Toplotna zmogljivost vode in pare. Opredelitev in uporaba

Danes bomo govorili o tem, kakšna je toplotna zmogljivost (vključno z vodo), katere vrste je in kje se uporablja ta fizični izraz. Pokazali bomo tudi, kako koristna je ta vrednost za vodo in paro, zakaj jo morate poznati in kako to vpliva na naše vsakdanje življenje.

Koncept toplotne zmogljivosti

Ta fizična količina se tako pogosto uporablja v zunanjem svetu in znanosti, da morate o tem najprej govoriti. Prva definicija bo od bralca zahtevala nekaj pripravljenosti, vsaj v razlikah. Torej je telesna toplotna zmogljivost v fiziki definirana kot razmerje povečanj neskončno majhne količine toplote in ustrezne infinitezimalne temperature.

Količina toplote

Kakšna je temperatura, vseeno, razumeti skoraj vse. Spomnimo se, da »količina toplote« ni le besedna zveza, temveč izraz, ki označuje energijo, ki jo telo izgubi ali pridobi, ko se izmenjuje z okoljem. Ta količina se meri v kalorijah. Ta enota je znana vsem ženskam, ki so na dieti. Drage dame, zdaj veste, da ste spali na tekočem traku in da je vsak kos hrane (ali levo na krožniku) enak. Vsako telo, katerega temperaturne spremembe se soočajo s povečanjem ali zmanjšanjem količine toplote. Razmerje teh količin je toplotna zmogljivost.

Uporaba toplotne zmogljivosti

Vendar pa se stroga opredelitev fizičnega koncepta, ki ga obravnavamo, sama po sebi redko uporablja. Zgoraj smo rekli, da se zelo pogosto uporablja v vsakdanjem življenju. Tisti, ki fizike v šoli niso marali, so verjetno zmedeni. In dvignili bomo tančico tajnosti in vam povedali, da se vroča (in celo hladna) voda v pipi in v ceveh za ogrevanje pojavlja le z izračuni toplotne zmogljivosti.

To upoštevajo tudi vremenske razmere, ki določajo, ali je sezono kopanja že mogoče odpreti ali pa je vredno ostati na obali. Na te izračune vplivajo vse naprave, povezane z ogrevanjem ali hlajenjem (oljni hladilnik, hladilnik), vsi stroški energije za kuhanje (na primer v kavarni) ali ulični mehki sladoled. Kot lahko razumete, govorimo o taki vrednosti kot toplotna zmogljivost vode. Bilo bi neumno domnevati, da prodajalci in navadni potrošniki to počnejo, vendar so inženirji, oblikovalci, proizvajalci vse upoštevali in vložili ustrezne parametre v gospodinjske aparate. Vendar pa se izračuni toplotne zmogljivosti uporabljajo veliko bolj široko: pri hidro turbinah in proizvodnji cementa, pri preskušanju zlitin za letala ali vlake, v gradbeništvu, taljenju in hlajenju. Tudi vesoljske raziskave temeljijo na formulah, ki vsebujejo to vrednost.

Vrste toplotne zmogljivosti

Torej v vseh praktičnih aplikacijah uporabljajo relativne ali specifične toplote. Opredeljen je kot toplote (opomba, brez neskončno majhnih količin), potrebnih za segrevanje enote količine snovi za eno stopnjo. Stopnje na lestvicah Kelvina in Celzija so enake, v fiziki pa je običajno, da to količino imenujemo v prvih enotah. Glede na to, kako je enota količine snovi izražena, se razlikuje masa, volumen in specifična toplotna moč. Spomnimo se, da je en mol količina snovi, ki vsebuje približno šest do deset do triindvajsete stopnje molekul. Glede na nalogo se uporablja ustrezna toplotna zmogljivost, njihova fizikalna oznaka pa je drugačna. Masna toplotna kapaciteta je označena kot C in je izražena v J / kg * K, volumetrična - C '(J / m ³ * K), molarna - C _μ (J / mol * K).

Popoln plin

Če je problem rešen popoln plin potem je za njega izraz drugačen. Spomnimo se, da v snovi, ki v resnici ne obstaja, atomi (ali molekule) ne vplivajo drug na drugega. Ta kakovost drastično spremeni lastnosti idealnega plina. Zato tradicionalni pristopi k izračunom ne bodo dali želenega rezultata. Idealni plin je potreben kot model za opisovanje elektronov v kovini, na primer. Njegova toplotna zmogljivost je opredeljena kot število stopenj svobode delcev, ki jih sestavljajo.

Agregacijsko stanje

Zdi se, da so za snov vse fizikalne lastnosti enake v vseh pogojih. Ampak ni. Pri prehodu v drugo agregatno stanje (med taljenjem in zamrzovanjem ledu, med izhlapevanjem ali strjevanjem staljenega aluminija) se ta vrednost spremeni z sunkom. Tako se toplotna zmogljivost vode in vodne pare razlikuje. Kot bomo videli spodaj, bistveno. Ta razlika močno vpliva na uporabo tekočih in plinastih sestavin te snovi.

Ogrevanje in toplotna zmogljivost

Kot je bralec že opazil, se toplotna zmogljivost vode najpogosteje pojavi v resničnem svetu. Je vir življenja, brez katerega je naš obstoj nemogoč. Potrebuje moškega. Zato je od antičnih časov do sodobnosti vedno obstajala naloga dostave vode domovom in rastlinam ali poljem. Dobro za tiste države, ki imajo pozitivno temperaturo skozi vse leto. Stari Rimljani so zgradili vodovode za oskrbo svojih mest s tem dragocenim virom. Toda kjer je zima, ta metoda ne bi ustrezala. Znano je, da ima led večji specifični volumen kot voda. To pomeni, da jih zaradi zamrzovanja v ceveh uniči. Inženirji centralnega ogrevanja in dostava tople in hladne vode v svoje domove se soočata z nalogo, kako se temu izogniti.

Toplotna zmogljivost vode, upoštevajoč dolžino cevi, bo dala potrebno temperaturo, do katere je potrebno ogrevati kotle. Vendar so naše zime zelo hladne. In pri sto stopinjah Celzija že pride do vrenja. V tem primeru se rešuje specifična toplotna zmogljivost. vodna para. Kot je navedeno zgoraj, agregatno stanje spremeni to vrednost. Torej, v kotlih, ki prenašajo naše domove toplo, je zelo pregreta para. Ker ima visoko temperaturo, ustvarja neverjeten pritisk, zato morajo biti kotli in cevi, ki vodijo do njih, zelo trpežni. V tem primeru lahko celo majhna luknja povzroči eksplozijo. Toplotna zmogljivost vode je odvisna od temperature in je nelinearna. To pomeni, da bo ogrevanje od dvajset do trideset stopinj zahtevalo drugačno količino energije kot recimo od sto petdeset do sto šestdeset.

Pri vseh ukrepih, ki vplivajo na segrevanje vode, je treba to upoštevati, zlasti pri velikih količinah. Toplotna zmogljivost pare je, tako kot mnoge njene lastnosti, odvisna od tlaka. Pri isti temperaturi kot tekoče stanje ima plinasto gorivo skoraj štirikrat manjšo toplotno moč.

Vodno hlajenje

Zgoraj smo navedli veliko primerov, zakaj je potrebno ogrevati vodo in kako je treba upoštevati količino toplotne zmogljivosti. Vendar pa še nismo povedali, da ima med vsemi razpoložljivimi viri planeta ta tekočina precej visok indikator porabe energije za ogrevanje. Ta lastnost se pogosto uporablja za hlajenje.

Ker je toplotna zmogljivost vode visoka, bo učinkovito in hitro odnesla odvečno energijo. Uporablja se v proizvodnji, v visokotehnološki opremi (na primer v laserjih). Da, in doma, verjetno vemo, da je najučinkovitejši način za hlajenje kuhanih jajc ali vroče ponev, da se splaknejo pod hladno pipo iz pipe.

In načelo delovanja atomske jedrskih reaktorjev običajno zgrajena na visoki toplotni zmogljivosti vode. Vroča cona, kot že ime pove, ima izjemno visoko temperaturo. S tem, ko se ogreva, voda ohladi sistem in tako prepreči, da bi se reakcija predala. Tako dobimo potrebno električno energijo (ogrevana para zavrti turbine) in ni katastrofe.