Hittekapasiteit is die vermoë om sekere hoeveelhede hitte tydens verhitting te absorbeer of af te gee wanneer dit afgekoel word. Die hittekapasiteit van 'n liggaam is die verhouding van 'n oneindige hoeveelheid hitte wat 'n liggaam ontvang tot die ooreenstemmende toename in sy temperatuuraanwysers. Die waarde word gemeet in J/K. In die praktyk word 'n effens ander waarde gebruik - spesifieke hitte.
Definisie
Wat beteken spesifieke hitte? Dit is 'n hoeveelheid wat verband hou met 'n enkele hoeveelheid van 'n stof. Gevolglik kan die hoeveelheid van 'n stof in kubieke meter, kilogram of selfs in mol gemeet word. Waarvan hang dit af? In fisika hang die hittekapasiteit direk af van watter kwantitatiewe eenheid dit verwys, wat beteken dat hulle tussen molêre, massa en volumetriese hittekapasiteit onderskei. In die konstruksiebedryf sal jy nie molêre mates sien nie, maar jy sal heeltyd ander sien.
Wat beïnvloed spesifieke hittekapasiteit?
Wat is hittekapasiteit, jy weet, maar watter waardes die aanwyser beïnvloed, is nog nie duidelik nie. Die waarde van spesifieke hittekapasiteit word direk deur verskeie komponente beïnvloed:stoftemperatuur, druk en ander termodinamiese eienskappe.
Namate die temperatuur van 'n produk toeneem, neem die spesifieke hittekapasiteit toe, maar sekere stowwe vertoon 'n heeltemal nie-lineêre kurwe in hierdie verhouding. Byvoorbeeld, met 'n toename in temperatuuraanwysers van nul tot sewe en dertig grade, begin die spesifieke hittekapasiteit van water afneem, en as die limiet tussen sewe en dertig en honderd grade is, sal die aanwyser, inteendeel, verhoog.
Dit is opmerklik dat die parameter ook afhang van hoe die termodinamiese eienskappe van die produk (druk, volume, ensovoorts) toegelaat word om te verander. Byvoorbeeld, die spesifieke hitte by stabiele druk en by stabiele volume sal anders wees.
Hoe om die parameter te bereken?
Stel jy belang in wat is die hittekapasiteit? Die berekeningsformule is soos volg: C \u003d Q / (m ΔT). Wat is hierdie waardes? Q is die hoeveelheid hitte wat die produk ontvang wanneer dit verhit word (of vrygestel word deur die produk tydens afkoeling). m is die massa van die produk, en ΔT is die verskil tussen die finale en aanvanklike temperature van die produk. Hieronder is 'n tabel van die hittekapasiteit van sommige materiale.
Wat van die hittekapasiteitberekening?
Om die hittekapasiteit te bereken is nie 'n maklike taak nie, veral as slegs termodinamiese metodes gebruik word, is dit onmoontlik om dit meer presies te doen. Daarom gebruik fisici die metodes van statistiese fisika of kennis van die mikrostruktuur van produkte. Hoe om te bereken vir gas? Verhitte kapasiteit van gasword bereken uit die berekening van die gemiddelde energie van termiese beweging van individuele molekules in 'n stof. Die bewegings van molekules kan van 'n translasie- en rotasietipe wees, en binne 'n molekule kan daar 'n hele atoom of vibrasie van atome wees. Klassieke statistiek sê dat daar vir elke vryheidsgraad van rotasie- en translasiebewegings 'n waarde in die molêre hittekapasiteit van die gas is, wat gelyk is aan R / 2, en vir elke vibrasiegraad van vryheid is die waarde gelyk aan R Hierdie reël word ook die gelykverdelingswet genoem.
Terselfdertyd verskil 'n deeltjie van 'n monoatomiese gas slegs met drie translasiegrade van vryheid, en daarom behoort sy hittekapasiteit gelyk te wees aan 3R/2, wat in uitstekende ooreenstemming met eksperiment is. Elke diatomiese gasmolekule het drie translasie-, twee rotasie- en een vibrasiegrade van vryheid, wat beteken dat die ekwipartisiewet 7R/2 sal wees, en ondervinding het getoon dat die hittekapasiteit van 'n mol van 'n diatomiese gas by gewone temperatuur 5R/ is. 2. Hoekom was daar so 'n teenstrydigheid in teorie? Alles is te wyte aan die feit dat wanneer die hittekapasiteit vasgestel word, dit nodig sal wees om verskeie kwantum-effekte in ag te neem, met ander woorde, om kwantumstatistiek te gebruik. Soos jy kan sien, is hittekapasiteit 'n taamlik ingewikkelde konsep.
Kwantummeganika sê dat enige stelsel van deeltjies wat ossilleer of roteer, insluitend 'n gasmolekule, sekere diskrete energiewaardes kan hê. As die energie van termiese beweging in die geïnstalleerde stelsel onvoldoende is om ossillasies van die vereiste frekwensie op te wek, dra hierdie ossillasies nie by tothittekapasiteit van die stelsel.
In vaste stowwe is die termiese beweging van atome 'n swak ossillasie naby sekere ewewigsposisies, dit is van toepassing op die nodusse van die kristalrooster. 'n Atoom het drie vibrasiegrade van vryheid en, volgens die wet, is die molêre hittekapasiteit van 'n vaste stof gelyk aan 3nR, waar n die aantal bestaande atome in die molekule is. In die praktyk is hierdie waarde die limiet waartoe die hittekapasiteit van die liggaam by hoë temperature neig. Die waarde word bereik met normale temperatuurveranderinge in baie elemente, dit geld vir metale, sowel as eenvoudige verbindings. Die hittekapasiteit van lood en ander stowwe word ook bepaal.
Wat van lae temperature?
Ons weet reeds wat hittekapasiteit is, maar as ons van lae temperature praat, hoe sal die waarde dan bereken word? As ons praat van lae temperatuur-aanwysers, dan blyk die hittekapasiteit van 'n soliede liggaam dan eweredig te wees aan T 3 of die sogenaamde Debye-hittekapasiteitwet. Die hoofkriterium om hoë temperature van lae te onderskei, is die gewone vergelyking daarvan met 'n kenmerkende parameter vir 'n bepaalde stof - dit kan die kenmerkende of Debye-temperatuur qD wees. Die voorgestelde waarde word bepaal deur die vibrasiespektrum van atome in die produk en hang aansienlik af van die kristalstruktuur.
In metale lewer geleidingselektrone 'n sekere bydrae tot die hittekapasiteit. Hierdie deel van die hittekapasiteit word bereken met behulp vanFermi-Dirac-statistieke, wat elektrone in ag neem. Die elektroniese hittekapasiteit van 'n metaal, wat eweredig is aan die gewone hittekapasiteit, is 'n relatief klein waarde, en dit dra slegs by tot die hittekapasiteit van die metaal by temperature naby aan absolute nul. Dan word die roosterhittekapasiteit baie klein en kan dit afgeskeep word.
Massa-hittekapasiteit
Massspesifieke hitte is die hoeveelheid hitte wat tot 'n eenheidsmassa van 'n stof gebring moet word om die produk per eenheidstemperatuur te verhit. Hierdie waarde word deur die letter C aangedui en dit word gemeet in joules gedeel deur 'n kilogram per kelvin - J / (kg K). Dit gaan alles oor die massa hittekapasiteit.
Wat is volumetriese hittekapasiteit?
Volume hittekapasiteit is 'n sekere hoeveelheid hitte wat by 'n eenheidsvolume van 'n produk gevoeg moet word om dit per eenheidstemperatuur te verhit. Hierdie aanwyser word gemeet in joules gedeel deur 'n kubieke meter per kelvin of J / (m³ K). In baie gebou-naslaanboeke is dit die massa-spesifieke hittekapasiteit by die werk wat in ag geneem word.
Praktiese toepassing van hittekapasiteit in die konstruksiebedryf
Baie hitte-intensiewe materiale word aktief gebruik in die konstruksie van hittebestande mure. Dit is uiters belangrik vir huise wat deur periodieke verhitting gekenmerk word. Byvoorbeeld, oond. Hitte-intensiewe produkte en mure wat daaruit gebou is, versamel hitte perfek, stoor dit tydens verhittingsperiodes en stel hitte geleidelik vry nadat dit afgeskakel isstelsel, wat dus toelaat om 'n aanvaarbare temperatuur deur die dag te handhaaf.
So, hoe meer hitte in die struktuur gestoor word, hoe gemakliker en stabieler sal die temperatuur in die kamers wees.
Dit is opmerklik dat gewone baksteen en beton wat in behuisingskonstruksie gebruik word, 'n baie laer hittekapasiteit het as uitgebreide polistireen. As ons ekowol neem, is dit drie keer meer hitteverbruik as beton. Daar moet kennis geneem word dat in die formule vir die berekening van die hittekapasiteit, dit nie verniet is dat daar massa is nie. As gevolg van die groot massa van beton of baksteen, in vergelyking met ecowool, kan dit groot hoeveelhede hitte in die klipmure van strukture ophoop en alle daaglikse temperatuurskommelings glad maak. Slegs 'n klein massa isolasie in alle raamhuise, ten spyte van die goeie hittekapasiteit, is die swakste area vir alle raamtegnologieë. Om hierdie probleem op te los, word indrukwekkende hitte-akkumulators in alle huise geïnstalleer. Wat dit is? Dit is strukturele dele wat gekenmerk word deur 'n groot massa met 'n redelik goeie hittekapasiteit-indeks.
Voorbeelde van hitte-akkumulators in die lewe
Wat kan dit wees? Byvoorbeeld, 'n soort interne baksteenmure, 'n groot stoof of kaggel, betonstroke.
Meubels in enige huis of woonstel is 'n uitstekende hitte-akkumulator, want laaghout, spaanbord en hout kan eintlik hitte net per kilogram gewig drie keer meer as die berugte baksteen berg.
Is daar enige nadele in hitte-akkumulators? Natuurlik is die grootste nadeel van hierdie benaderingdie feit dat die hitte-akkumulator ontwerp moet word in die stadium van die skep van 'n raamhuisuitleg. Alles te danke aan die feit dat dit baie swaar is, en dit sal in ag geneem moet word wanneer die fondament geskep word, en stel jou dan voor hoe hierdie voorwerp in die binneland geïntegreer sal word. Dit is die moeite werd om te sê dat dit nodig is om nie net die massa in ag te neem nie, dit sal nodig wees om beide eienskappe in die werk te evalueer: massa en hittekapasiteit. As jy byvoorbeeld goud met 'n ongelooflike gewig van twintig ton per kubieke meter as 'n hitteberging gebruik, dan sal die produk funksioneer soos dit net drie-en-twintig persent beter behoort te wees as 'n betonkubus, wat twee en 'n half ton weeg.
Watter stof is die beste geskik vir 'n hitteberging?
Die beste produk vir 'n hitte-akkumulator is glad nie beton en baksteen nie! Koper, brons en yster doen 'n goeie werk hiervan, maar hulle is baie swaar. Vreemd genoeg, maar die beste hitte-akkumulator is water! Die vloeistof het 'n indrukwekkende hittekapasiteit, die grootste onder die stowwe wat tot ons beskikking is. Slegs heliumgasse (5190 J / (kg K) en waterstof (14300 J / (kg K)) het meer hittekapasiteit, maar dit is problematies om in die praktyk toe te pas. Indien verlang en nodig, sien die hittekapasiteitstabel van die stowwe wat jy benodig.
