На сколько кв м одна секция биметаллического радиатора: калькулятор для расчета 12, 18 или 20 м2

Содержание

Сколько квт в 1 секции биметаллического радиатора

Отдача тепла радиаторов из биметалла отопления: таблица мощности и обозначение количества секций на 1 м2

Даже человеку с опытом бывает тяжело разпознать кто то может подумать металлический и биметаллический отопительные приборы.

Это ясно, так как верх у них полностью одинаков, однако если взять их в руки, то разница сразу почувствуется: вторые несколько сложнее первых, хотя намного легче чугунных.

Но, отличие между ними не только в весе. Вызвана она спецификой сооружения биметаллических батарей.

Характерность биметаллических радиаторов

Подбирая вид обогревательного прибора, потребители ориентируются на несколько показателей, которые указывают даже малоопытным новичкам, насколько устройство подходит или не подойдет для имеющейся системы обогрева. Среди них ключевыми считаются те, что отличаются техническими особенностями конструкции:

  • Отдача тепла радиаторов из биметалла больше, чем металлических, за счёт встроенного изнутри стального сердечника. Хотя сталь не назовешь замечательным проводником тепла, так как ее показатель составляет всего 47 Вт/м*К, но обрамление из алюминия, который разогревается почти что очень быстро и имеет показатель отдачи тепла 200-236 Вт/м*К, создало из них хороших «партнеров».
  • Долговечность конструкции является одной из очень продолжительных, и составляет 20-25 лет, о которых говорят изготовители. В действительности, аналогичные отопительные приборы могут работать без перебоев до пятидесяти лет и более. Связывают это с тем, что металлический кожух не граничит с тепловым носителем, а это означает, не ржавеет, чем в большинстве случаев «мучаются» батареи, полностью сделанные из этого металла.
  • Мощность одной части радиатора из биметалла определяет, сколько потребителю нужно компонентов для любого отдельного помещения с учетом всех допустимых потерь тепла в нем. Если даже сделать самые элементарные расчеты по комнатной площади, установить отопительный прибор, а тепла не хватит, то нарастить еще одну – две части можно практически в любое время. То же самое, если в помещении переизбыток тепла, их можно разобрать.
  • Противостояние мощным гидравлическим ударам, которыми «страдает» централизованная нагревательная система, это один из довольно значительных параметров, дающий возможность использовать батареи из биметалла в домах многоквартирных.

Примечательно, но строение отопительных приборов данного типа ликвидирует еще 1 большой минус остальных видов обогревательных приборов: им не страшен состав и качество носителя тепла. Если для алюминия, к примеру, требуется чистейшая вода с некоторым уровнем Ph, которую нереально обеспечить в общегородской системе отопления, то стальные коллекторы изнутри биметаллических батарей готовы «сотрудничать» с любым типом тепловых носителей.

Понятие отдачи тепла

Чтобы разобраться, сколько кВт в 1 части радиатора из биметалла, следует с самого начала понять, что такой параметр значит.

Такие термины, как поток тепла или мощность, являются определением количества тепла, которое выделяет отопительный прибор за определенный срок. Так отдача тепла одной части радиатора из биметалла равна 200 Вт.

Большинство производителей используют в обозначении мощности батареи не Ватты, а кол-во выделяемых калорий в час. Во избежание недоразумений, следует перевести данный показатель, если исходить из соотношения 1 Вт = 859,8 кал/ч.

Если сопоставлять батареи из различных видов металлов, то не только отдача тепла будет у них различная, но и другие основные параметры. Ниже приведена таблица отдачи тепла радиаторов из биметалла по сравнению с чугунными, стальными и металлическими подобиями. И нее видно, что во всем такой вид батарей – это прекрасный «кандидат» для установки в домах с централизованной системой отопления.

В основном, определяясь с обогревательным прибором, необходимо взять во внимание не только то, с какой системой обогрева он будет работать, но и способ подсоединения. Даже точно зная, сколько кВт в одной части радиатора из биметалла и произведя все расчеты, количества компонентов в готовой системы может не хватить для хорошего обогревания помещения. Связывают это с тем, что потребители либо не знают, либо просто забывают предусматривать способ подсоединения батареи к сети.

Так нижнее подключение дает возможность скрыть все трубы в пол или стенку, однако при этом «съедает» до 20% тепла. Если этого не взять во внимание, когда выполняется расчет секций радиаторов из биметалла, то в комнате будет холодно. Это абсолютно не все нюансы, которые нужно брать во внимание перед приобретением отопительных батарей.

Размер и объем одной части

Мощность радиатора из биметалла прямо связана с его размером и емкостью. Потребителям прекрасно известно, что, чем меньше носителя в батарее, тем он экономично и эффектнее не прекращает работу. Связывают это с тем, что небольшое кол-во такой же воды нагревается намного быстрее, чем, когда ее много, а это означает и электрической энергии будет потрачено меньше.

В зависимости от межосевого расстояния, объем отопительных приборов колеблется:

  • При 200 мм – 0. 1-0.16 л.
  • Межосевое расстояние 350 мм имеет от 0.17 до 0.2 л.
  • При параметре 500 мм – 0.2-0.3 л.

Зная, к примеру, емкость и мощность части радиатора из биметалла 500 мм, можно высчитать, сколько носителя тепла понадобится для определенного помещения. Если конструкция состоит из 10 секций, то в них уместится от 2 до 3 литров воды.

В точках продажи устройства показаны готовыми моделями радиаторов из биметалла, которые состоят из 8, 10, 12 или 14 секций, но потребители, очень часто, любят приобретать любой компронент в отдельности.

Расчет количества секций по размерам и площади

Чтобы в доме либо квартире было действительно тепло, необходимо заблаговременно высчитать численность секций радиатора из биметалла на 1 м2. Наиболее простой и примерный способ, как это осуществить, сделать вычисления по комнатной площади. Формула выглядит так:

N – это необходимое кол-во части;

S – площадь помещения;

P – кВт в части радиатора из биметалла.

К примеру, для комнатки площадью 3х4 м2 понадобится:

3х4 м2х100/200Вт = 6 (12 м2х100/200Вт).

Подобным образом, для такой небольшой комнатки понадобится 6 секций, но необходимо взять во внимание, что аналогичное вычисление примерное. Если у нее одна или две фасадные стены или в ней имеется балкон или окно, все это снизит параметры мощности отопительного прибора, так как часть тепла просто будет ими «съедаться».

Дабы получить более правильные данные, понадобится взять во внимание потолочную высоту, оконное размещение, способ подсоединения отопительного прибора, наличие стен с внешней стороны и качество их утепления.

Подобным образом, отдача тепла радиаторов из биметалла отопления зависит от нескольких показателей, которые, сведя вместе, дадут полную картину того, сколько секций требуется для помещения конкретной площади.

Как говорит практика применения радиаторов из биметалла в жилых площадях с централизованным обогревом, правильно рассчитанная мощность и установка нужного количества секций дает возможность не только качественно нагреть комнату, но и сильно экономить на оплате услуг ЖКХ.

Когда предстоит замена устаревших батарей из чугуна на конструкции из биметалла, профессионалы рекомендуют применять то же численность секций, что было в старой системе. Это продиктовано тем, то для любого определенного помещения когда-то уже производились расчеты количества секций по их мощности с учетом потерь тепла.

Так как биметалл превосходит мощностью чугун, то такое же кол-во компонентов сделает необходимый климат в помещении без увеличения электро расходов. Этот подход экономит время на выполнение расчетов, так что потребителю остается лишь определиться с размерами устройства и местом, где оно будет монтироваться.

Мощность 1 части радиатора из биметалла

Сегодня предлагаю побеседовать о мощности 1 части радиатора из биметалла. Про алюминий и чугун мы уже рассказывали, наступила очередь биметалла. Биметалл по собственным свойствам очень схож на алюминий и благодаря этому их мощность почти что схожа …

Напомню биметалл — это сравнительно новый материал отопительных батарей, который состоит из 2-ух металлов стального сердечника изнутри и металлического корпуса сверху. Подобное комбинирование призвано первым делом, работать с высоким давлением в отопительных приборах, до 40 атмосфер.

По существу, биметалл это доработанный радиатор из алюминия. Однако использование стального сердечника несколько ухудшает отдачу тепла отопительного прибора. Не гораздо разумеется, но факт остается фактом.

Радиаторы из биметалла как именно и металлические поставляются по большей части в 2-ух форматах. Высотой в 500 мм и высотой в 350 мм.

Отопительный прибор высотой 500 мм

Типовый радиатор из биметалла конкретно такой монтируется в сотнях квартир в Российской Федерации. Мощность одной части подобного отопительного прибора, по заверению изготовителя меняется от 170 до 210 Вт энергии тепла. Однако по сути, после разговора с монтажниками, необходимо рассчитывать мощность 1 части в 150 Вт энергии тепла. Ведь изготовители всегда чуть-чуть завышают характеристики (вымеряют при прекрасных условиях, особенно китайские).

Отопительный прибор высотой в 350 мм

Это уменьшенная версия отопительных приборов ставится либо рядом с большими окнами. Либо в местах куда сложно добраться. Мощность такой части, по паспорту меняется от 120 до 150 Вт энергии тепла. На деле стоит ждать даже от отличного изготовителя около 100 — 120 Вт тепла.

Как говорят мне монтажники – всегда необходимо брать батареи чуть – чуть с запасом, а иначе температура в комнате будет не удобной (будет холодно).

Разумеется, всегда необходимо правильно рассчитывать батареи отопления (прочтите в данной заметке там по полкам). Тогда дома будет тепло и удобно.

Какое кол-во квт в отопительном приборе: расчеты, кол-во

Дабы теплоснабжение дома было эффективным, направляться приобрести высококачественные его детали. Перед этим — выполнить верный расчет их мощности.

Вычисления изготавливаются с учетом:

  • комнатной площади;
  • высоты ее потолка;
  • числа окон,
  • длины помещения;
  • изюминок климата в регионе.

Определить продуктивность устройств возможно самостоятельно. Для этого необходимо знать, сколько кВт в 1 части отопительного прибора из алюминия либо чугунного, стального, биметаллического аналога.

Правильный выбор

  1. Продуктивность отопительных устройств обязана составлять 10% от комнатной площади, если например высота ее потолка создает менее трех метров.
  2. Если он больще, то добавляются 30%.
  3. Для торцевого помещения необходимо добавить еще 30%.

Необходимые расчеты

По завершении определения тепловых утрат нужно выяснить продуктивность прибора (какое кол-во кВт в стальном радиаторе или других устройствах должно быть).

  1. Например, необходимо отопить помещение, площадью 15 м? и потолочной высотой 3 м.
  2. Находим его кол-во: 15•3=45 м?.
  3. Инструкция говорит, что для обогревания 1 м? в условиях Средней полосы России необходимо 41 Вт тепловой продуктивности.
  4. Значит, кол-во комнаты перемножаем на эту цифру: 45•41=1845 Вт. Такую мощность обязан иметь отопительный отопительный прибор.

Нужно обратить внимание! Если например жилье находится в регионе с жёсткими зимами, необходимо взятую цифру помножить на 1. 2 (показатель потери тепла). Итоговая цифра будет составлять 2214 Ватт.

Кол-во ребер

Потом необходимо определить количество секций в батарее. В руководствах к изделиям указывается параметр каждого их ребра.

Из нее вы установите, сколько кВт в одной части радиатора из биметалла и металлического аналога – это 150-200 Вт. Возьмём большой параметр и поделим на него неспециализированную необходимую мощность в нашем примере: 2214:200=11.07. Значит, чтобы обогреть жилую площадь необходима батарея из 11 секций.

Теплопроизводительность

В комнате отопительные устройства устанавливаются у наружной стены под проемом окна. Благодаря этого, излучаемое прибором тепло делится приемлемо. Холодный пространство с воздухом, поступающий от окон, блокируется нагретым потоком, идущим наверх от отопительного прибора.

Чугунные батареи

Чугунные аналоги имеют такие плюсы:

  • владеют длительным рабочим ресурсом;
  • имеют высокий уровень прочности;
  • они стойки к поражению коррозией;
  • прекрасно подойдут для использования в коммунальных системах, работающих на низкокачественном теплоносителе.
  • сейчас изготовители делают радиаторы из чугуна (цена их больше, чем обычных заменителей), имеющие усовершенствованный внешний вид, благодаря использованию передовых технологий отливки их корпусов.

Минусы изделий: огромная масса и тепловая инерционность.

Нижняя таблица озвучивает, сколько кВт в радиаторе из чугуна, если исходить из его модели.

Нужно обратить внимание! Дабы отопить комнату, площадью 15 м?, мощность, проще говоря кВт радиатора из чугуна, обязано быть как минимум 1.5. Говоря иначе, батарея обязана складываться из 10-12 секций.

Отопительные приборы из алюминия

Изделия из алюминия имеют огромную теплопроизводительность, чем аналоги из чугуна. При вопросе о том, сколько кВт в одной части отопительного прибора из алюминия, специалисты отвечают, что она доходит до 0.185-0.2 кВт. В конце концов для нормативного уровня прогревания пятнадцатиметрового помещения хватит 9-10 секций металлических секций.

Плюсы подобных устройств:

  • не тяжелый вес;
  • прекрасный дизайн;
  • высокий уровень теплопередачи;
  • температурой возможно руководить собственными руками с помощью термостатических вентилей.

Но изделия из алюминия не имеют такой прочности, как аналоги чугунные, например масляный отопительный прибор 2 кВт. Если из этого исходить они восприимчивы к скачкам рабочего давления в системе, на гидравлике ударам, излишне высокой температуре носителя тепла.

Нужно обратить внимание! В то время, когда возле воды уровень рН (кислотность) очень высокий, алюминий выделяет приличное количество водорода. Это очень пагубно влияет на наше здоровье. Если из этого исходить, подобного рода устройства необходимо применять в обогревательной системе, тепловой носитель в которой владеет нейтральной кислотностью.

Биметаллические изделия

Прежде чем узнать, сколько кВт в 1 части радиатора из биметалла, направляться взять во внимание, что подобные батареи владеют похожими рабочими параметрами с металлическими подобиями. Однако у них нет минусов, им отличительных.

Это мероприятие обусловила конструкция устройств.

  1. Они складываются из бронзовых или труб из стали, по которой протекает тепловой носитель.
  2. Трубки запрятаны в металлическом пластинчатом корпусе. В конце концов вода, циркулирующая изнутри, с алюминием корпуса не взаимодействует.
  3. Если из этого исходить, кислотные и механичные характеристики носителя тепла на работу и состояние прибора никоим образом не влияют.

Благодаря стали труб устройство имеет высокопрочность. Очень высокую отдачу тепла снабжают наружные алюминиевого ребра. Пробуя определить, сколько кВт в стальном радиаторе, имейте в виду, что биметалл имеет наивысшую отдачу тепла — около 0.2 кВт на одно ребро.

Узнав, сколько кВт в 1 части радиатора сделанного из стали или аналога из иного металла, вы сумеете определить теплопередачу получаемой продукции. Это разрешит вам облагородить эффективную систему отопления в собственном жилье.

Видео в этой публикации продолжает воочию сообщать вас по теме.

Расчет радиаторов отопления Часть 1


Биметаллические радиаторы — самые надежные батареи для квартир

Наша компания предлагают Вам лучшие модели биметаллических радиаторов, только лучшее, только качественное и проверенное. Наши специалисты постоянно дополняют разделы новой информацией о использовании, эксплуатации биметаллических батарей. Вся информация взята на основании высокой квалификации сотрудников, опыта монтажных и строительных организаций, приватных монтажников. Приглашаем всех клиентов посетить нашу выставку радиаторов. Если вы сомневаетесь какой выбрать, не уверены отображает ли установленная цена заявленному качеству, просто посетите нашу компанию и оцените все сами.

Полезное: Варианты подключения | Рассчитать кол-во секций | Помощь в выборе | Покраска |

Радиаторы являются неотъемлемой частью системы отопления, их основная задача – обеспечение теплового комфорта в жилых домах, торговых центрах и офисах, а также в рабочих помещениях. Рынок представляет нам большой выбор теплообменников, но в этой статье мы рассмотрим именно 

биметаллические радиаторы.

Биметаллические отопительные радиаторы – это радиаторы, которые состоят из двух металлов, стали и алюминия. Несмотря на то, что эти два материала не совместимы, друг с другом, но вместе работают довольно-таки слаженно. Это и есть их основное отличие от остальных теплообменников. Их конструкция наделяет их удивительными характеристиками. Корпус такого радиатора изготовлен из алюминия. Алюминий имеет хорошие показания теплопередачи окружающему воздуху в помещении. А стальной стержень контактирует непосредственно с теплоносителем и имеет антикоррозийные свойства и не подвергается окислению, так как подвергается алюминий. Стальной сердечник рассчитан на высокое давление и поэтому биметаллические радиаторы могут применяться в высокоэтажных домах.

Биметаллические батареи могут идеально подходить местам с нестабильным давлением и использованию некачественного теплоносителя. Это дает возможность применять биметаллические радиаторы в централизованном отоплении (где гидроудары бывают в 20 атмосфер и больше), коттеджах, торговых центрах и в административных зданиях. Для хорошей конвекции тепла в радиаторе имеются два лепестка и продольные ребра вдоль каждой секции. Благодаря этому у биметаллических радиаторов имеется высокая теплоотдача каждой секции, которая составляет до 200 Вт. Алюминий имеет хорошие природные свойства и в изготовлении податлив на приобретение нужных форм конструкции. А с этого следует подчеркнуть, что биметаллические радиаторы имеют уникальную конструкцию и все дизайнерские качества, которые с легкостью впишутся в ваш интерьер.


[bimet]

На производстве для изготовления биметаллических радиаторов используют только инновационные технологии. Стальной сердечник радиатора производиться методом литья под высоким давлением, это гарантирует противостоянию давления воды, и уравновешивает разницу влияния температуры на стальной сердечник и алюминиевого корпуса, при этом сохраняется постоянная теплоотдача. Маленький диаметр канала сокращает трехкратный объем теплоносителя. Благодаря этому биметаллический радиатор создает условия комфортного тепла в любом по типу помещении и немедленно отвечает на команды регулятора температуры.

Силиконовые прокладки, которые установлены между стыками ребер, обеспечивают надежность и герметичность соединения. Алюминиевые ребра производяться методом пресс-формы, что гарантирует гладкость поверхности и хорошую прочность всего корпуса. Покраска биметаллических радиаторов производиться в заводских условиях. Первая покраска производиться методом анафореза, а вторая порошковым напылением. Такая покраска аналогична автомобильной покраске и имеет безупречное качество, устойчива к царапинам и физическим воздействиям внешней среды, а также сохраняет первоначальный вид на долгий период времени. Благодаря инновационной технологии, разработкам и жестким проведенным тестам, в результате получается надежный и прочный отопительный прибор. А при грамотном монтаже и в дальнейшей эксплуатации отопительного прибора. Это поможет обычному потребителю максимально использовать их возможности и обеспечить радиаторам долгий срок службы.

Выставка радиаторов
Покажем, расскажем, подберем и просчитаем. Складская программа. Ждем Вас с 8.00 до 17.00 Подробнее…

[vistavka_al]

Теплоносителями могут являться пар, вода, антифриз и масло, а рабочая температура до 120 С, что значительно расширяет ряд применение радиаторов. Рабочее давление до 18 атмосфер, а при испытании радиаторы выдерживают 24 атмосферы. Довольно просты в использовании, легкие в монтаже, прочные и надежные биметаллические радиаторы способны обогревать ваше помещение даже в самую холодную пору года. Радиаторы имеют стандартный белый цвет, этот цвет нейтральный и идеально подходит к интерьеру любого помещения. Также иметься широкий ряд выбора дизайнерских биметаллических радиаторов со своей необыкновенной цветовой гаммой, которые можно выбрать специально под дизайн квартиры или другого помещения. Биметаллические радиаторы отопления стоят, как правило, дороже, чем простые алюминиевые радиаторы, но вполне окупаются более высокой надежностью. Но стоит не забывать, что выбирать нужно только у качественных проверенных производителей и лидирующих компаний в водоснабжении и отопительных системах.

Такие компании применяют исключительно современные технологии в производстве, а также подвергают радиаторы жестким испытаниям для дальнейшего потребительского применения, общий срок службы которого составляет от 40 до 50 лет.

Замена старых чугунных батарей на современные биметаллические радиаторы – наиболее оптимальное решение проблемы в жилых квартирных, высоко этажных домах. Использование в производстве высококачественных инновационных материалов обеспечивает длительную эксплуатацию приборов. Дополнительный слой стали внутри алюминиевой оболочки, дает дополнительную прочность этим радиаторам, с ними вы можете быть уверенны, что не качественный теплоноситель и временные гидроудары, не доставят вам хлопот. Высокая теплоотдача обеспечит равномерный обогрев помещения, а эстетический внешний вид конструкций придаст интерьеру завершенный оригинальный стиль.

Биметаллические батареи отопления, рекомендации по установке

Монтаж биметаллического радиатора отопления лучше всего осуществлять в соответствии всеми пунктами рекомендаций производителя данного оборудования.

Каждое изделие должно иметь свою инструкцию пользователя, в которой должен быть указан весь процесс установки такого агрегата. В некоторых случаях, если имеется хоть какое-то представление о монтаже отопительной техники, установку биметаллического радиатора можно произвести собственноручно.

Перед установкой устройства, в обязательном порядке необходимо осуществить промывку всех его деталей и коммуникаций в целом. При этом стоит избегать использования щелочного раствора. Ни в коем случае нельзя допустить утечку воды из отопительной системы, для этого стоит обойтись без использования зачистки абразивом поверхности, которые будут контактировать одна с другой.

На каждый агрегат необходимо установить ручной или автоматический клапана, через который будет осуществляться выпуск воздушной массы из системы отопления. Монтаж будет считаться правильным, если вы будете использовать многозаходную резьбу. Чтобы предупредить загрязнения рабочей зоны клапана, установите специальный фильтр на подающей в отопительную систему трубе (стояк).

Если клапан будет работать, и вы установите его правильно, он сможет закрыться разу после того, как из системы выйдет воздух. Обратите внимание, что изнутри биметаллические радиаторы отопления необходимо полностью наполнять водой.

В общем, биметаллические отопительные устройства устанавливаются таким же образом, как и обыкновенные стальные батареи. Их нужно закрепить используя специальные крепежи (крепежные муфты), в основе которых лежит сталь. В инструкции по эксплуатации биметаллического радиатор, обязательно должны быть указаны некоторые способы его установки, которые облегчат вам процесс монтажа в случае самостоятельной работы. Если же у вас не хвате времени выполнить монтаж радиатора самостоятельно, или же вы не разбираетесь в отопительной технике, лучше доверить этот процесс профилированному специалисту. Мастер по установке радиаторов выполнит монтаж отопительных устройств в максимально краткий срок, и не повредит вашу технику.

Часто задаваемые вопросы по биметаллическим радиаторам!

В чем отличие биметаллического радиатора от алюминиевого?

Алюминиевый радиатор отопления полностью состоит из алюминия, внутренний и внешний слой. Внешний слой в свою очередь проходит процесс покраски, один из важнейших этапов подготовки радиатора. Чем лучше качество покраски, тем долговечнее сам радиатор, он менее подвержен внешнему воздействию. Биметаллический радиатор состоит из внешнего алюминиевого слоя и внутреннего слоя стали. Внутренний слой стали позволяет радиатору выдерживать в 2 раза более высокое давление чем у алюминиевого радиатора. Также очень важно качество обработки алюминия и способ его покраски.


Какие преимущества биметаллических радиаторов?

Самым важным преимуществом биметаллического радиатора является его сверх прочность и возможность выдерживать гидравлические удары. Как правило рабочее давление у биметаллического радиатора 24 Бар, испытуемое 36 Бар. Этого с головой хватает на любую систему с централизованным отоплением.


Какие недостатки биметаллических радиаторов?

У биметаллического радиатора только два недостатка. Первый — это высокая цена. Второй — это зауженная пропускная способность каналов, из за дополнительного слоя стали, что иногда способствует наполнению каналов мусором, если теплоноситель не очень качественный. Поэтому например могут греть первые секции, а последние быть еле теплыми, и так далее.


На каком расстоянии от пола и стены должен быть установлен биметаллический радиатор?

Биметаллический радиатор по правилам, должен быть установлен на расстоянии не менее 10 см. От стены должен находиться на расстоянии от 3 до 5 см.


 

Расчет секций радиаторов: по площади, объему

При модернизации системы отопления помимо замены труб меняют и радиаторы. И сегодня их изготавливают из разных материалов, разных форм и размеров. Не менее важно, что у них разное тепловыделение: количество тепла, которое может передаваться воздуху. И это необходимо учитывать при расчете секций радиатора.

В помещении будет тепло, если будет компенсировано количество отводимого тепла. Поэтому в расчетах за основу берутся теплопотери помещений (они зависят от климатической зоны, от материала стен, утепления, площади окон и т. д.). Второй параметр – тепловая мощность одной секции. Это количество теплоты, которое она может отдать при максимальных параметрах системы (90°С на входе и 70°С на выходе). Эта характеристика обязательно указывается в паспорте, часто присутствует на упаковке.

Делаем расчет количества секций радиаторов отопления своими руками, учитываем особенности помещения и системы отопления

Один важный момент: при самостоятельном выполнении расчетов учитывайте, что большинство производителей укажите максимальную цифру, которую они получили в идеальных условиях. Поэтому делайте округления в большую сторону. В случае низкотемпературного отопления (температура теплоносителя на входе ниже 85°С) производят поиск теплоотдачи по соответствующим параметрам или делают перерасчет (описано ниже).

Содержание статьи

  • 1 Расчет площади
    • 1. 1 Пример расчета количества секций радиатора по площади помещения
  • 2 Считаем батареи по объему
    • 2.1 Пример расчета по объему
  • 3 Теплоотдача одной секции
  • 4 Расчет секций радиатора в зависимости от реальных условий

Расчет площади

Это простейшая методика, позволяющая примерно оценить количество секций, необходимых для обогрева помещения. На основе множества расчетов были выведены нормы средней мощности обогрева одного квадрата площади. Для учета климатических особенностей региона в СНиП были прописаны две нормы:

  • для регионов средней полосы России требуется от 60 Вт до 100 Вт;
  • для площадей выше 60° мощность нагрева на квадратный метр 150-200 Вт.

Почему такой разброс в нормах? Для того, чтобы можно было учесть материалы стен и степень утепления. Для бетонных домов берутся максимальные значения, для кирпичных можно использовать средние. Для утепленных домов — минимум. Еще одна важная деталь: данные нормы рассчитаны на среднюю высоту потолка – не выше 2,7 метра.

Как рассчитать количество секций радиатора: формула

Зная площадь помещения, вы умножаете его показатель теплопотребления, наиболее подходящий для ваших условий. Вы получаете общие теплопотери помещения. В технических данных на выбранную модель радиатора найдите тепловую мощность одной секции. Поделите общие потери тепла на мощность, вы получите их количество. Не сложно, но чтобы было понятнее, приведем пример.

Пример расчета количества секций радиаторов по площади помещения

Угловая комната 16 м 2 , в средней полосе, в кирпичном доме. Будут установлены батареи с тепловой мощностью 140 Вт.

Для кирпичного дома теплопотери принимаем в середине диапазона. Так как комната угловая, то значение лучше брать побольше. Пусть это будет 95 Вт. Тогда получается, что для обогрева помещения требуется 16 м 2 * 95 Вт = 1520 Вт.

Теперь посчитаем количество радиаторов для обогрева этого помещения: 1520 Вт / 140 Вт = 10,86 шт. Округляем, получается 11 штук. Столько секций радиатора нужно будет установить.

Расчет радиаторов на площадь прост, но далек от идеала: высота потолков вообще не учитывается. При нестандартной высоте используется другой прием: по объему.

Считаем батареи по объему

В СНиП есть нормы на отопление одного кубометра помещений. Они даны для разных типов зданий:

  • для кирпича 1 м 3 требует 34 Вт тепла;
  • для панели — 41 Вт

Этот расчет секций радиатора аналогичен предыдущему, только теперь отличается не площадь, а объем и нормы. Объем умножают на норму, полученную цифру делят на мощность одной секции радиатора (алюминиевой, биметаллической или чугунной).

Формула расчета количества секций по объему

Пример расчета по объему

Для примера рассчитаем сколько секций необходимо в помещении площадью 16 м и высотой потолков 3 метра. Здание кирпичное. Возьмем радиаторы одинаковой мощности: 140 Вт:

  • Найдите объем. 16 м 2 * 3 м = 48 м 3
  • Считаем необходимое количество тепла (норма для кирпичных строений 34 Вт). 48 м 3 * 34 Вт = 1632 Вт.
  • Определяем сколько секций нужно. 1632Вт / 140Вт = 11,66 шт. Округляем, получаем 12 штук.

Теперь вы знаете два способа расчета количества радиаторов на комнату.

Подробнее о расчете площади и объема помещения читайте здесь.

Теплообмен одной секции

На сегодняшний день ассортимент радиаторов большой. При внешнем сходстве большинства тепловые характеристики могут существенно отличаться. Они зависят от материала, из которого изготовлены, от размера, толщины стенки, внутреннего сечения и от того, насколько продумана конструкция.

Поэтому точно сказать сколько кВт в 1 секции алюминиевого (чугунного биметаллического) радиатора можно сказать только применительно к каждой модели. Эти данные указывает производитель. Ведь есть существенная разница в размерах: одни из них высокие и узкие, другие низкие и глубокие. Мощность секции одной высоты одного производителя, но разных моделей может отличаться на 15-25 Вт (см. таблицу ниже для STYLE 500 и STYLE PLUS 500). Еще более ощутимые отличия могут быть у разных производителей.

Технические характеристики некоторых биметаллических радиаторов. Обратите внимание, что тепловая мощность секций одинаковой высоты может иметь заметную разницу.

Тем не менее, для предварительной оценки того, сколько секций батарей необходимо для обогрева помещений, были выведены средние значения тепловой мощности для каждого типа радиаторов. Их можно использовать для приблизительных расчетов (данные приведены для батарей с межосевым расстоянием 50 см):

  • Биметаллические — Одна секция излучает 185 Вт (0,185 кВт).
  • Алюминий — 190 Вт (0,19 кВт).
  • Чугун — 120 Вт (0,120 кВт).

Точнее, сколько кВт в одной секции биметаллического, алюминиевого или чугунного радиатора вы сможете при выборе модели и определении размеров. Разница в чугунных батареях может быть очень большой. Они бывают с тонкими или толстыми стенками, за счет чего существенно меняется их тепловая мощность. Выше приведены средние значения для аккумуляторов обычной формы (гармошки) и близких к ней. Радиаторы в стиле «ретро» имеют гораздо меньшую тепловую мощность.

Это технические характеристики чугунных радиаторов турецкой фирмы Demir Dokum. Разница более чем существенная. Может быть и больше

На основании этих значений и средних норм в СНиП было выведено среднее количество секций радиатора на 1 м 2 :

  • биметаллическая секция обогреет 1,8 м 2 ;
  • алюминий — 1,9-2,0 м 2 ;
  • чугун — 1,4-1,5 м 2 ;

Как по этим данным рассчитать количество секций радиатора? Это еще проще. Если известна площадь комнаты, разделите ее на коэффициент. Например, комната 16 м 2 , для ее обогрева вам потребуется ориентировочно:

  • биметаллическая 16 м 2 / 1,8 м 2 = 8,88 шт, округление — 9 шт.
  • алюминий 16 м 2 / 2 м 2 = 8 шт.
  • чугун 16 м 2 / 1,4 м 2 = 11,4 шт, скруглить — 12 шт.

Эти расчеты являются приблизительными. По ним можно примерно оценить стоимость приобретения отопительных приборов. Точно рассчитать количество радиаторов на комнату можно, выбрав модель, а затем пересчитав количество в зависимости от температуры теплоносителя в вашей системе.

Расчет секций радиаторов в зависимости от реальных условий

Еще раз обращаем ваше внимание на то, что тепловая мощность одной секции батареи указана для идеальных условий. Аккумулятор будет отдавать столько тепла, если его теплоноситель на входе имеет температуру +90°С, на выходе +70°С, при этом в помещении поддерживается +20°С. То есть температурный напор системы (также называемый «дельта системы») будет 70°С. Что делать, если в вашей системе не выше +70°С на входе? или нужна комнатная температура +23°С? Пересчитайте заявленную мощность.

Для этого необходимо рассчитать температурный напор вашей системы отопления. Например, на подаче у вас +70°С, на выходе +60°С, а в помещении нужна температура +23 °С. Находим дельту вашей системы: это среднее арифметическое температур на входе и выходе минус температура в помещении.

Формула расчета температурного напора системы отопления

Для нашего случая получается: (70°С + 60°С)/2 — 23°С = 42°С. Дельта для этих условий равна 42 °С. Далее находим это значение в таблице пересчета (находится ниже) и умножаем заявленную мощность на этот коэффициент. Мы научим силе, которую этот раздел может дать для ваших условий.

Таблица коэффициентов для систем отопления с разной дельтой температур

При пересчете действуем в следующем порядке. Найдите в столбцах синего цвета строку с дельтой 42°С. Она имеет коэффициент 0,51. Теперь рассчитаем тепловую мощность 1 секции радиатора для нашего случая. Например, заявленная мощность 185 Вт, применив найденный коэффициент, получим: 185 Вт * 0,51 = 94,35 Вт. Почти в два раза меньше. Именно эту мощность необходимо подставлять при расчете секций радиатора. Только с учетом индивидуальных параметров в помещении будет тепло.

Тепловое расширение твердых тел и жидкостей

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Давать определение и описывать тепловое расширение.
  • Рассчитать линейное расширение объекта, зная его начальную длину, изменение температуры и коэффициент линейного расширения.
  • Рассчитайте объемное расширение объекта, зная его начальный объем, изменение температуры и коэффициент объемного расширения.
  • Рассчитать термическую нагрузку на объект, зная его первоначальный объем, изменение температуры, изменение объема и объемный модуль.

Рис. 1. Термокомпенсаторы, подобные этим, на мосту через гавань Окленда в Новой Зеландии позволяют мостам изменять длину без потери устойчивости. (кредит: Ingolfson, Wikimedia Commons)

Расширение спирта в термометре — один из многих часто встречающихся примеров тепловое расширение , изменение размера или объема данной массы при изменении температуры. Горячий воздух поднимается вверх, потому что его объем увеличивается, что приводит к тому, что плотность горячего воздуха становится меньше, чем плотность окружающего воздуха, вызывая выталкивающую (поднимающую) силу на горячий воздух. То же самое происходит со всеми жидкостями и газами, приводя к естественному переносу тепла вверх в домах, океанах и погодных системах. Твердые тела также подвергаются термическому расширению. Железнодорожные пути и мосты, например, имеют компенсаторы, что позволяет им свободно расширяться и сжиматься при изменении температуры.

Каковы основные свойства теплового расширения? Во-первых, тепловое расширение явно связано с изменением температуры. Чем больше изменение температуры, тем больше будет изгибаться биметаллическая полоса. Во-вторых, это зависит от материала. В термометре, например, расширение спирта намного больше, чем расширение стакана, содержащего его.

Какова основная причина теплового расширения? Как обсуждается в «Кинетической теории: атомное и молекулярное объяснение давления и температуры», повышение температуры подразумевает увеличение кинетической энергии отдельных атомов. В твердом теле, в отличие от газа, атомы или молекулы плотно упакованы вместе, но их кинетическая энергия (в виде небольших быстрых колебаний) отталкивает соседние атомы или молекулы друг от друга. Это отталкивание соседа к соседу приводит в среднем к несколько большему расстоянию между соседями и в сумме к большему размеру всего тела. Для большинства веществ в обычных условиях нет предпочтительного направления, и повышение температуры увеличивает размер твердого тела на определенную долю в каждом измерении.

Линейное тепловое расширение — тепловое расширение в одном измерении

Изменение длины Δ L пропорционально длине L . Зависимость теплового расширения от температуры, вещества и длины сводится к уравнению изменение температуры, а α — коэффициент линейного расширения , который незначительно меняется в зависимости от температуры.

В таблице 1 перечислены репрезентативные значения коэффициента линейного расширения, которые могут иметь единицы измерения 1/ºC или 1/K. Поскольку размер кельвина и градуса Цельсия одинаковы, как α , так и Δ T могут быть выражены в кельвинах или градусах Цельсия. Уравнение Δ L = αL Δ T точно для малых изменений температуры и может использоваться для больших изменений температуры, если среднее значение α используется.

«>
Таблица 1. Коэффициенты теплового расширения при 20ºC [1]
Материал Коэффициент линейного расширения α (1/ºC) Коэффициент объемного расширения β (1/ºC)
Твердые вещества
Алюминий 25 × 10 6 75 × 10 6
Латунь 19 × 10 6 56 × 10 6
Медь 17 × 10 6 51 × 10 6
Золото 14 × 10 6 42 × 10 6
Железо или сталь 12 × 10 6 35 × 10 6
Инвар (железо-никелевый сплав) 0,9 × 10 6 2,7 × 10 6
Свинец 29 × 10 6 87 × 10 6
Серебро 18 × 10 6 54 × 10 6
Стекло (обычное) 9 × 10 6 27 × 10 6
Стекло (Pyrex®) 3 × 10 6 9 × 10 6
Кварц 0,4 × 10 6 1 × 10 6
Бетон, кирпич ~12 × 10 6 ~36 × 10 6
Мрамор (средний) 2,5 × 10 6 7,5 × 10 6
Жидкости
Эфир 1650 × 10 6
Спирт этиловый 1100 × 10 6
Бензин 950 × 10 6
Глицерин 500 × 10 6
Меркурий 180 × 10 6
Вода 210 × 10 6
Газы
Воздух и большинство других газов при атмосферном давлении 3400 × 10 6

Пример 1.

Расчет линейного теплового расширения: Мост Золотые Ворота

Главный пролет моста Золотые Ворота в Сан-Франциско имеет длину 1275 м в самый холодный период. Мост подвергается воздействию температур от от 15ºC до 40ºC. Как изменится его длина между этими температурами? Предположим, что мост сделан полностью из стали.

Стратегия

Используйте уравнение линейного теплового расширения Δ 9{\circ}\text{C}\right)=0,84\text{ м}\\[/latex]

Обсуждение

Хотя это изменение длины невелико по сравнению с длиной моста, оно заметно. Обычно он распространяется на множество компенсационных швов, так что расширение в каждом шве невелико.

Тепловое расширение в двух и трех измерениях

Объекты расширяются во всех измерениях, как показано на рисунке 2. То есть их площади и объемы, а также их длины увеличиваются с температурой. Отверстия также увеличиваются с температурой. Если вы прорежете отверстие в металлической пластине, оставшийся материал расширится точно так же, как если бы заглушка оставалась на месте. Пробка станет больше, а значит и отверстие тоже должно стать больше. (Представьте, что кольцо соседних атомов или молекул на стенке отверстия отталкивает друг друга все дальше друг от друга по мере повышения температуры. Очевидно, что кольцо соседей должно немного увеличиваться, поэтому отверстие становится немного больше).

Тепловое расширение в двух измерениях

При небольших изменениях температуры изменение площади Δ A определяется как Δ A = 2αAΔ T , где Δ A , A T — изменение температуры, а α — коэффициент линейного расширения, который незначительно меняется с температурой.

Рис. 2. Обычно объекты расширяются во всех направлениях при повышении температуры. На этих рисунках исходные границы объектов показаны сплошными линиями, а расширенные границы — пунктирными линиями. а) Площадь увеличивается, потому что увеличиваются и длина, и ширина. Площадь круглой пробки также увеличивается. (b) Если заглушка удалена, отверстие, которое она оставляет, становится больше с повышением температуры, как если бы расширяющаяся заглушка оставалась на месте. в) Объем также увеличивается, потому что увеличиваются все три измерения. 9. Это уравнение обычно записывается как Δ V = βV Δ T , где β — коэффициент объемного расширения , а β ≈ 3α. Обратите внимание, что значения β в таблице 1 почти точно равны 3α.

Обычно объекты расширяются при повышении температуры. Вода является наиболее важным исключением из этого правила. Вода расширяется с повышением температуры (ее плотность уменьшается ), когда он находится при температуре выше 4ºC (40ºF). Однако он расширяется с , снижая температуру , когда она находится в диапазоне от +4ºC до 0ºC (от 40ºF до 32ºF). Вода наиболее плотная при +4ºC. (См. рис. 3.) Пожалуй, самым ярким эффектом этого явления является замерзание воды в пруду. Когда вода у поверхности остывает до 4ºC, она становится более плотной, чем оставшаяся вода, и поэтому опускается на дно. Этот «обмен» приводит к образованию слоя более теплой воды у поверхности, которая затем охлаждается. В конце концов, пруд имеет равномерную температуру 4ºC. Если температура в поверхностном слое падает ниже 4ºC, вода имеет меньшую плотность, чем вода ниже, и, таким образом, остается ближе к поверхности. В результате поверхность пруда может полностью замерзнуть. Лед поверх жидкой воды обеспечивает изолирующий слой от суровых зимних температур наружного воздуха. Рыба и другие водные организмы могут выжить подо льдом в воде с температурой 4ºC из-за этой необычной характеристики воды. Он также производит циркуляцию воды в пруду, что необходимо для здоровой экосистемы водоема.

Рис. 3. Плотность воды в зависимости от температуры. Обратите внимание, что тепловое расширение на самом деле очень мало. Максимальная плотность при +4ºC всего на 0,0075 % больше плотности при 2ºC и на 0,012 % больше плотности при 0ºC.

Установление соединений: соединения в реальном мире — заправка бака

Рис. 4. Поскольку при повышении температуры газ расширяется больше, чем бензобак, летом вы не сможете проехать на пустом месте столько миль, сколько в летнее время. зима. (кредит: Гектор Алехандро, Flickr)

Различия в тепловом расширении материалов могут привести к интересным эффектам на заправочной станции. Одним из примеров является капание бензина из только что заправленного бака в жаркий день. Бензин стартует при температуре земли под заправкой, которая ниже температуры воздуха над ней. Бензин охлаждает стальной бак, когда он заполнен. И бензин, и стальной бак расширяются при нагревании до температуры воздуха, но бензин расширяется гораздо больше, чем сталь, поэтому он может перелиться через край.

Эта разница в расширении также может вызвать проблемы при интерпретации показаний указателя уровня бензина. Фактическое количество (масса) бензина, оставшегося в баке, когда датчик показывает «пусто», летом намного меньше, чем зимой. Бензин имеет тот же объем, что и зимой, когда загорается индикатор «добавьте топливо», но из-за того, что бензин расширился, масса стала меньше. Если вы привыкли проезжать еще 40 миль «пустым» зимой, будьте осторожны — летом вы, вероятно, выбежите гораздо быстрее.

Пример 2. Расчет теплового расширения: газ по сравнению с бензобаком

Предположим, что ваш стальной бензобак объемом 60,0 л (15,9 галлона) заполнен газом, поэтому и бак, и бензин имеют температуру 15,0ºC. Сколько бензина вылилось к моменту их прогрева до 35,0ºC?

Стратегия

Бак и бензин увеличиваются в объеме, но бензин увеличивается больше, поэтому количество пролитого равно разнице в изменении их объема. (Бензиновый бак можно рассматривать как твердую сталь.) Мы можем использовать уравнение для расширения объема, чтобы вычислить изменение объема бензина и бака.

раствор
  1. Используйте уравнение для расширения объема для расчета увеличения объема стального бака: Δ V S = β S V . . 01020102010201020102010201020102010102.
  2. Увеличение объема бензина определяется следующим уравнением: Δ V газ = β газ V газ Δ T .
  3. Найдите разницу в объеме, чтобы определить количество пролитого как 9{\circ}\text{C}\right)\\ & =& 1\text{.}\text{10}\text{L}\end{array}\\[/latex]

    Обсуждение

    Это количество является значительным, особенно для бака на 60,0 л. Эффект настолько поразителен, потому что бензин и сталь быстро расширяются. Скорость изменения термических свойств обсуждается в главе «Тепло и методы теплопередачи».

    Если вы попытаетесь плотно закрыть бак, чтобы предотвратить переполнение, вы обнаружите, что он все равно протекает, либо вокруг крышки, либо из-за разрыва бака. Плотное сжатие расширяющегося газа эквивалентно его сжатию, а как жидкости, так и твердые тела сопротивляются сжатию с чрезвычайно большими силами. Чтобы избежать разрыва жестких контейнеров, эти контейнеры имеют воздушные зазоры, которые позволяют им расширяться и сжиматься, не нагружая их.

    Термическое напряжение

    Термическое напряжение создается тепловым расширением или сжатием (см. Упругость: напряжение и деформация для обсуждения напряжения и деформации). Термическое напряжение может быть разрушительным, например, когда расширяющийся бензин разрывает бак. Это также может быть полезно, например, когда две детали соединяются вместе путем нагревания одной в процессе производства, затем надевания ее на другую и охлаждения комбинации. Термический стресс может объяснить многие явления, такие как выветривание горных пород и дорожного покрытия из-за расширения льда при замерзании.

    Пример 3. Расчет термического напряжения: давление газа

    Какое давление создастся в баке с бензином, рассматриваемом в примере 2, если температура бензина увеличится с 15,0ºC до 35,0ºC без расширения? Предположим, что объемный модуль B для бензина равен 1,00 × 10 9 Н/м 2 .

    Стратегия

    Чтобы решить эту задачу, мы должны использовать следующее уравнение, которое связывает изменение объема Δ V с давлением:

    [латекс]\Delta{V}=\frac{1}{B}\frac{F}{A}V_0\\[/latex]

    , где [латекс]\frac{F}{A}\\ [/latex] — давление, V 0 — исходный объем, а B — модуль объемного сжатия используемого материала. Мы будем использовать количество, пролитое в Примере 2, как изменение объема, Δ V .

    Решение
    1. Переформулируйте уравнение для расчета давления: [латекс]P=\frac{F}{A}=\frac{\Delta{V}}{V_0}B\\[/latex].
    2. Вставьте известные значения. Модуль объемного сжатия бензина равен 9.7\text{ Па}\\[/латекс].
    Обсуждение

    Это давление примерно 2500 фунтов/дюйм 2 , намного больше, чем может выдержать бензобак.

    Силы и давления, создаваемые термическим напряжением, обычно такие же большие, как и в приведенном выше примере. Железнодорожные пути и проезжие части могут деформироваться в жаркие дни, если на них недостаточно компенсационных швов. (См. рис. 5.) Линии электропередач провисают больше летом, чем зимой, и ломаются в холодную погоду, если провисание недостаточное. Трещины в оштукатуренных стенах открываются и закрываются по мере того, как дом нагревается и остывает. Стеклянные кастрюли треснут при быстром или неравномерном охлаждении из-за дифференциального сжатия и создаваемых им напряжений. (Pyrex® менее чувствителен из-за его малого коэффициента теплового расширения.) Корпусам высокого давления ядерных реакторов угрожает чрезмерно быстрое охлаждение, и, хотя ни один из них не вышел из строя, некоторые охлаждались быстрее, чем считалось желательным. Когда продукты замораживаются, биологические клетки разрушаются, что ухудшает их вкус. Многократное оттаивание и замораживание усугубляют ущерб. Даже океаны могут быть затронуты. Значительная часть повышения уровня моря в результате глобального потепления связана с тепловым расширением морской воды.

    Рис. 5. Термическое напряжение способствует образованию выбоин. (кредит: Editor5807, Wikimedia Commons)

    Металл регулярно используется в человеческом теле для изготовления тазобедренных и коленных имплантатов. Большинство имплантатов со временем необходимо заменять, потому что, среди прочего, металл не сцепляется с костью. Исследователи пытаются найти лучшие металлические покрытия, которые позволили бы связывать металл с костью. Одна из задач состоит в том, чтобы найти покрытие с коэффициентом расширения, аналогичным коэффициенту расширения металла. Если коэффициенты расширения слишком разные, термические напряжения в процессе производства приводят к трещинам на границе раздела покрытие-металл.

    Другой пример термического стресса обнаружен во рту. Зубные пломбы могут расширяться иначе, чем зубная эмаль. Это может вызывать боль при употреблении мороженого или горячего напитка. В пломбе могут появиться трещины. Металлические пломбы (золото, серебро и др.) заменяются композитными пломбами (фарфор), имеющими меньшие коэффициенты расширения и более близкие к зубным.

    Проверьте свое понимание

    Два блока, A и B, сделаны из одного и того же материала. Блок А имеет размеры L × W × H = L × 2 L × L и блок B имеет размеры 2 L × 2 L × 2 L 02 Если температура изменится, то

    1. изменение объема двух блоков,
    2. изменение площади поперечного сечения l × w и
    3. изменение высоты h двух блоков?

    Рис. 6.

    Solution
    1. Изменение объема пропорционально исходному объему. Блок А имеет объем л × 2 л × л = 2 л 3 .   Блок B имеет объем 2 л × 2 л × 2 л = 8 л 3 , , что в 4 раза больше объема блока B. должно быть в 4 раза больше изменения объема блока А.
    2. Изменение площади пропорционально площади. Площадь поперечного сечения блока А составляет л × 2 л = 2 л 2 , в то время как блок B равен 2 л × 2 л = 4 90 л 902,2 Поскольку площадь поперечного сечения блока B в два раза больше, чем у блока A, изменение площади поперечного сечения блока B в два раза больше, чем у блока A.
    3. Изменение высоты пропорционально исходной высоте. Поскольку первоначальная высота блока B в два раза больше высоты блока A, изменение высоты блока B в два раза больше высоты блока A.

    Резюме раздела

    • Тепловое расширение — это увеличение или уменьшение размера (длины, площади или объема) тела из-за изменения температуры.
    • Тепловое расширение велико для газов и относительно мало, но им можно пренебречь, для жидкостей и твердых тел.
    • Линейное тепловое расширение: Δ L = α L Δ T , где Δ L — изменение длины L , Δ T — линейное изменение температуры, а α — линейный коэффициент расширение, незначительно зависящее от температуры.
    • Изменение площади из-за теплового расширения равно Δ A = 2α A Δ T , где Δ A — изменение площади.
    • Изменение объема из-за теплового расширения равно Δ В = βВ Δ Т , где β — коэффициент объемного расширения, а β ≈ 3α. Термическое напряжение создается, когда тепловое расширение ограничено.

    Концептуальные вопросы

    1. Термические нагрузки, вызванные неравномерным охлаждением, могут легко разбить стеклянную посуду. Объясните, почему Pyrex®, стекло с малым коэффициентом линейного расширения, менее восприимчиво.
    2. Вода значительно расширяется при замерзании: происходит увеличение объема примерно на 9%. В результате этого расширения и из-за образования и роста кристаллов при замерзании воды от 10% до 30% биологических клеток разрываются при замораживании животного или растительного материала. Обсудите последствия этого повреждения клеток для перспективы сохранения человеческих тел путем замораживания, чтобы их можно было разморозить в будущем, когда есть надежда, что все болезни будут излечимы.
    3. Один из способов плотной посадки, скажем, металлического штифта в отверстии в металлическом блоке, заключается в изготовлении штифта немного большего размера, чем отверстие. Затем штифт вставляется при температуре, отличной от температуры блока. Должен ли блок быть горячее или холоднее штифта во время вставки? Поясните свой ответ.
    4. Действительно ли помогает налить горячую воду на плотную металлическую крышку стеклянной банки, прежде чем пытаться ее открыть? Поясните свой ответ.
    5. Жидкости и твердые тела расширяются при повышении температуры, потому что увеличивается кинетическая энергия атомов и молекул тела. Объясните, почему некоторые материалы сжимаются при повышении температуры.

    Задачи и упражнения

    1. Измеренная высота монумента Вашингтона составляет 170 м в день, когда температура составляет 35,0ºC. Какой будет его высота в день, когда температура понизится до –10,0ºC? Хотя памятник сделан из известняка, предположим, что коэффициент теплового расширения у него такой же, как у мрамора.
    2. Насколько выше станет Эйфелева башня в конце дня, когда температура повысится на 15ºC? Его первоначальная высота составляет 321 м, и можно предположить, что он сделан из стали.
    3. Как изменится длина столбика ртути длиной 3,00 см, если его температура изменится с 37,0 °С до 40,0 °С, если предположить, что ртуть не стеснена?
    4. Какой температурный зазор следует оставлять между стальными железнодорожными рельсами, если максимальная температура на них может быть на 35,0ºC выше, чем при укладке? Их первоначальная длина составляет 10,0 м.
    5. Вы хотите купить небольшой участок земли в Гонконге. Цена «всего» $60 000 за квадратный метр! В титуле на землю указано, что размеры 20 м × 30 м. На сколько изменилась бы общая цена, если бы вы измерили посылку стальной рулеткой в ​​день, когда температура была на 20ºC выше нормы?
    6. Глобальное потепление приведет к повышению уровня моря частично из-за таяния ледяных шапок, но также из-за расширения воды по мере повышения средней температуры океана. Чтобы получить некоторое представление о величине этого эффекта, рассчитайте изменение длины столба воды высотой 1,00 км при повышении температуры на 1,00ºC. Обратите внимание, что этот расчет является приблизительным, поскольку потепление океана неравномерно с глубиной.
    7. Покажите, что 60,0 л бензина при исходной температуре 15,0 °C расширяются до 61,1 л при нагревании до 35,0 °C, как утверждается в примере 2.
    8. (a) Предположим, что метровый стержень из стали и из инвара (сплав железа и никеля) имеют одинаковую длину при 0ºC. Чем отличается их длина при 22,0°С? (b) Повторите расчет для двух геодезических лент длиной 30,0 м.
    9. (a) Если стеклянный стакан вместимостью 500 мл наполнить до краев этиловым спиртом при температуре 5,00°С, сколько выльется из него, когда его температура достигнет 22,0°С? б) Насколько меньше воды вылилось бы при тех же условиях?
    10. В большинстве автомобилей имеется бачок охлаждающей жидкости для сбора охлаждающей жидкости, которая может перелиться при горячем двигателе. Радиатор изготовлен из меди и заполнен до 16,0 л при температуре 10,0ºC. Какой объем жидкости радиатора переполнится, когда радиатор и жидкость достигнут своей рабочей температуры 95,0°C, при условии, что объемный коэффициент расширения жидкости равен β = 400 × 10 –6 /°C? Обратите внимание, что этот коэффициент является приблизительным, поскольку большинство автомобильных радиаторов имеют рабочую температуру выше 95,0ºС.
    11. Физик заваривает чашку растворимого кофе и замечает, что по мере охлаждения кофе его уровень в стеклянной чашке падает на 3,00 мм. Покажите, что это снижение не может быть вызвано тепловым сжатием, рассчитав снижение уровня, если 350 см3 кофе находится в чашке диаметром 7,00 см и температура понизится с 95,0°C до 45,0°C. (Большая часть падения уровня происходит из-за выхода пузырьков воздуха.)
    12. (a) Плотность воды при 0ºC составляет почти 1000 кг/м3 (фактически 999,84 кг/м 3 ), тогда как плотность льда при 0ºC составляет 917 кг/м 3 . Рассчитайте давление, необходимое для предотвращения расширения льда при замерзании, пренебрегая влиянием такого большого давления на температуру замерзания. (Эта задача дает вам лишь представление о том, насколько велики могут быть силы, связанные с замерзанием воды.) (б) Каковы последствия этого результата для замороженных биологических клеток?
    13. Покажите, что β ≈ 3α, рассчитав изменение объема Δ V куб со сторонами длиной L .

    Глоссарий

    тепловое расширение:  изменение размера или объема объекта при изменении температуры

    коэффициент линейного расширения:  α, изменение длины на единицу длины при изменении температуры на 1ºC; константа, используемая при расчете линейного расширения; коэффициент линейного расширения зависит от материала и в некоторой степени от температуры материала

    коэффициент объемного расширения:   β , изменение объема на единицу объема на 1ºC изменения температуры

    тепловое напряжение: напряжение, вызванное тепловым расширением или сжатием

    1. 169,98 м

    3. 5,4 × 10 −6 м

    5. Поскольку площадь становится меньше, цена земли УМЕНЬШАЕТСЯ примерно на 17 000 долларов США.

    7. [латекс]\begin{array}{lll}V& =& {V}_{0}+\Delta V={V}_{0}\left(1+\beta \Delta T\right) \\ & =& \left(\text{60}\text{.}\text{00 L}\right)\left[1+\left(\text{9){\circ}\text{C}\right)\right]\\ & =& \text{61}\text{.}1\text{L}\end{array}\\[/latex]

    9 . (а) 9,35 мл; (б) 7,56 мл

    11. 0,832 мм

    13. Мы знаем, как длина изменяется с температурой: Δ L = α L 0 Δ T . Также мы знаем, что объем куба связан с его длиной как В = л 3 , поэтому окончательный объем равен В = В 0 + Δ В = ( Д 0  + Δ Д ) 3 . Substituting for Δ L gives  = ( L 0   + α L 0 Δ T ) = L 0 3 (1 + αΔ T ) 3 .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*