Tabella della capacità termica del vapore acqueo a diverse temperature. Capacità termica dell'acqua e del vapore. Definizione e applicazione

L'acqua è una delle sostanze più sorprendenti. Nonostante il suo uso diffuso e diffuso, è un vero mistero della natura. Essendo uno dei composti dell'ossigeno, l'acqua, sembrerebbe, dovrebbe avere caratteristiche molto basse come congelamento, calore di vaporizzazione, ecc. Ma ciò non accade. La capacità termica della sola acqua è, nonostante tutto, estremamente elevata.

L'acqua può assorbire quantità enorme calore, pur non riscaldandosi praticamente: questo è il suo caratteristica fisica. l'acqua è circa cinque volte superiore alla capacità termica della sabbia e dieci volte superiore a quella del ferro. Pertanto, l'acqua è un refrigerante naturale. La sua capacità di accumularsi gran numero l'energia consente di attenuare le fluttuazioni di temperatura sulla superficie terrestre e di regolare il regime termico in tutto il pianeta, e ciò avviene indipendentemente dal periodo dell'anno.

Questo proprietà unica l'acqua ne consente l'utilizzo come refrigerante nell'industria e in casa. Inoltre, l’acqua è una materia prima ampiamente disponibile e relativamente economica.

Cosa si intende per capacità termica? Come è noto dal corso di termodinamica, il trasferimento di calore avviene sempre da un corpo caldo a uno freddo. Allo stesso tempo stiamo parlando riguardo al trasferimento di una certa quantità di calore, e la temperatura di entrambi i corpi, essendo una caratteristica del loro stato, mostra la direzione di questo scambio. Nel processo di un corpo metallico con acqua di uguale massa alle stesse temperature iniziali, il metallo cambia la sua temperatura molte volte di più dell'acqua.

Se prendiamo come postulato l'affermazione fondamentale della termodinamica: da due corpi (isolati dagli altri), durante lo scambio di calore uno cede e l'altro riceve pari importo calore, diventa chiaro che il metallo e l'acqua hanno capacità termiche completamente diverse.

Pertanto, la capacità termica dell'acqua (così come di qualsiasi sostanza) è un indicatore che caratterizza la capacità di una data sostanza di dare (o ricevere) qualcosa durante il raffreddamento (riscaldamento) per unità di temperatura.

La capacità termica specifica di una sostanza è la quantità di calore necessaria per riscaldare un'unità di questa sostanza (1 chilogrammo) di 1 grado.

La quantità di calore rilasciata o assorbita da un corpo è pari al prodotto della capacità termica specifica, della massa e della differenza di temperatura. Si misura in calorie. Una caloria è esattamente la quantità di calore sufficiente per riscaldare 1 grammo di acqua di 1 grado. Per confronto: calore specifico aria - 0,24 cal/g ∙°С, alluminio - 0,22, ferro - 0,11, mercurio - 0,03.

La capacità termica dell'acqua non è costante. All'aumentare della temperatura da 0 a 40 gradi diminuisce leggermente (da 1,0074 a 0,9980), mentre per tutte le altre sostanze questa caratteristica aumenta durante il processo di riscaldamento. Inoltre, può diminuire con l'aumentare della pressione (in profondità).

Come sapete, l'acqua ha tre stati di aggregazione: liquido, solido (ghiaccio) e gassoso (vapore). Allo stesso tempo, la capacità termica specifica del ghiaccio è circa 2 volte inferiore a quella dell'acqua. Questa è la principale differenza tra l'acqua e altre sostanze, i cui valori termici specifici non cambiano nello stato solido e fuso. Qual è il segreto?

Il fatto è che il ghiaccio ha una struttura cristallina che non collassa immediatamente quando viene riscaldata. L'acqua contiene piccole particelle di ghiaccio costituite da diverse molecole chiamate associati. Quando l'acqua viene riscaldata, parte di essa viene spesa per distruggere i legami idrogeno in queste formazioni. Ciò spiega la capacità termica insolitamente elevata dell'acqua. I legami tra le sue molecole vengono completamente distrutti solo quando l'acqua si trasforma in vapore.

Il calore specifico alla temperatura di 100° C non è quasi diverso da quello del ghiaccio a 0° C. Ciò conferma ancora una volta la correttezza di questa spiegazione. La capacità termica del vapore, come quella del ghiaccio, è attualmente studiata molto meglio dell'acqua, sulla quale gli scienziati non hanno ancora raggiunto un consenso.

Calore specifico l'acqua consente di accumulare e trattenere una notevole quantità di calore.

Capacità termica specifica dell'acqua, questa è la quantità di calore che l'acqua può accumulare per unità di peso.
Senza conoscenza della capacità termica dell'acqua e materiali da costruzione non è possibile costruire casa calda.
Capacità termica dell'acqua e strutture edilizie svolge un ruolo decisivo nel riscaldamento solare e nello stoccaggio calore solare, negli accumulatori sotterranei e idrici.
Quando si costruisce una casa calda è necessario tenere conto della capacità termica specifica dei vari solidi.
Valori standard della capacità termica specifica utilizzati nella costruzione di una casa.
Come determinare la capacità termica dell'acqua, senza conoscere la capacità termica dell'acqua, non è possibile calcolare i sistemi di riscaldamento solare in casa, la capacità termica dell'acqua gioca un ruolo importante nella decisione sull'accumulo di calore dell'energia solare.
Senza conoscere la capacità termica dell'acqua, non è possibile calcolare l'impianto di riscaldamento di una casa, perché è di grandi dimensioni capacità termica dell'acqua ci permette di utilizzarlo negli impianti di riscaldamento e raffrescamento.

L'impianto di riscaldamento della casa, dell'appartamento può essere elettrico, gas, combustibile solido, sistema chiuso il riscaldamento con acqua e vapore ha un calore specifico maggiore dell'acqua.

La maggior parte dei sistemi di riscaldamento domestico privato edifici residenziali, vapore o riscaldamento dell'acqua, dove la capacità termica dell'acqua consente di ridurre i costi del refrigerante.

L'acqua calda e il vapore sono un refrigerante per il riscaldamento; la formazione di vapore d'acqua avviene intensamente dopo l'inizio dell'ebollizione; maggiore è la pressione del vapore, maggiore è la temperatura e la capacità termica.

Capacità termica specifica dell'acqua a 4 °С, 4200 kJ/kg°C.
Riscaldamento a vapore d'acqua a gas di una casa privata, pavimento ad acqua, quanto calore verrà rilasciato durante il raffreddamento se il liquido di raffreddamento è acqua calda.
Per fare ciò è necessario conoscere il coefficiente di scambio termico, il coefficiente di conducibilità termica dell'acqua durante il funzionamento, il coefficiente di scambio termico negli impianti di riscaldamento.
Riscaldamento dell'acqua nelle case private, la capacità termica specifica dell'acqua è fondamentale nel calcolo dei sistemi di riscaldamento ad acqua e a vapore.
L'acqua è un conduttore di calore ideale; ha un elevato coefficiente di trasferimento del calore - conduttività termica non è limitata a causa della sua economicità;

Come calcolare e misurare la capacità termica dell'acqua, come costruire una casa, effettuare il riscaldamento senza sapere quale sia la capacità termica?
Quando si costruisce una casa, si calcolano gli impianti di riscaldamento, la condizione principale per il comfort abitativo è la capacità termica specifica dell'acqua e dell'aria.
Con diverse densità di acqua kg m3, la capacità termica e la quantità di energia potenziale termica cambiano.
Il calore nell'acqua viene trasferito per diffusione, la temperatura dell'acqua aumenta, la quantità di calore aumenta, la densità dell'acqua diminuisce, l'acqua ha un'elevata capacità termica specifica, il refrigerante più comune negli impianti di riscaldamento.
Elevata conduttività termica, l'energia termica viene trasferita a causa dell'attrito interno e della collisione delle molecole.
La capacità termica dell'aria è un ordine di grandezza inferiore a quella dell'acqua, ma sistemi aerei il riscaldamento non ha perso la sua importanza.
Si trova l'energia interna del vapore, dovuta alla sua grande capacità termica ampia applicazione, V economia nazionale, ricevendo elettricità.
Calore specifico di vari solidi, a 20°C.

Nome	Crzh kJ/kg°C	Nome	Crzh kJ/kg°C
Lastre di cemento-amianto	0,96	Marmo	0,80
Basalto	0,84	Argilla arenaria - calcarea	0,96
Calcestruzzo	1,00	Arenaria ceramica	0,75-0,84
Fibre minerali	0,84	Rosso arenaria	0,71
Gesso	1,09	Bicchiere	0,75-0,82
Argilla	0,88	Torba	1,67...2,09
Lastre di granito	0,75	Cemento	0,80
Terreno sabbioso	1.1...3.2	Ghisa	0,55
Legno di quercia	2,40	Ardesia	0,75
Legno di abete	2,70	Pietra frantumata	0,75...1,00
Pannelli in fibra di legno	2,30	Terreno umido

Capacità termica specifica dell'acqua a temperature diverse.

dove срж = 4,1877 kJ / (kg⋅K) è la capacità termica isobarica dell'acqua.
Riscaldare 1 litro d'acqua di 1 grado" = 1 kcal.
1 kW/h = 865 kcal, questa energia è sufficiente per riscaldare 865 litri d'acqua di 1 grado o 8,65 litri a 100°C. \
Valore arrotondato 1 kWh = 3600 kJ ~ 860 kcal = 860000 cal.
1 kcal ~ 4187 J = 4,187 kJ ~ 0,001163 kWh.
Per riscaldare l'acqua di 1°C. 5000 litri *1 Kcal/ 865 Kcal = 0,578 kW/h * se a 60 °C = 290 kW/h.
La quantità di calore si misura in calorie.
Una caloria è la quantità di calore spesa per riscaldare un grammo di acqua di un °C. A pressione atmosferica(101325Pa). Ovunque scrivono in Kelvin e tu puoi dire lo stesso.
Ma dirò solo che una variazione di un grado Celsius porterà ad una differenza di un grado Kelvin.
La differenza tra Kelvin e Celsius è solo una differenza di spostamento di 273,15 unità. Cioè °C = Kelvin-273,15.
1 caloria = 4,1868 J.
1 Joule = 0,2388 calorie.
Come convertire le unità di misura.
1 caloria = 4,1868 J.
1 Joule = 0,2388 calorie.
Come convertire tutto questo in Wattora.
1 caloria = 0,001163 Wh
1 kcal = 1.163 Wh

Per definizione, una caloria è la quantità di calore necessaria per riscaldare un centimetro cubo di acqua di 1 grado Celsius. Gcal, utilizzato per misurare l'energia termica nell'ingegneria dell'energia termica e nei servizi pubblici, equivale a un miliardo di calorie. In 1 metro ci sono 100 centimetri, quindi in uno metro cubo- 100 x 100 x 100 = 1000000 CM3. Pertanto, per riscaldare M3 di acqua di 1 grado, saranno necessarie 1.000.000 di calorie o 0,001 Gcal.
Alla temperatura dell'acqua T1 = 5°C - se riscaldata a T2 = 50°C. Per riscaldare M3 (1000 kg) di acqua, consideriamo Q energia = C capacità termica dell'acqua * differenza di temperatura T1-T2 * 1000 kg, abbiamo 4.183 kJ/(kg.K) * 45 °C * 1000 kg = 188235 kJ. (188,235 MJ), in kWh = 188235/3600 = 52,2875 kWh
Cioè per riscaldare 1 m3 di acqua da 5°C a 50°C sono necessari circa 6 m3 di gas.

La quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura da Tn a Tk di un corpo di massa m può essere calcolata utilizzando la seguente formula: Q = C x (Tn - Tk) x m, kJ
dove m è il peso corporeo, kg; C - capacità termica specifica, kJ/(kg*K)

La capacità termica specifica di alcune sostanze misura la temperatura in Kelvin (K). Tabella I: Valori di capacità termica specifica standard
La capacità termica specifica è qui fornita utilizzando le unità	Stato fisico	Specifico capacità termica kJ/(kg·K)
aria (secca)	gas	1,005
alluminio	solido	0,930
ottone	solido	0,377
rame	solido	0,385
acciaio	solido	0,500
ferro	solido	0,444
ghisa	solido	0,540
vetro al quarzo	solido	0,703
acqua 373K (100 °C)	gas	2,020
acqua	liquido	4,183

Calore specifico dell'acqua, Calore specifico di vari solidi, Valori standard del calore specifico

Entalpiaè una proprietà di una sostanza che indica la quantità di energia che può essere convertita in calore.

Entalpiaè una proprietà termodinamica di una sostanza che indica livello di energia, conservato nella sua struttura molecolare. Ciò significa che sebbene una sostanza possa avere energia basata su , non tutta questa può essere convertita in calore. Parte energia interna rimane sempre nella sostanza e mantiene la sua struttura molecolare. Parte della sostanza è inaccessibile quando la sua temperatura si avvicina alla temperatura ambiente. Quindi, entalpiaè la quantità di energia disponibile per essere convertita in calore a una determinata temperatura e pressione. Unità di entalpia- Britannico unità termica o joule per l'energia e Btu/lbm o J/kg per l'energia specifica.

Quantità di entalpia

Quantità entalpia della materia in base alla temperatura data. Questa temperatura- questo è il valore scelto da scienziati e ingegneri come base per i calcoli. È la temperatura alla quale l'entalpia di una sostanza è pari a zero J. In altre parole, la sostanza non ha energia disponibile che possa essere convertita in calore. Questa temperatura è diversa per le diverse sostanze. Ad esempio, questa temperatura dell'acqua è il punto triplo (0 °C), l'azoto è -150 °C e i refrigeranti a base di metano ed etano sono -40 °C.

Se la temperatura di una sostanza è superiore alla temperatura data o cambia lo stato in stato gassoso a una data temperatura, l'entalpia è espressa come un numero positivo. Al contrario, a una temperatura inferiore a questa, l'entalpia di una sostanza è espressa come un numero negativo. L'entalpia viene utilizzata nei calcoli per determinare la differenza nei livelli di energia tra due stati. Ciò è necessario per configurare l'apparecchiatura e determinare azione utile processo.

Entalpia spesso definito come energia totale della materia, poiché è uguale alla somma della sua energia interna (u) in questo stato insieme alla sua capacità di portare a termine il lavoro (pv). Ma in realtà l'entalpia non indica l'energia totale di una sostanza ad una data temperatura superiore zero assoluto(-273°C). Pertanto, invece di definire entalpia come calore totale di una sostanza, è definito più accuratamente come la quantità totale di energia disponibile di una sostanza che può essere convertita in calore.
H = U + pV

Oggi parleremo di cos'è la capacità termica (compresa l'acqua), di quali tipi è disponibile e dove viene utilizzato questo termine fisico. Mostreremo inoltre quanto sia utile il valore di questo valore per l'acqua e il vapore, perché è necessario conoscerlo e come influisce sulla nostra vita quotidiana.

Il concetto di capacità termica

Questo quantità fisicaè usato così spesso nel mondo esterno e nella scienza che prima di tutto dobbiamo parlarne. La primissima definizione richiederà al lettore una certa preparazione, almeno nelle differenziali. Quindi, la capacità termica di un corpo è definita in fisica come il rapporto tra gli incrementi di una quantità infinitesima di calore e la corrispondente quantità infinitesima di temperatura.

Quantità di calore

Quasi tutti capiscono cos'è la temperatura, in un modo o nell'altro. Ricordiamo che “quantità di calore” non è solo una frase, ma un termine che denota l’energia che un corpo perde o acquista quando scambia con ambiente. Questo valore è misurato in calorie. Questa unità è familiare a tutte le donne che seguono una dieta. Care ragazze, ora sapete cosa bruciate sul tapis roulant e quanto vale ogni pezzo di cibo che mangiate (o lasciate nel piatto). Pertanto, qualsiasi corpo la cui temperatura cambia sperimenta un aumento o una diminuzione della quantità di calore. Il rapporto tra queste quantità costituisce la capacità termica.

Applicazione della capacità termica

Tuttavia, una definizione rigorosa del concetto fisico che stiamo considerando viene raramente utilizzata da sola. Abbiamo detto sopra che è molto spesso utilizzato in vita quotidiana. Coloro che non amavano la fisica a scuola probabilmente ora sono perplessi. E solleveremo il velo della segretezza e ti diremo che l'acqua calda (e anche fredda) nel rubinetto e nei tubi del riscaldamento appare solo grazie ai calcoli della capacità termica.

Anche le condizioni meteorologiche, che determinano se la stagione balneare può già essere aperta o se vale la pena restare sulla riva per ora, tengono conto di questo valore. Qualsiasi dispositivo associato al riscaldamento o al raffreddamento ( radiatore dell'olio, frigorifero), tutti i costi energetici durante la preparazione del cibo (ad esempio in un bar) o del gelato soft da strada sono influenzati da questi calcoli. Come puoi capire, stiamo parlando di una quantità come la capacità termica dell'acqua. Sarebbe sciocco presumere che ciò venga fatto dai venditori e dai consumatori ordinari, ma ingegneri, progettisti e produttori hanno tenuto conto di tutto e hanno inserito i parametri appropriati in elettrodomestici. Tuttavia, i calcoli della capacità termica sono utilizzati in modo molto più ampio: nelle turbine idrauliche e nella produzione di cemento, nei test sulle leghe per aerei o ferrovie, nell’edilizia, nella fusione e nel raffreddamento. Anche l'esplorazione spaziale si basa su formule contenenti questo valore.

Tipi di capacità termica

Quindi, tutto sommato applicazioni pratiche utilizzare relativo o capacità termica specifica.È definito come quantità di calore(nota, nessuna quantità infinitesima) necessaria per riscaldare di un grado una quantità unitaria di una sostanza. I gradi sulle scale Kelvin e Celsius sono gli stessi, ma in fisica è consuetudine chiamare questo valore nelle prime unità. A seconda di come viene espressa l'unità di quantità di una sostanza, si distinguono massa, volume e capacità termiche specifiche molari. Ricordiamo che una mole è una quantità di sostanza che contiene da sei a dieci alla ventitreesima potenza delle molecole. A seconda dell'attività, viene utilizzata la capacità termica corrispondente; la loro designazione in fisica è diversa. La capacità termica di massa è designata come C ed è espressa in J/kg*K, la capacità termica volumetrica è C` (J/m 3 *K), la capacità termica molare è C μ (J/mol*K).

Gas ideale

Se il problema è risolto gas ideale, poi per lui l'espressione è diversa. Ricordiamo che in questa sostanza, che nella realtà non esiste, gli atomi (o le molecole) non interagiscono tra loro. Questa qualità cambia radicalmente qualsiasi proprietà di un gas ideale. Pertanto, gli approcci tradizionali ai calcoli non daranno il risultato desiderato. Un gas ideale è necessario come modello per descrivere, ad esempio, gli elettroni in un metallo. La sua capacità termica è definita come il numero di gradi di libertà delle particelle di cui è composto.

Stato fisico

Sembra che per una sostanza tutte le caratteristiche fisiche siano le stesse in tutte le condizioni. Ma non è vero. Quando ci si sposta in un altro stato fisico(durante la fusione e il congelamento del ghiaccio, durante l'evaporazione o la solidificazione dell'alluminio fuso), questo valore cambia bruscamente. Pertanto, la capacità termica dell'acqua e del vapore acqueo è diversa. Come vedremo in seguito, in modo significativo. Questa differenza influisce notevolmente sull'utilizzo sia della componente liquida che di quella gassosa di questa sostanza.

Riscaldamento e capacità termica

Come il lettore ha già notato, la capacità termica dell'acqua appare molto spesso nel mondo reale. Lei è la fonte della vita, senza di lei la nostra esistenza è impossibile. Una persona ne ha bisogno. Pertanto, dai tempi antichi ad oggi, il compito di fornire acqua alle case, alle industrie o ai campi è sempre stato una sfida. Buono per quei paesi che lo hanno fatto tutto l'anno temperatura positiva. Gli antichi romani costruirono acquedotti per rifornire le loro città di questa preziosa risorsa. Ma dove è inverno questo metodo non sarebbe adatto. Il ghiaccio, come è noto, ha un volume specifico maggiore dell'acqua. Ciò significa che quando ghiaccia nelle tubazioni, le distrugge a causa della dilatazione. Quindi, davanti agli ingegneri riscaldamento centralizzato e consegna calda e acqua fredda La sfida a casa è come evitarlo.

La capacità termica dell'acqua, tenendo conto della lunghezza dei tubi, fornirà la temperatura richiesta alla quale dovranno essere riscaldate le caldaie. Tuttavia, i nostri inverni possono essere molto freddi. E a cento gradi Celsius si verifica già l'ebollizione. In questa situazione, la capacità termica specifica viene in soccorso vapore acqueo. Come notato sopra, lo stato di aggregazione modifica questo valore. Ebbene, le caldaie che portano calore nelle nostre case contengono vapore altamente surriscaldato. Poiché ha una temperatura elevata, crea una pressione incredibile, quindi le caldaie e i tubi che le conducono devono essere molto resistenti. IN in questo caso anche un piccolo foro, una piccolissima perdita possono provocare un'esplosione. La capacità termica dell'acqua dipende dalla temperatura e in modo non lineare. Cioè, riscaldarlo da venti a trenta gradi richiederà una quantità di energia diversa rispetto, diciamo, da centocinquanta a centosessanta.

Per eventuali azioni che comportano il riscaldamento dell'acqua, è necessario tenerne conto, soprattutto se si tratta di grandi volumi. La capacità termica del vapore, come molte delle sue proprietà, dipende dalla pressione. Alla stessa temperatura dello stato liquido, lo stato gassoso ha una capacità termica quasi quattro volte inferiore.

Sopra abbiamo fornito molti esempi del motivo per cui è necessario riscaldare l'acqua e di come è necessario tenere conto dell'entità della capacità termica. Tuttavia, non vi abbiamo ancora detto che tra tutte le risorse disponibili sul pianeta, questo liquido ha un tasso di consumo energetico per il riscaldamento abbastanza elevato. Questa proprietà viene spesso utilizzata per il raffreddamento.

Poiché la capacità termica dell'acqua è elevata, assorbirà efficacemente e rapidamente l'energia in eccesso. Viene utilizzato nella produzione, in apparecchiature ad alta tecnologia (ad esempio nei laser). E a casa probabilmente lo sappiamo di più modo efficace uova sode fresche o una padella calda - sciacquare sotto l'acqua corrente fredda.

E il principio di funzionamento dell'atomo reattori nucleari In generale, si basa sull'elevata capacità termica dell'acqua. La Hot Zone, come suggerisce il nome, ha dell'incredibile alta temperatura. Riscaldandosi, l’acqua raffredda il sistema, evitando che la reazione vada fuori controllo. Pertanto, riceviamo l'elettricità necessaria (il vapore riscaldato fa ruotare le turbine) e non si verifica alcuna catastrofe.