5. Количество теплоты. Теплоёмкость — ЗФТШ, МФТИ
Внутренняя энергия тела зависит от его температуры и внешних условий — объёма и т. д. Если внешние условия остаются неизменными, т. е. объём и другие параметры постоянны, то внутренняя энергия тела зависит только от его температуры.
Изменить внутреннюю энергию тела можно, не только нагревая его в пламени или совершая над ним механическую работу (без изменения положения тела, например, работа силы трения), но и приводя его в контакт с другим телом, имеющим температуру, отличную от температуры данного тела, т. е. посредством теплопередачи.
Количество внутренней энергии, которое тело приобретает или теряет в процессе теплопередачи, и называется «количеством теплоты». Количество теплоты принято обозначать буквой `Q`. Если внутренняя энергия тела в процессе теплопередачи увеличивается, то теплоте приписывают знак плюс, и говорят, что телу сообщили теплоту `Q`. При уменьшении внутренней энергии в процессе теплопередачи теплота считается отрицательной, и говорят, что от тела отняли (или отвели) количество теплоты `Q`.
@ «C»`, называется теплоёмкостью тела. Теплоёмкость тела обозначается буквой `C`. Если телу сообщили небольшое количество теплоты `Delta Q`, а температура тела изменилась на `Delta t` градусов, то
Опыт показывает, что при обычных температурах `(200-500 sf»К»)` теплоёмкость большинства твёрдых и жидких тел почти не зависит от температуры. Для большинства расчётов будем принимать, что теплоёмкость какого-нибудь вещества есть величина постоянная.
Кроме теплоёмкости тела `C` вводят ещё удельную теплоёмкость `c` — теплоёмкость единицы массы вещества. Именно эта величина обычно приводится в справочниках физических величин. Удельная теплоёмкость `c` связана с теплоёмкостью тела `C` и массой `m` тела соотношением:
Приведённые формулы позволяют рассчитать, какое количество теплоты `Q` надо передать телу массы `m`, чтобы повысить его температуру от значения `t_1` до значения `t_2`:
Если тело окружить оболочкой, плохо проводящей тепло, то температура тела, если оно предоставлено самому себе, будет оставаться в течение длительного времени практически постоянной.
Таких идеальных оболочек в природе, конечно, не существует, но можно создать оболочки, которые по своим свойствам приближаются к таковым.
Примерами могут служить обшивка космических кораблей, сосуды Дьюара, применяемые в физике и технике. Сосуд Дьюара представляет собой стеклянный или металлический баллон с двойными зеркальными стенками, между которыми создан высокий вакуум. Стеклянная колба домашнего термоса тоже является сосудом Дьюара.
Теплоизолирующей является оболочка калориметра – прибора, позволяющего измерять количество теплоты. Калориметр представляет собой большой тонкостенный стакан, поставленный на кусочки пробки внутрь другого большого стакана так, чтобы между стенками оставался слой воздуха, и закрытый сверху теплонепроводящей крышкой.
Если в калориметре привести в тепловой контакт два или несколько тел, имеющих различные температуры, и подождать, то через некоторое время внутри калориметра установится тепловое равновесие. В процессе перехода в тепловое равновесие одни тела будут отдавать тепло (суммарное количество теплоты `Q_(sf»отд»)`), другие будут получать тепло (суммарное количество теплоты `Q_(sf»пол»)`).
А так как калориметр и содержащиеся в нём тела не обмениваются теплом с окружающим пространством, а только между собой, то можно записать соотношение, называемое также уравнением теплового баланса:
В ряде тепловых процессов тепло может поглощаться или выделяться телом без изменения его температуры. Такие тепловые процессы имеют место при изменении агрегатного состояния вещества — плавлении, кристаллизации, испарении, конденсации и кипении. Коротко остановимся на основных характеристиках этих процессов.
Удельная теплота плавления `lambda` равна количеству теплоты, необходимому для того, чтобы расплавить `1` кг кристаллического вещества, взятого при температуре плавления. Количество теплоты `Q_(sf»пл»)`, которое потребуется для перевода твёрдого тела массы `m` при температуре плавления в жидкое состояние, равно
Поскольку температура плавления остаётся постоянной, то количество теплоты, сообщаемое телу, идёт на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул, при этом происходит разрушение кристаллической решётки.
Удельная теплота парообразования `L` равна количеству теплоты, необходимому для того, чтобы превратить в пар `1` кг жидкости. Количество теплоты `Q_(sf»исп»)`, которое потребуется для перевода в парообразное состояние жидкость массой `m` равно
АМБ Групп
| 1. | Расчет по формуле: | Q = G х Ro х C х (tт — tз) |
| где: | ||
| 1.1. | Q — количество тепла для нагрева воздуха (воды), ккал | ————————— |
| 1.2. | G — объем нагреваемого воздуха (воды), м3 | ————————— |
1. 3. | Ro — плотность воздуха (воды), кг ⁄ м3 | |
| 1.4. | С — удельная теплоемкость воздуха (воды), ккал ⁄ (кг х Co) | 0.24(воздух) ⁄ 1(вода) |
| 1.5. | tт — температура воздуха (воды) текущая, Со | ————————— |
| 1.6. | tз — температура воздуха (воды) заданная, Со | ————————— |
| 2. | Входные данные: | |
| 2.1. | Нагреваемая среда | ВОЗДУХ ВОДА |
| 2.2. | Объем нагреваемого воздуха (воды)- G, м3 | |
2. 3. | Температура воздуха (воды) текущая — tт, Со | |
| 2.4. | Температура воздуха (воды) заданная — tз, Со | |
| 3. | Результат расчета: | |
| 3.1 | Количество тепла Q, ккал | |
| 3.2 |  Количество тепла Q (в килоВаттах), кВт | |
| 1. Входные данные | |||||||||
1. 1. Общая площадь (по полу) вентилируемых помещений м2 | |||||||||
| 2. Результат расчета: | |||||||||
| 2.1. Цены (в рублях) для различных ПВС выводятся в таблицу ниже | |||||||||
| Приточно-вытяжные системы (ПВС) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| бренд | Ценовая категория | ПВС с нагревателем | ПВС с нагревателем + охладителем (фреоновым) | ПВС с нагревателем + охладителем (фреоновым) + рекуператором (пластинчатым) | |||
| обеспечивает | цена | обеспечивает | цена | обеспечивает | цена | ||
| Брезарт, Турков, НЭД | низкая | приток наружного воздуха, нагрев, фильтацию, удаление воздуха из помещения | XXXX | дополнительно: охлаждение воздуха в летний период | ХХХX | дополнительно: рекуперация — нагрев приточного воздуха за счет тепла удаляемого из помещения воздуха | ХХХX |
| Dospel, Wolf, SystemAir | средняя | ХХХХ | ХХХХ | ХХХХ | |||
| Swegon | высокая | ХХХХ | ХХХХ | ХХХХ | |||
ПРИМЕЧАНИЕ: ПВС различных ценовых категорий (кроме цены) различаются качеством
(сборки, применяемых материалов, узлов, удобством управления, наличием доп. | |||||||
Зависимость удельной теплоемкости от температуры при постоянном давлении
Удельная теплоемкость (C) — это количество теплоты, необходимое для изменения температуры единицы массы вещества на один градус.
- Изобарическая удельная теплоемкость (C p ) используется для воздуха в системе постоянного давления (ΔP = 0).
- I сохорическая удельная теплоемкость (C v ) используется для воздуха в постоянный объем , (= изоволюметрический или изометрический ) закрытая система.
Внимание! При нормальном атмосферном давлении 1,013 бар удельная теплоемкость сухого воздуха — C P и C V — зависит от температуры. Это может повлиять на точность расчетов процессов кондиционирования и обработки промышленного воздуха.
При расчете массового и объемного расхода воздуха в обогреваемых или охлаждаемых системах с высокой точностью — удельная теплоемкость (= теплоемкость) должна быть скорректирована в соответствии со значениями, приведенными на рисунках и в таблице ниже, или найдена с помощью калькулятора.
- Для обычных расчетов — значение удельной теплоемкости c p = 1,0 кДж/кг K (равно кДж/кг o C) или 0,24 Btu(IT)/lb °F — обычно достаточно точный
- Для более высокой точности — значение Кл p = 1,006 кДж/кг К (равно кДж/кг o Кл) или 0,2403 БТЕ(ИТ)/фунт °F — better
Онлайн-калькулятор удельной теплоемкости воздуха
Приведенный ниже калькулятор можно использовать для оценки удельной теплоемкости воздуха при постоянном объеме или постоянном давлении и при заданных температуре и давлении.
Выходная теплоемкость выражается в виде кДж/(кмоль*К), кДж/(кг*К), кВтч/(кг*К), ккал/(кг*К), БТЕ(ИТ)/(моль*°Р ) и БТЕ(ИТ)/(фунт м *°R)
Температура
Выберите фактическую единицу измерения температуры: °C °F K °R
Выберите фактическое давление: 1 бар абс.14,5 фунтов на квадратный дюйм; 10 бар абс. / 145 фунтов на кв. дюйм абс.; 50 бар абс. / 725 фунтов на кв. дюйм абс.; 100 бар абс. / 1450 фунтов на кв. дюйм абс.;
14,5 фунтов на квадратный дюйм; 10 бар абс. / 145 фунтов на кв. дюйм абс.; 50 бар абс. / 725 фунтов на кв. дюйм абс.; 100 бар абс. / 1450 фунтов на кв. дюйм абс.; См. также другие свойства Воздух при различной температуре и давлении: Плотность и удельный вес при различной температуре, Плотность при различном давлении, Коэффициенты диффузии газов в воздухе, Число Прандтля, Удельная теплоемкость при различном давлении, Теплопроводность, Температуропроводность, Свойства в условиях газожидкостного равновесия и Теплофизические свойства воздуха при стандартных условиях и Состав и молекулярная масса,
, а также Удельная теплоемкость аммиака, бутана, диоксида углерода, монооксида углерода, этана, этанола, этилена, водорода, метана, метанола, азота, кислорода, пропана и воды.
Назад к вершине
Верхне
Вверх теплоемкость — поворота экрана!
| Температура | Изохорная теплоемкость (Cv) | Изобарическая теплоемкость (Cp) 9 9 003
Вернуться к началу Преобразование единиц измерения: Преобразователь единиц удельной теплоемкости = [°F], кельвин = [K], градусный разряд = [°R], джоуль = [Дж], килокалория (Международная таблица) = [ккал (ИТ)], килограмм = [кг], килоджоуль = [кДж] , киловатт-час = [кВтч], моль = [моль], фунт = [фунт] K в единицах можно заменить на °C, и наоборот.
Вернуться к началу 4. 2: Теплоемкость, океан, и наша погода
Солнечное излучение отвечает за нагревание Земли, и мы полагаемся на то, что Земля удерживает поступающее тепло и регулирует поток. Количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества на 1 градус Цельсия, количественно определяется как теплоемкость, и эта величина определяет, насколько хорошо вещество удерживает тепло. Когда вы нагреваете кастрюлю с водой на плите, что нагревается раньше: кастрюля или вода? Кастрюля нагревается быстрее! Хотя вы нагреваете оба вещества одинаково, кастрюля реагирует быстрее, чем вода, потому что вода обладает высокой теплоемкостью. В дополнение к температуре требуется огромное количество энергии, чтобы перевести молекулы воды из одного состояния в другое. На Земле у нас есть все три состояния воды — твердое, жидкое и газообразное — и они на самом деле сопротивляются переходу из одного состояния в другое из-за теплоемкости воды. Это относится к нашему океану, поскольку присутствие океана в значительной степени смягчает нашу повседневную жизнь и погоду в Калифорнии из-за количества молекул воды в воздухе. Вода обладает особенно высокой теплоемкостью — 4,18 Дж/г*C, что означает, что для нагревания грамма воды требуется больше тепла. Если вас интересует дополнительная информация об удельной теплоемкости, загляните сюда: http://oceanservice.noaa.gov/educati…cific_heat.swf По этим причинам океану требуется много времени, чтобы значительно изменить температуру, в то время как суша может нагреваться очень быстро (вспомните горячий песок и прохладную воду на пляже летом). Поскольку воздух движется вокруг, температура воздуха также регулируется этими принципами. Воздух, соприкасающийся с океаном, будет намного холоднее из-за передачи энергии между водой и воздухом, в то время как воздух, находящийся над землей, будет нагреваться гораздо быстрее. Следовательно, прибрежный климат гораздо более умеренный, потому что поблизости находится водоем, который регулирует температуру и поддерживает ее более постоянной. Узнайте больше о наземном и морском бризе здесь: www.classzone.com/books/earth…page01.cfm?cha http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/gu…w/sea/htg.rxml Неравномерный нагрев Земли создает перепады давления, в результате чего возникают ветры. Чем больше разница между давлениями, тем сильнее создается ветер. Эти перепады давления также могут привести к ураганам или спиралям ветра. Ураганы благоприятствуют условиям с более высокой температурой поверхности моря, которая должна быть выше 26 градусов по Цельсию. Когда ураганы обрушиваются на сушу, они обычно прекращают движение, потому что их требования к влажности и температуре трудно поддерживать из-за происходящих быстрых изменений температуры земли. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
кВтч/(кг К)] 
000537
02081
0001990
24028
24036
0002012
20496
2082
°R в единицах можно заменить на °F и наоборот.
Вот почему в течение теплого летнего дня вода в океане не претерпевает существенных изменений. Земля, с другой стороны, имеет гораздо меньшую теплоемкость, которая обычно составляет менее 1 Дж/г*С.
