Varmekapasitet er evnen til å absorbere visse mengder varme under oppvarming eller avgi ved avkjøling. Varmekapasiteten til en kropp er forholdet mellom en uendelig liten mengde varme som en kropp mottar og den tilsvarende økningen i temperaturindikatorene. Verdien måles i J/K. I praksis brukes en litt annen verdi - spesifikk varme.
Definition
Hva betyr spesifikk varme? Dette er en mengde relatert til en enkelt mengde av et stoff. Følgelig kan mengden av et stoff måles i kubikkmeter, kilogram eller til og med i mol. Hva er det avhengig av? I fysikk avhenger varmekapasiteten direkte av hvilken kvantitativ enhet det refereres til, noe som betyr at de skiller mellom molar, masse og volumetrisk varmekapasitet. I byggebransjen vil du ikke se molarmålinger, men du vil se andre hele tiden.
Hva påvirker spesifikk varmekapasitet?
Hva er varmekapasitet, vet du, men hvilke verdier som påvirker indikatoren er ennå ikke klart. Verdien av spesifikk varmekapasitet påvirkes direkte av flere komponenter:stoffets temperatur, trykk og andre termodynamiske egenskaper.
Når temperaturen til et produkt øker, øker dets spesifikke varmekapasitet, men enkelte stoffer viser en fullstendig ikke-lineær kurve i dette forholdet. For eksempel, med en økning i temperaturindikatorer fra null til trettisju grader, begynner den spesifikke varmekapasiteten til vann å synke, og hvis grensen er mellom trettisju og hundre grader, vil indikatoren tvert imot økning.
Det er verdt å merke seg at parameteren også avhenger av hvordan de termodynamiske egenskapene til produktet (trykk, volum og så videre) tillates å endre seg. For eksempel vil den spesifikke varmen ved stabilt trykk og ved stabilt volum være forskjellig.
Hvordan beregner jeg parameteren?
Er du interessert i hva varmekapasiteten er? Beregningsformelen er som følger: C \u003d Q / (m ΔT). Hva er disse verdiene? Q er mengden varme som produktet mottar når det varmes opp (eller frigjøres av produktet under avkjøling). m er massen til produktet, og ΔT er forskjellen mellom slutt- og starttemperaturen til produktet. Nedenfor er en tabell over varmekapasiteten til enkelte materialer.
Hva med varmekapasitetsberegningen?
Å beregne varmekapasiteten er ikke en enkel oppgave, spesielt hvis det kun brukes termodynamiske metoder, er det umulig å gjøre det mer presist. Derfor bruker fysikere metodene for statistisk fysikk eller kunnskap om mikrostrukturen til produkter. Hvordan beregne for gass? Gass varmekapasitetberegnes fra beregningen av den gjennomsnittlige energien til termisk bevegelse av individuelle molekyler i et stoff. Bevegelsene til molekyler kan være av translasjons- og rotasjonstype, og inne i et molekyl kan det være et helt atom eller vibrasjon av atomer. Klassisk statistikk sier at for hver grad av frihet av rotasjons- og translasjonsbevegelser er det en verdi i den molare varmekapasiteten til gassen, som er lik R / 2, og for hver vibrasjonsfrihetsgrad er verdien lik R Denne regelen kalles også likedelingsloven
Samtidig avviker en partikkel av en monoatomisk gass med bare tre translasjonsgrader av frihet, og derfor bør dens varmekapasitet være lik 3R/2, som er i utmerket overensstemmelse med eksperimentet. Hvert diatomisk gassmolekyl har tre translasjons-, to rotasjons- og en vibrasjonsfrihetsgrader, noe som betyr at ekvidelingsloven vil være 7R/2, og erfaring har vist at varmekapasiteten til et mol av en diatomisk gass ved ordinær temperatur er 5R/ 2. Hvorfor var det et slikt avvik i teorien? Alt skyldes at det ved etablering av varmekapasiteten vil være nødvendig å ta hensyn til ulike kvanteeffekter, med andre ord å bruke kvantestatistikk. Som du kan se, er varmekapasitet et ganske komplisert konsept.
Kvantemekanikk sier at ethvert system av partikler som oscillerer eller roterer, inkludert et gassmolekyl, kan ha visse diskrete energiverdier. Hvis energien til termisk bevegelse i det installerte systemet er utilstrekkelig til å eksitere svingninger med den nødvendige frekvensen, bidrar ikke disse oscillasjonene tilvarmekapasiteten til systemet.
I faste stoffer er den termiske bevegelsen til atomer en svak oscillasjon nær visse likevektsposisjoner, dette gjelder nodene til krystallgitteret. Et atom har tre vibrasjonsgrader av frihet, og i henhold til loven er den molare varmekapasiteten til et fast stoff lik 3nR, hvor n er antallet eksisterende atomer i molekylet. I praksis er denne verdien grensen som kroppens varmekapasitet har en tendens til ved høye temperaturer. Verdien oppnås ved normale temperaturendringer i mange grunnstoffer, dette gjelder metaller, samt enkle forbindelser. Varmekapasiteten til bly og andre stoffer bestemmes også.
Hva med lave temperaturer?
Vi vet allerede hva varmekapasitet er, men hvis vi snakker om lave temperaturer, hvordan beregnes verdien da? Hvis vi snakker om lavtemperaturindikatorer, så viser varmekapasiteten til et fast legeme seg å være proporsjonal med T 3 eller den såk alte Debye varmekapasitetsloven. Hovedkriteriet for å skille høye temperaturer fra lave er den vanlige sammenligningen av dem med en karakteristisk parameter for et bestemt stoff - dette kan være den karakteristiske eller Debye-temperaturen qD. Den presenterte verdien er satt av vibrasjonsspekteret til atomene i produktet og avhenger betydelig av krystallstrukturen.
I metaller gir ledningselektroner et visst bidrag til varmekapasiteten. Denne delen av varmekapasiteten beregnes vhaFermi-Dirac-statistikk, som tar hensyn til elektroner. Den elektroniske varmekapasiteten til et metall, som er proporsjonal med den vanlige varmekapasiteten, er en relativt liten verdi, og den bidrar til metallets varmekapasitet kun ved temperaturer nær absolutt null. Da blir gittervarmekapasiteten veldig liten og kan neglisjeres.
Massevarmekapasitet
Massespesifikk varme er mengden varme som må bringes til en enhetsmasse av et stoff for å varme opp produktet per enhetstemperatur. Denne verdien er angitt med bokstaven C og den måles i joule delt på et kilogram per kelvin - J / (kg K). Dette handler om massevarmekapasiteten.
Hva er volumetrisk varmekapasitet?
Volumvarmekapasitet er en viss mengde varme som må legges til en enhetsvolum av et produkt for å varme det opp per enhetstemperatur. Denne indikatoren måles i joule delt på en kubikkmeter per kelvin eller J / (m³ K). I mange bygningsoppslagsverk er det den massespesifikke varmekapasiteten på jobben som vurderes.
Praktisk bruk av varmekapasitet i byggebransjen
Mange varmekrevende materialer brukes aktivt i konstruksjonen av varmebestandige vegger. Dette er ekstremt viktig for hus som er preget av periodisk oppvarming. For eksempel ovn. Varmeintensive produkter og vegger bygget av dem akkumulerer perfekt varme, lagrer den under oppvarmingsperioder og avgir gradvis varme etter at de er slått avsystemet, og dermed tillater å opprettholde en akseptabel temperatur gjennom hele dagen.
Så, jo mer varme som lagres i strukturen, desto mer komfortabel og stabil vil temperaturen i rommene være.
Det er verdt å merke seg at vanlig tegl og betong som brukes i boligbygging har mye lavere varmekapasitet enn ekspandert polystyren. Tar vi ecowool, så er den tre ganger mer varmekrevende enn betong. Det skal bemerkes at i formelen for beregning av varmekapasiteten er det ikke forgjeves at det er masse. På grunn av den store, enorme massen av betong eller murstein, sammenlignet med ecowool, tillater den akkumulering av enorme mengder varme i steinveggene til strukturer og jevner ut alle daglige temperatursvingninger. Kun en liten isolasjonsmasse i alle rammehus, til tross for god varmekapasitet, er det svakeste området for alle rammeteknologier. For å løse dette problemet er det installert imponerende varmeakkumulatorer i alle hus. Hva det er? Dette er konstruksjonsdeler som er preget av stor masse med en ganske god varmekapasitetsindeks.
Eksempler på varmeakkumulatorer i livet
Hva kan det være? For eksempel en slags innvendige murvegger, en stor ovn eller peis, betongmasser.
Møbler i ethvert hus eller leilighet er en utmerket varmeakkumulator, fordi kryssfiner, sponplater og tre faktisk bare kan lagre varme per kilo vekt tre ganger mer enn den beryktede mursteinen.
Er det noen ulemper med varmeakkumulatorer? Selvfølgelig er den største ulempen med denne tilnærmingendet faktum at varmeakkumulatoren må utformes på stadiet for å lage en rammehuslayout. Alt på grunn av det faktum at det er veldig tungt, og dette må tas i betraktning når du lager fundamentet, og forestill deg hvordan dette objektet vil bli integrert i interiøret. Det er verdt å si at det er nødvendig å ta hensyn til ikke bare massen, det vil være nødvendig å evaluere begge egenskapene i arbeidet: masse og varmekapasitet. Hvis du for eksempel bruker gull med en utrolig vekt på tjue tonn per kubikkmeter som varmelager, så vil produktet fungere som det skal bare tjuetre prosent bedre enn en betongkube, som veier to og et halvt tonn.
Hvilket stoff er best egnet for varmelagring?
Det beste produktet for en varmeakkumulator er ikke betong og murstein i det hele tatt! Kobber, bronse og jern gjør en god jobb med dette, men de er veldig tunge. Merkelig nok, men den beste varmeakkumulatoren er vann! Væsken har en imponerende varmekapasitet, den største blant stoffene som er tilgjengelig for oss. Det er kun heliumgasser (5190 J / (kg K) og hydrogen (14300 J / (kg K)) som har større varmekapasitet, men de er problematiske å anvende i praksis. Hvis ønskelig og nødvendig, se varmekapasitetstabellen over stoffene du trenger.
