Varmekapacitet er evnen til at absorbere visse mængder varme under opvarmning eller afgive, når den afkøles. Et legemes varmekapacitet er forholdet mellem en uendelig lille mængde varme, som et legeme modtager, og den tilsvarende stigning i dets temperaturindikatorer. Værdien måles i J/K. I praksis bruges en lidt anden værdi - specifik varme.
Definition
Hvad betyder specifik varme? Dette er en mængde relateret til en enkelt mængde af et stof. I overensstemmelse hermed kan mængden af et stof måles i kubikmeter, kilogram eller endda i mol. Hvad afhænger det af? I fysik afhænger varmekapaciteten direkte af, hvilken kvantitativ enhed den refererer til, hvilket betyder, at de skelner mellem molær, masse og volumetrisk varmekapacitet. I byggebranchen vil du ikke se molære målinger, men du vil se andre hele tiden.
Hvad påvirker den specifikke varmekapacitet?
Hvad er varmekapacitet, du ved, men hvilke værdier der påvirker indikatoren er endnu ikke klart. Værdien af specifik varmekapacitet påvirkes direkte af flere komponenter:stoffets temperatur, tryk og andre termodynamiske egenskaber.
Når temperaturen på et produkt stiger, stiger dets specifikke varmekapacitet, men visse stoffer udviser en fuldstændig ikke-lineær kurve i dette forhold. For eksempel, med en stigning i temperaturindikatorer fra nul til syvogtredive grader, begynder vandets specifikke varmekapacitet at falde, og hvis grænsen er mellem syvogtredive og hundrede grader, vil indikatoren tværtimod stigning.
Det er værd at bemærke, at parameteren også afhænger af, hvordan produktets termodynamiske egenskaber (tryk, volumen og så videre) får lov til at ændre sig. For eksempel vil den specifikke varme ved stabilt tryk og ved stabilt volumen være anderledes.
Hvordan beregnes parameteren?
Er du interesseret i, hvad varmekapaciteten er? Beregningsformlen er som følger: C \u003d Q / (m ΔT). Hvad er disse værdier? Q er mængden af varme, som produktet modtager, når det opvarmes (eller frigives af produktet under afkøling). m er massen af produktet, og ΔT er forskellen mellem slut- og starttemperaturen for produktet. Nedenfor er en tabel over nogle materialers varmekapacitet.
Hvad med varmekapacitetsberegningen?
Beregning af varmekapaciteten er ikke en nem opgave, især hvis der kun bruges termodynamiske metoder, er det umuligt at gøre det mere præcist. Derfor bruger fysikere metoderne til statistisk fysik eller viden om produkters mikrostruktur. Hvordan beregner man for gas? Gass varmekapacitetberegnes ud fra beregningen af den gennemsnitlige energi af termisk bevægelse af individuelle molekyler i et stof. Molekylernes bevægelser kan være af translationel og rotationstype, og inde i et molekyle kan der være et helt atom eller vibration af atomer. Klassisk statistik siger, at for hver frihedsgrad af rotations- og translationsbevægelser er der en værdi i gassens molære varmekapacitet, som er lig R / 2, og for hver vibrationsfrihedsgrad er værdien lig R Denne regel kaldes også ligedelingsloven.
På samme tid adskiller en partikel af en monoatomisk gas sig kun med tre translationelle frihedsgrader, og derfor bør dens varmekapacitet være lig med 3R/2, hvilket er i glimrende overensstemmelse med eksperimentet. Hvert diatomisk gasmolekyle har tre translations-, to rotations- og en vibrationsfrihedsgrader, hvilket betyder, at ligefordelingsloven bliver 7R/2, og erfaringen har vist, at varmekapaciteten af et mol af en diatomisk gas ved almindelig temperatur er 5R/ 2. Hvorfor var der sådan en uoverensstemmelse i teorien? Alt skyldes, at det ved etablering af varmekapaciteten vil være nødvendigt at tage højde for forskellige kvanteeffekter, med andre ord at bruge kvantestatistik. Som du kan se, er varmekapacitet et ret kompliceret koncept.
Kvantemekanik siger, at ethvert system af partikler, der oscillerer eller roterer, inklusive et gasmolekyle, kan have bestemte diskrete energiværdier. Hvis energien af termisk bevægelse i det installerede system er utilstrækkelig til at excitere svingninger med den nødvendige frekvens, så bidrager disse svingninger ikke tilsystemets varmekapacitet.
I faste stoffer er den termiske bevægelse af atomer en svag svingning nær visse ligevægtspositioner, dette gælder for krystalgitterets noder. Et atom har tre vibrationsgrader af frihed, og ifølge loven er den molære varmekapacitet af et fast stof lig 3nR, hvor n er antallet af eksisterende atomer i molekylet. I praksis er denne værdi den grænse, til hvilken kroppens varmekapacitet har tendens til ved høje temperaturer. Værdien opnås ved normale temperaturændringer i mange grundstoffer, dette gælder metaller, såvel som simple forbindelser. Varmekapaciteten af bly og andre stoffer bestemmes også.
Hvad med lave temperaturer?
Vi ved allerede, hvad varmekapacitet er, men hvis vi taler om lave temperaturer, hvordan beregnes værdien så? Hvis vi taler om lavtemperaturindikatorer, så viser varmekapaciteten af et fast legeme sig så at være proportional med T 3 eller den såkaldte Debye varmekapacitetslov. Hovedkriteriet for at skelne høje temperaturer fra lave er den sædvanlige sammenligning af dem med en karakteristisk parameter for et bestemt stof - dette kan være den karakteristiske eller Debye-temperatur qD. Den viste værdi er indstillet af vibrationsspektret af atomer i produktet og afhænger væsentligt af krystalstrukturen.
I metaller yder ledningselektroner et vist bidrag til varmekapaciteten. Denne del af varmekapaciteten beregnes vhaFermi-Dirac statistik, som tager elektroner i betragtning. Et metals elektroniske varmekapacitet, som er proportional med den sædvanlige varmekapacitet, er en relativt lille værdi, og den bidrager kun til metallets varmekapacitet ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt. Så bliver gitterets varmekapacitet meget lille og kan negligeres.
Massevarmekapacitet
Massespecifik varme er mængden af varme, der skal bringes til en enhedsmasse af et stof for at opvarme produktet pr. enhedstemperatur. Denne værdi er angivet med bogstavet C, og den måles i joule divideret med et kilogram pr. kelvin - J / (kg K). Det hele handler om massevarmekapaciteten.
Hvad er volumetrisk varmekapacitet?
Volume varmekapacitet er en vis mængde varme, der skal tilføjes til en enhedsvolumen af et produkt for at opvarme det pr. enhedstemperatur. Denne indikator måles i joule divideret med en kubikmeter pr. kelvin eller J / (m³ K). I mange bygningsopslagsbøger er det den massespecifikke varmekapacitet ved arbejdet, der tages i betragtning.
Praktisk anvendelse af varmekapacitet i byggebranchen
Mange varmeintensive materialer bruges aktivt i konstruktionen af varmebestandige vægge. Dette er ekstremt vigtigt for huse, der er karakteriseret ved periodisk opvarmning. For eksempel ovn. Varmeintensive produkter og vægge bygget af dem akkumulerer perfekt varme, opbevarer den under opvarmningsperioder og afgiver gradvist varme efter slukningsystem, hvilket gør det muligt at opretholde en acceptabel temperatur hele dagen.
Så jo mere varme der lagres i strukturen, jo mere behagelig og stabil vil temperaturen i rummene være.
Det er værd at bemærke, at almindelig mursten og beton, der bruges i boligbyggeri, har en meget lavere varmekapacitet end ekspanderet polystyren. Hvis vi tager ecowool, så er det tre gange mere varmeforbrugende end beton. Det skal bemærkes, at i formlen til beregning af varmekapaciteten er det ikke forgæves, at der er masse. På grund af den store enorme masse af beton eller mursten, i sammenligning med ecowool, tillader det at akkumulere enorme mængder varme i stenvæggene i strukturer og udjævne alle daglige temperatursvingninger. Kun en lille masse isolering i alle rammehuse er trods den gode varmekapacitet det svageste område for alle rammeteknologier. For at løse dette problem er der installeret imponerende varmeakkumulatorer i alle huse. Hvad er det? Disse er strukturelle dele, der er karakteriseret ved en stor masse med et ret godt varmekapacitetsindeks.
Eksempler på varmeakkumulatorer i livet
Hvad kan det være? For eksempel en slags indvendige murstensvægge, en stor brændeovn eller pejs, betonafretninger.
Møbler i ethvert hus eller lejlighed er en fremragende varmeakkumulator, fordi krydsfiner, spånplader og træ faktisk kun kan lagre varme pr. kilo vægt tre gange mere end den berygtede mursten.
Er der nogen ulemper ved varmeakkumulatorer? Selvfølgelig er den største ulempe ved denne tilgangdet faktum, at varmeakkumulatoren skal designes på stadiet med at skabe et rammehuslayout. Alt sammen på grund af det faktum, at det er meget tungt, og dette skal tages i betragtning, når du opretter fundamentet, og forestil dig derefter, hvordan dette objekt vil blive integreret i interiøret. Det er værd at sige, at det er nødvendigt at tage højde for ikke kun massen, det vil være nødvendigt at evaluere begge egenskaber i arbejdet: masse og varmekapacitet. Hvis du for eksempel bruger guld med en utrolig vægt på tyve tons per kubikmeter som varmelager, så fungerer produktet, som det kun burde treogtyve procent bedre end en betonterning, som vejer to et halvt ton.
Hvilket stof er bedst egnet til varmelagring?
Det bedste produkt til en varmeakkumulator er slet ikke beton og mursten! Kobber, bronze og jern gør et godt stykke arbejde med dette, men de er meget tunge. Mærkeligt nok, men den bedste varmeakkumulator er vand! Væsken har en imponerende varmekapacitet, den største blandt de stoffer, vi har til rådighed. Kun heliumgasser (5190 J / (kg K) og brint (14300 J / (kg K)) har mere varmekapacitet, men de er problematiske at anvende i praksis. Hvis det ønskes og er nødvendigt, se varmekapacitetstabellen over de stoffer, du behov.
