Šiluminė talpa – tai gebėjimas sugerti tam tikrus šilumos kiekius kaitinant arba atiduoti vėsinant. Kūno šiluminė talpa yra be galo mažo šilumos kiekio, kurį kūnas gauna, ir atitinkamo jo temperatūros rodiklių padidėjimo santykis. Vertė matuojama J/K. Praktikoje naudojama kiek kitokia reikšmė – savitoji šiluma.
Apibrėžimas
Ką reiškia specifinė šiluma? Tai kiekis, susijęs su vienu medžiagos kiekiu. Atitinkamai, medžiagos kiekis gali būti matuojamas kubiniais metrais, kilogramais ar net moliais. nuo ko tai priklauso? Fizikoje šiluminė talpa tiesiogiai priklauso nuo to, kokį kiekybinį vienetą jis nurodo, o tai reiškia, kad jie išskiria molinę, masinę ir tūrinę šiluminę talpą. Statybos pramonėje nematysite krūminių matavimų, bet nuolat matysite kitus.
Kas turi įtakos savitajai šiluminei galiai?
Žinote, kas yra šiluminė talpa, bet kokios reikšmės turi įtakos indikatoriui, dar neaišku. Specifinės šiluminės galios vertę tiesiogiai veikia keli komponentai:medžiagos temperatūra, slėgis ir kitos termodinaminės charakteristikos.
Kai gaminio temperatūra didėja, jo savitoji šiluminė talpa didėja, tačiau tam tikros medžiagos turi visiškai nelinijinę šio ryšio kreivę. Pavyzdžiui, temperatūros rodikliams padidėjus nuo nulio iki trisdešimt septynių laipsnių, savitoji vandens šiluminė talpa pradeda mažėti, o jei riba yra nuo trisdešimt septynių iki šimto laipsnių, indikatorius, priešingai, padidinti.
Verta pažymėti, kad parametras taip pat priklauso nuo to, kaip leidžiama keisti gaminio termodinamines charakteristikas (slėgį, tūrį ir pan.). Pavyzdžiui, savitoji šiluma esant pastoviam slėgiui ir stabiliam tūriui skirsis.
Kaip apskaičiuoti parametrą?
Jus domina kokia šiluminė talpa? Skaičiavimo formulė yra tokia: C \u003d Q / (m ΔT). Kas yra šios vertybės? Q – šilumos kiekis, kurį gaminys gauna kaitinamas (arba gaminys išskiria jį vėsdamas). m – gaminio masė, o ΔT – skirtumas tarp galutinės ir pradinės gaminio temperatūrų. Toliau pateikiama kai kurių medžiagų šiluminės talpos lentelė.
O šiluminės talpos skaičiavimas?
Šiluminės talpos skaičiavimas – nelengva užduotis, ypač jei naudojami tik termodinaminiai metodai, tiksliau to padaryti neįmanoma. Todėl fizikai naudoja statistinės fizikos metodus arba gaminių mikrostruktūros žinias. Kaip apskaičiuoti dujas? Dujų šiluminė talpaapskaičiuojamas apskaičiavus vidutinę atskirų molekulių šiluminio judėjimo energiją medžiagoje. Molekulių judesiai gali būti transliacinio ir rotacinio tipo, o molekulės viduje gali būti visas atomas arba atomų vibracija. Klasikinė statistika teigia, kad kiekvienam sukimosi ir transliacinių judesių laisvės laipsniui yra dujų molinės šiluminės talpos vertė, kuri yra lygi R / 2, o kiekvienam vibraciniam laisvės laipsniui yra lygi R. Ši taisyklė dar vadinama lygiavertiškumo dėsniu.
Tuo pačiu metu monoatominių dujų dalelė skiriasi tik trimis transliacijos laisvės laipsniais, todėl jos šiluminė talpa turėtų būti lygi 3R/2, o tai puikiai sutampa su eksperimentu. Kiekviena dviatomė dujų molekulė turi tris transliacinius, du sukimosi ir vieną virpesių laisvės laipsnius, o tai reiškia, kad pusiausvyros dėsnis bus 7R/2, o patirtis parodė, kad dviatomių dujų molio šiluminė talpa įprastoje temperatūroje yra 5R/ 2. Kodėl buvo toks teorinis neatitikimas? Viskas dėl to, kad nustatant šiluminę galią reikės atsižvelgti į įvairius kvantinius efektus, kitaip tariant, naudoti kvantinę statistiką. Kaip matote, šiluminė talpa yra gana sudėtinga sąvoka.
Kvantinė mechanika teigia, kad bet kuri svyruojančių arba besisukančių dalelių sistema, įskaitant dujų molekulę, gali turėti tam tikras atskiras energijos vertes. Jeigu šiluminio judėjimo energijos įrengtoje sistemoje nepakanka, kad sužadintų reikiamo dažnio virpesius, tai šie svyravimai neprisideda priesistemos šiluminė galia.
Kietosiose medžiagose atomų terminis judėjimas yra silpnas svyravimas netoli tam tikrų pusiausvyros padėčių, tai taikoma kristalinės gardelės mazgams. Atomas turi tris vibracinius laisvės laipsnius ir pagal įstatymą kietosios medžiagos molinė šiluminė talpa yra lygi 3nR, kur n yra molekulėje esančių atomų skaičius. Praktiškai ši vertė yra riba, iki kurios kūno šiluminė talpa linksta esant aukštai temperatūrai. Vertė pasiekiama esant normaliam daugelio elementų temperatūros pokyčiui, tai taikoma metalams, taip pat paprastiems junginiams. Taip pat nustatoma švino ir kitų medžiagų šiluminė talpa.
O žema temperatūra?
Mes jau žinome, kas yra šiluminė galia, bet jei kalbėsime apie žemą temperatūrą, kaip tada bus skaičiuojama vertė? Jei kalbame apie žemos temperatūros rodiklius, tada kieto kūno šiluminė talpa pasirodo proporcinga T 3 arba vadinamajam Debye šiluminės talpos dėsniui. Pagrindinis kriterijus, leidžiantis atskirti aukštą temperatūrą nuo žemos, yra įprastas jų palyginimas su būdingu konkrečios medžiagos parametru – tai gali būti charakteristika arba Debye temperatūra qD. Pateikta vertė nustatoma pagal gaminyje esančių atomų virpesių spektrą ir labai priklauso nuo kristalų struktūros.
Metaluose laidumo elektronai daro tam tikrą indėlį į šiluminę talpą. Ši šiluminės galios dalis apskaičiuojama naudojantFermi-Dirac statistika, kurioje atsižvelgiama į elektronus. Metalo elektroninė šiluminė talpa, proporcinga įprastai šiluminei galiai, yra santykinai maža reikšmė ir ji prisideda prie metalo šiluminės talpos tik esant absoliučiam nuliui artimai temperatūrai. Tada gardelės šiluminė talpa tampa labai maža ir gali būti nepaisoma.
Masinė šiluminė galia
Masės savitoji šiluma – tai šilumos kiekis, kurį reikia sušildyti iki medžiagos masės vieneto, kad produktas būtų šildomas temperatūros vienetui. Ši vertė žymima raide C ir matuojama džauliais, padalijus iš kilogramo kelvinui – J / (kg K). Tai viskas apie masės šilumos talpą.
Kas yra tūrinė šilumos talpa?
Tūrinis šiluminis pajėgumas – tai tam tikras šilumos kiekis, kurį reikia pridėti prie gaminio tūrio vieneto, kad jis būtų pašildytas pagal temperatūros vienetą. Šis rodiklis matuojamas džauliais, padalijus iš kubinio metro vienam kelvinui arba J / (m³ K). Daugelyje pastatų žinynų atsižvelgiama į masės savitąją šilumos talpą darbe.
Praktinis šilumos galios pritaikymas statybos pramonėje
Statant karščiui atsparias sienas aktyviai naudojama daug šilumai intensyvių medžiagų. Tai itin svarbu namams, kuriems būdingas periodiškas šildymas. Pavyzdžiui, orkaitė. Intensyvūs šilumai gaminiai ir iš jų pastatytos sienos puikiai kaupia šilumą, kaupia ją šildymo laikotarpiais ir palaipsniui išskiria šilumą išjungussistema, leidžianti palaikyti priimtiną temperatūrą visą dieną.
Taigi, kuo daugiau šilumos bus sukaupta konstrukcijoje, tuo patogesnė ir stabilesnė temperatūra patalpose.
Verta pažymėti, kad įprastos plytos ir betonas, naudojami būsto statyboje, turi daug mažesnę šiluminę galią nei putų polistirenas. Jei imtume ekovatą, tai ji tris kartus daugiau šilumos sunaudoja nei betonas. Pažymėtina, kad šiluminės talpos skaičiavimo formulėje ne veltui yra masė. Dėl didelės didžiulės betono ar plytų masės, lyginant su ekovata, ji leidžia sukaupti didžiulius šilumos kiekius akmeninėse konstrukcijų sienose ir išlyginti visus paros temperatūros svyravimus. Tik nedidelė apšiltinimo masė visuose karkasiniuose namuose, nepaisant geros šilumos talpos, yra silpniausia vieta visoms karkasinėms technologijoms. Šiai problemai išspręsti visuose namuose įrengiami įspūdingi šilumos akumuliatoriai. Kas tai yra? Tai konstrukcinės dalys, kurioms būdinga didelė masė ir gana geras šiluminės talpos indeksas.
Šilumos akumuliatorių pavyzdžiai gyvenime
Kas tai galėtų būti? Pavyzdžiui, kokios nors vidinės plytų sienos, didelė krosnis ar židinys, betoniniai lygintuvai.
Baldai bet kuriame name ar bute yra puikus šilumos akumuliatorius, nes fanera, medžio drožlių plokštės ir mediena iš tikrųjų gali sukaupti šilumos tik vienam svorio kilogramui tris kartus daugiau nei liūdnai pagarsėjusi plyta.
Ar yra šilumos akumuliatorių trūkumų? Žinoma, pagrindinis šio metodo trūkumas yratai, kad šilumos akumuliatorių reikia projektuoti karkasinio namo išplanavimo kūrimo stadijoje. Viskas dėl to, kad jis yra labai sunkus, ir į tai reikės atsižvelgti kuriant pamatą, o tada įsivaizduokite, kaip šis objektas bus integruotas į interjerą. Verta pasakyti, kad reikia atsižvelgti ne tik į masę, o darbe reikės įvertinti abi charakteristikas: masę ir šiluminę talpą. Pavyzdžiui, jei kaip šilumos saugyklą naudosite auksą, kurio kubinis metras sveria neįtikėtinai dvidešimt tonų, gaminys veiks taip, kaip turėtų, tik dvidešimt trim procentais geriau nei betoninis kubas, sveriantis dvi su puse tonos.
Kokia medžiaga geriausiai tinka šilumai kaupti?
Geriausias gaminys šilumos akumuliatoriui nėra betonas ir visai ne plytos! Varis, bronza ir geležis puikiai veikia, tačiau jie yra labai sunkūs. Kaip bebūtų keista, bet geriausias šilumos akumuliatorius yra vanduo! Skystis turi įspūdingą šiluminę talpą, didžiausią iš mums prieinamų medžiagų. Didesnę šiluminę talpą turi tik helio dujos (5190 J / (kg K) ir vandenilis (14300 J / (kg K)), tačiau jas sunku pritaikyti praktikoje. Jei norite ir reikia, žiūrėkite jūsų medžiagų šiluminės talpos lentelę reikia.
