Toplotna zmogljivost je sposobnost absorbiranja določenih količin toplote med segrevanjem ali oddajanja pri ohlajanju. Toplotna kapaciteta telesa je razmerje med neskončno majhno količino toplote, ki jo telo prejme, in ustreznim povečanjem njegovih temperaturnih kazalcev. Vrednost se meri v J/K. V praksi se uporablja nekoliko drugačna vrednost - specifična toplota.
Definicija
Kaj pomeni specifična toplota? To je količina, povezana z eno samo količino snovi. V skladu s tem se lahko količina snovi meri v kubičnih metrih, kilogramih ali celo v molih. od česa je odvisno? V fiziki je toplotna kapaciteta neposredno odvisna od tega, na katero količinsko enoto se nanaša, kar pomeni, da razlikujejo med molsko, masno in volumetrično toplotno kapaciteto. V gradbeništvu ne boste videli molarnih meritev, boste pa ves čas videli druge.
Kaj vpliva na specifično toplotno zmogljivost?
Kaj je toplotna zmogljivost, veste, a katere vrednosti vplivajo na indikator, še ni jasno. Na vrednost specifične toplotne zmogljivosti neposredno vpliva več komponent:temperatura, tlak in druge termodinamične lastnosti snovi.
Ko se temperatura izdelka poveča, se njegova specifična toplotna zmogljivost poveča, vendar nekatere snovi kažejo popolnoma nelinearno krivuljo v tem razmerju. Na primer, s povečanjem temperaturnih kazalnikov z nič na sedemintrideset stopinj se specifična toplotna zmogljivost vode začne zmanjševati, in če je meja med sedemintrideset in sto stopinj, bo indikator, nasprotno, povečaj.
Upoštevati je treba, da je parameter odvisen tudi od tega, kako je dovoljeno spreminjati termodinamične lastnosti izdelka (tlak, prostornina itd.). Na primer, specifična toplota pri stabilnem tlaku in pri stabilni prostornini bo drugačna.
Kako izračunati parameter?
Vas zanima kakšna je toplotna zmogljivost? Formula za izračun je naslednja: C \u003d Q / (m ΔT). Kakšne so te vrednote? Q je količina toplote, ki jo izdelek prejme pri segrevanju (ali sprosti izdelek med hlajenjem). m je masa izdelka, ΔT pa je razlika med končno in začetno temperaturo izdelka. Spodaj je tabela toplotne zmogljivosti nekaterih materialov.
Kaj pa izračun toplotne zmogljivosti?
Izračun toplotne kapacitete ni lahka naloga, še posebej, če se uporabljajo samo termodinamične metode, je nemogoče narediti natančneje. Zato fiziki uporabljajo metode statistične fizike oziroma poznavanje mikrostrukture produktov. Kako izračunati za plin? Toplotna zmogljivost plinase izračuna iz izračuna povprečne energije toplotnega gibanja posameznih molekul v snovi. Premiki molekul so lahko translacijske in rotacijske, znotraj molekule pa je lahko cel atom ali vibracija atomov. Klasična statistika pravi, da za vsako stopnjo svobode rotacijskih in translacijskih gibanj obstaja vrednost molarne toplotne kapacitete plina, ki je enaka R / 2, za vsako vibracijsko stopnjo svobode pa je vrednost enaka R To pravilo se imenuje tudi zakon o enakomerni delitvi.
Ob tem se delec enoatomnega plina razlikuje le za tri translacijske stopnje svobode, zato mora biti njegova toplotna kapaciteta enaka 3R/2, kar se odlično ujema s poskusom. Vsaka molekula dvoatomskega plina ima tri translacijske, dve rotacijski in eno vibracijsko stopnjo svobode, kar pomeni, da bo zakon enakomerne porazdelitve 7R/2, izkušnje pa so pokazale, da je toplotna kapaciteta mola dvoatomskega plina pri običajni temperaturi 5R/ 2. Zakaj je prišlo do takšnega neskladja v teoriji? Vse je posledica dejstva, da bo treba pri ugotavljanju toplotne zmogljivosti upoštevati različne kvantne učinke, z drugimi besedami, uporabiti kvantno statistiko. Kot lahko vidite, je toplotna zmogljivost precej zapleten koncept.
Kvantna mehanika pravi, da ima lahko vsak sistem delcev, ki nihajo ali se vrtijo, vključno z molekulo plina, določene diskretne energijske vrednosti. Če energija toplotnega gibanja v nameščenem sistemu ni zadostna za vzbujanje nihanj zahtevane frekvence, potem ta nihanja ne prispevajo ktoplotna zmogljivost sistema.
V trdnih snoveh je toplotno gibanje atomov šibko nihanje v bližini določenih ravnotežnih položajev, to velja za vozlišča kristalne mreže. Atom ima tri vibracijske stopnje svobode in v skladu z zakonom je molarna toplotna kapaciteta trdne snovi enaka 3nR, , kjer je n število obstoječih atomov v molekuli. V praksi je ta vrednost meja, h kateri teži toplotna zmogljivost telesa pri visokih temperaturah. Vrednost se doseže z normalnimi temperaturnimi spremembami v številnih elementih, to velja za kovine, pa tudi za preproste spojine. Določa se tudi toplotna zmogljivost svinca in drugih snovi.
Kaj pa nizke temperature?
Vemo, kaj je toplotna zmogljivost, a če govorimo o nizkih temperaturah, kako se bo potem vrednost izračunala? Če govorimo o nizkih temperaturnih indikatorjih, se potem izkaže, da je toplotna zmogljivost trdnega telesa sorazmerna T 3 ali tako imenovanemu zakonu o toplotni kapaciteti Debye. Glavno merilo za razlikovanje visokih temperatur od nizkih je njihova običajna primerjava z značilnim parametrom za določeno snov - to je lahko karakteristična ali Debyejeva temperatura qD. Predstavljena vrednost je določena s spektrom vibracij atomov v izdelku in je močno odvisna od kristalne strukture.
V kovinah prevodni elektroni določeno prispevajo k toplotni kapaciteti. Ta del toplotne zmogljivosti se izračuna z uporaboFermi-Diracova statistika, ki upošteva elektrone. Elektronska toplotna kapaciteta kovine, ki je sorazmerna z običajno toplotno kapaciteto, je relativno majhna vrednost in prispeva k toplotni kapaciteti kovine le pri temperaturah blizu absolutne ničle. Nato toplotna zmogljivost mreže postane zelo majhna in jo je mogoče zanemariti.
Masna toplotna zmogljivost
Masna specifična toplota je količina toplote, ki jo je treba pripeljati do enote mase snovi, da se izdelek segreje na enoto temperature. Ta vrednost je označena s črko C in se meri v joulih, deljenih s kilogramom na kelvin - J / (kg K). Tu gre za masno toplotno zmogljivost.
Kaj je volumetrična toplotna zmogljivost?
Volumna toplotna zmogljivost je določena količina toplote, ki jo je treba dodati enoti prostornine izdelka, da se segreje na enoto temperature. Ta indikator se meri v džulih, deljeno s kubičnim metrom na kelvin ali J / (m³ K). V mnogih gradbenih referenčnih knjigah se upošteva masna specifična toplotna zmogljivost pri delu.
Praktična uporaba toplotne zmogljivosti v gradbeništvu
Veliko toplotno intenzivnih materialov se aktivno uporablja pri gradnji toplotno odpornih sten. To je izjemno pomembno za hiše, za katere je značilno periodično ogrevanje. Na primer, pečica. Toplotno intenzivni izdelki in stene, zgrajene iz njih, odlično akumulirajo toploto, jo shranjujejo v času ogrevanja in postopoma sproščajo toploto po izklopu.sistem, ki omogoča vzdrževanje sprejemljive temperature skozi ves dan.
Torej, več toplote je shranjena v konstrukciji, bolj udobna in stabilna bo temperatura v prostorih.
Omeniti velja, da imata navadna opeka in beton, ki se uporabljata v stanovanjski gradnji, veliko nižjo toplotno zmogljivost kot ekspandirani polistiren. Če vzamemo ecowool, potem je trikrat bolj toplotno poraba kot beton. Treba je opozoriti, da v formuli za izračun toplotne zmogljivosti ni zaman, da obstaja masa. Zaradi velike ogromne mase betona ali opeke v primerjavi z ecowoo omogoča kopičenje ogromnih količin toplote v kamnitih stenah konstrukcij in glajenje vseh dnevnih temperaturnih nihanj. Le majhna masa izolacije v vseh okvirnih hišah je kljub dobri toplotni zmogljivosti najšibkejše področje za vse okvirne tehnologije. Za rešitev tega problema so v vseh hišah nameščeni impresivni akumulatorji toplote. kaj je to? To so konstrukcijski deli, za katere je značilna velika masa z dokaj dobrim indeksom toplotne zmogljivosti.
Primeri toplotnih akumulatorjev v življenju
Kaj bi lahko bilo? Na primer nekakšne notranje opečne stene, velika peč ali kamin, betonski estrihi.
Pohištvo v kateri koli hiši ali stanovanju je odličen akumulator toplote, saj lahko vezane plošče, iverne plošče in les dejansko hranijo toploto le na kilogram teže trikrat več kot zloglasna opeka.
Ali so pri hranilnikih toplote kakšne slabosti? Seveda je glavna pomanjkljivost tega pristopadejstvo, da je treba toplotni akumulator oblikovati v fazi ustvarjanja postavitve okvirne hiše. Vse zaradi dejstva, da je zelo težak, in to bo treba upoštevati pri ustvarjanju temeljev, nato pa si predstavljajte, kako bo ta predmet integriran v notranjost. Vredno je reči, da je treba upoštevati ne le maso, pri delu bo treba oceniti obe značilnosti: maso in toplotno zmogljivost. Če na primer kot hranilnik toplote uporabite zlato z neverjetno težo dvajset ton na kubični meter, bo izdelek deloval tako, kot bi moral le triindvajset odstotkov bolje kot betonska kocka, ki tehta dve toni in pol.
Katera snov je najbolj primerna za shranjevanje toplote?
Najboljši izdelek za akumulator toplote sploh ni beton in opeka! Baker, bron in železo to dobro opravijo, vendar so zelo težki. Nenavadno, toda najboljši hranilnik toplote je voda! Tekočina ima impresivno toplotno zmogljivost, največjo med snovmi, ki so nam na voljo. Večjo toplotno kapaciteto imajo le plini helij (5190 J / (kg K) in vodik (14300 J / (kg K)), vendar jih je v praksi težko uporabiti. Če želite in je potrebno, si oglejte tabelo toplotne zmogljivosti snovi, ki jih potrebujem.
