °C), nitrogen er -150 °C, og kølemidler baseret på metan og ethan er -40 °C.

Hvis temperaturen af ​​et stof er højere end dets givne temperatur eller skifter tilstand til gasform ved en given temperatur, udtrykkes entalpi som et positivt tal. Omvendt, ved en temperatur under denne, udtrykkes et stofs entalpi som et negativt tal. Entalpi bruges i beregninger til at bestemme forskellen i energiniveauer mellem to tilstande. Dette er nødvendigt for at konfigurere udstyret og bestemme nyttig handling behandle.

Entalpi ofte defineret som materiens samlede energi, da den er lig med summen af ​​dens indre energi (u) in denne tilstand sammen med hans evne til at få arbejdet gjort (pv). Men i virkeligheden angiver entalpi ikke den samlede energi af et stof ved en given temperatur over absolut nul(-273°C). Derfor i stedet for at definere entalpi som den samlede varme af et stof, er det mere præcist defineret som den samlede mængde af tilgængelig energi af et stof, der kan omdannes til varme.
H = U + pV