Siltuma jauda ir spēja absorbēt noteiktu siltuma daudzumu sildīšanas laikā vai izdalīties, kad tas atdziest. Ķermeņa siltumietilpība ir bezgalīgi maza siltuma daudzuma, ko ķermenis saņem, attiecība pret atbilstošo tā temperatūras rādītāju pieaugumu. Vērtība tiek mērīta J/K. Praksē tiek izmantota nedaudz cita vērtība - īpatnējais siltums.
Definīcija
Ko nozīmē specifiskais siltums? Tas ir daudzums, kas saistīts ar vienu vielas daudzumu. Attiecīgi vielas daudzumu var mērīt kubikmetros, kilogramos vai pat molos. No kā tas ir atkarīgs? Fizikā siltumietilpība ir tieši atkarīga no tā, uz kuru kvantitatīvo vienību tā attiecas, kas nozīmē, ka viņi izšķir molāro, masu un tilpuma siltumietilpību. Būvniecības nozarē jūs neredzēsit molāros mērījumus, bet jūs visu laiku redzēsit citus.
Kas ietekmē īpatnējo siltuma jaudu?
Kas ir siltuma jauda, jūs zināt, bet kādas vērtības ietekmē indikatoru, vēl nav skaidrs. Īpatnējās siltumietilpības vērtību tieši ietekmē vairākas sastāvdaļas:vielas temperatūra, spiediens un citi termodinamiskie raksturlielumi.
Paaugstinoties produkta temperatūrai, palielinās tā īpatnējā siltumietilpība, taču dažām vielām šajā saistībā ir pilnīgi nelineāra līkne. Piemēram, temperatūras indikatoriem palielinoties no nulles līdz trīsdesmit septiņiem grādiem, ūdens īpatnējā siltumietilpība sāk samazināties, un, ja robeža ir no trīsdesmit septiņiem līdz simts grādiem, indikators, gluži pretēji, samazināsies. palielināt.
Ir vērts atzīmēt, ka parametrs ir atkarīgs arī no tā, kā produkta termodinamiskie raksturlielumi (spiediens, tilpums utt.) var mainīties. Piemēram, īpatnējais siltums pie stabila spiediena un pie stabila tilpuma būs atšķirīgs.
Kā aprēķināt parametru?
Vai jūs interesē kāda ir siltuma jauda? Aprēķina formula ir šāda: C \u003d Q / (m ΔT). Kādas ir šīs vērtības? Q ir siltuma daudzums, ko produkts saņem sildot (vai izdala no produkta dzesēšanas laikā). m ir produkta masa, un ΔT ir starpība starp produkta galīgo un sākotnējo temperatūru. Tālāk ir sniegta dažu materiālu siltumietilpības tabula.
Kā ar siltumietilpības aprēķinu?
Siltuma jaudas aprēķināšana nav viegls uzdevums, īpaši, ja tiek izmantotas tikai termodinamiskās metodes, precīzāk to izdarīt nav iespējams. Tāpēc fiziķi izmanto statistiskās fizikas metodes vai zināšanas par produktu mikrostruktūru. Kā aprēķināt gāzi? Gāzes siltumietilpībaaprēķina, aprēķinot vielas atsevišķu molekulu siltumkustības vidējo enerģiju. Molekulu kustībām var būt translācijas un rotācijas veids, un molekulas iekšpusē var būt vesels atoms vai atomu vibrācija. Klasiskā statistika saka, ka katrai rotācijas un translācijas kustību brīvības pakāpei ir noteikta gāzes molārās siltumietilpības vērtība, kas ir vienāda ar R / 2, un katrai vibrācijas brīvības pakāpei vērtība ir vienāda ar R. Šo noteikumu sauc arī par līdzdalības likumu.
Tajā pašā laikā monatomiskās gāzes daļiņa atšķiras tikai ar trim translācijas brīvības pakāpēm, un tāpēc tās siltumietilpībai jābūt vienādai ar 3R/2, kas lieliski saskan ar eksperimentu. Katrai diatomiskās gāzes molekulai ir trīs translācijas, divas rotācijas un viena vibrācijas brīvības pakāpe, kas nozīmē, ka līdzsvarošanas likums būs 7R/2, un pieredze rāda, ka divatomiskās gāzes mola siltumietilpība parastā temperatūrā ir 5R/ 2. Kāpēc teorētiski bija šāda neatbilstība? Viss ir saistīts ar to, ka, nosakot siltuma jaudu, būs jāņem vērā dažādi kvantu efekti, citiem vārdiem sakot, jāizmanto kvantu statistika. Kā redzat, siltuma jauda ir diezgan sarežģīts jēdziens.
Kvantu mehānika saka, ka jebkurai daļiņu sistēmai, kas svārstās vai rotē, tostarp gāzes molekulai, var būt noteiktas atsevišķas enerģijas vērtības. Ja siltuma kustības enerģija uzstādītajā sistēmā nav pietiekama, lai ierosinātu vajadzīgās frekvences svārstības, tad šīs svārstības neveicinasistēmas siltumietilpība.
Cietās vielās atomu termiskā kustība ir vāja svārstība tuvu noteiktām līdzsvara pozīcijām, tas attiecas uz kristāla režģa mezgliem. Atomam ir trīs vibrācijas brīvības pakāpes, un saskaņā ar likumu cietas vielas molārā siltumietilpība ir vienāda ar 3nR, kur n ir molekulā esošo atomu skaits. Praksē šī vērtība ir robeža, līdz kurai tiecas ķermeņa siltumietilpība augstā temperatūrā. Vērtība tiek sasniegta ar normālām temperatūras izmaiņām daudzos elementos, tas attiecas uz metāliem, kā arī vienkāršiem savienojumiem. Tiek noteikta arī svina un citu vielu siltumietilpība.
Kā ir ar zemām temperatūrām?
Mēs jau zinām, kas ir siltumietilpība, bet, ja runājam par zemām temperatūrām, kā tad tiks aprēķināta vērtība? Ja runājam par zemas temperatūras indikatoriem, tad cieta ķermeņa siltumietilpība tad izrādās proporcionāla T 3 jeb tā sauktajam Debī siltumietilpības likumam. Galvenais kritērijs, lai atšķirtu augstas temperatūras no zemām, ir parasts to salīdzinājums ar raksturīgu parametru konkrētai vielai - tā var būt raksturīgā vai Debija temperatūra qD. Uzrādīto vērtību nosaka produktā esošo atomu vibrāciju spektrs, un tā ir būtiski atkarīga no kristāla struktūras.
Metālos vadītspējas elektroni dod zināmu ieguldījumu siltumietilpībā. Šo siltuma jaudas daļu aprēķina, izmantojotFermi-Dirac statistika, kurā ņemti vērā elektroni. Metāla elektroniskā siltumietilpība, kas ir proporcionāla parastajai siltumietilpībai, ir salīdzinoši maza vērtība, un tā veicina metāla siltumietilpību tikai temperatūrā, kas ir tuvu absolūtai nullei. Tad režģa siltumietilpība kļūst ļoti maza, un to var atstāt novārtā.
Masas siltuma jauda
Masas īpatnējais siltums ir siltuma daudzums, kas jāsadala līdz vielas masas vienībai, lai uzsildītu produktu temperatūras vienībā. Šo vērtību apzīmē ar burtu C, un to mēra džoulos, kas dalīti ar kilogramu uz kelvinu - J / (kg K). Tas viss attiecas uz masas siltuma jaudu.
Kas ir tilpuma siltuma jauda?
Tilpuma siltumietilpība ir noteikts siltuma daudzums, kas jāpievieno produkta tilpuma vienībai, lai to uzsildītu uz temperatūras vienību. Šo rādītāju mēra džoulos, kas dalīti ar kubikmetru uz kelvinu vai J / (m³ K). Daudzās ēku atsauces grāmatās tiek ņemta vērā masas īpatnējā siltuma jauda darbā.
Praktisks siltumietilpības pielietojums būvniecības nozarē
Karstumizturīgo sienu būvniecībā aktīvi tiek izmantoti daudzi siltumietilpīgi materiāli. Tas ir ārkārtīgi svarīgi mājām, kurām raksturīga periodiska apkure. Piemēram, krāsns. Siltumintensīvi izstrādājumi un no tiem būvētās sienas lieliski akumulē siltumu, uzglabā to apkures periodos un pakāpeniski izdala siltumu pēc izslēgšanassistēma, tādējādi ļaujot uzturēt pieņemamu temperatūru visas dienas garumā.
Tātad, jo vairāk siltuma tiks uzkrāts konstrukcijā, jo ērtāka un stabilāka būs temperatūra telpās.
Ir vērts atzīmēt, ka parastajiem ķieģeļiem un betonam, ko izmanto mājokļu celtniecībā, ir daudz zemāka siltumietilpība nekā putupolistirolam. Ja ņemam ekovati, tad tā ir trīs reizes siltumietilpīgāka par betonu. Jāpiebilst, ka siltumietilpības aprēķināšanas formulā ne velti ir masa. Lielās milzīgās betona vai ķieģeļu masas dēļ, salīdzinot ar ekovati, tā ļauj konstrukciju akmens sienās uzkrāt milzīgus siltuma daudzumus un izlīdzināt visas ikdienas temperatūras svārstības. Tikai neliela siltinājuma masa visās karkasa mājās, neskatoties uz labo siltumietilpību, ir vājākā vieta visām karkasa tehnoloģijām. Lai atrisinātu šo problēmu, visās mājās ir uzstādīti iespaidīgi siltuma akumulatori. Kas tas ir? Tās ir konstrukcijas daļas, kurām raksturīga liela masa ar diezgan labu siltumietilpības indeksu.
Siltuma akumulatoru piemēri dzīvē
Kas tas varētu būt? Piemēram, kaut kādas iekšējās ķieģeļu sienas, liela krāsns vai kamīns, betona segumi.
Mēbeles jebkurā mājā vai dzīvoklī ir lielisks siltuma akumulators, jo saplāksnis, skaidu plātnes un koks faktiski spēj uzkrāt siltumu tikai uz kilogramu svara trīs reizes vairāk nekā bēdīgi slavenais ķieģelis.
Vai siltuma akumulatoriem ir kādi trūkumi? Protams, šīs pieejas galvenais trūkums irto, ka siltuma akumulatoru nepieciešams projektēt karkasa mājas plānojuma veidošanas stadijā. Tas viss ir saistīts ar to, ka tas ir ļoti smags, un tas būs jāņem vērā, veidojot pamatu, un tad iedomājieties, kā šis objekts tiks integrēts interjerā. Ir vērts teikt, ka jāņem vērā ne tikai masa, bet darbā būs jānovērtē abas īpašības: masa un siltuma jauda. Piemēram, ja kā siltuma krātuvi izmantosiet zeltu ar neticamu svaru divdesmit tonnas uz kubikmetru, tad produkts darbosies tā, kā tam vajadzētu, tikai par divdesmit trīs procentiem labāk nekā betona kubs, kas sver divarpus tonnas.
Kura viela ir vislabāk piemērota siltuma uzglabāšanai?
Labākais produkts siltuma akumulatoram vispār nav betons un ķieģelis! Varš, bronza un dzelzs to dara labu darbu, taču tie ir ļoti smagi. Savādi, bet labākais siltuma akumulators ir ūdens! Šķidrumam ir iespaidīga siltumietilpība, lielākā no mums pieejamajām vielām. Lielāka siltumietilpība ir tikai hēlija gāzēm (5190 J / (kg K) un ūdeņradim (14300 J / (kg K)), taču tās ir problemātiski pielietot praksē. Ja vēlaties un nepieciešams, skatiet savu vielu siltumietilpības tabulu nepieciešams.
