Топлинна мощност на вода и пара. Определение и приложение

Днес ще говорим за това какъв е топлинният капацитет (включително водата), какъв тип е то и къде се използва този термин. Ще ви покажем и колко полезна е тази стойност за водата и парата, защо трябва да го знаете и как тя влияе на нашето ежедневие.

Концепцията за топлинния капацитет

Тази физическа величина толкова често се използва във външния свят и науката, че първо трябва да говорим за него. Първата дефиниция ще изисква известна готовност от страна на читателя, поне в диференциала. Така, топлинният капацитет на едно тяло се определя във физиката като отношението на нарастването на безкрайно малкото количество топлина към съответното безкрайно малко количество температура.

Количество топлина

Каква е температурата, така или иначе, разбирате почти всичко. Спомнете си, че "количеството топлина" не е просто фраза, а термин, обозначаващ енергията, която тялото губи или печели, когато се обменя с околната среда. Това количество се измерва в калории. Тази единица е позната на всички жени, които са на диета. Уважаеми дами, сега знаете, че изгаряте на бягаща пътека и това, което всяка част от ядената храна (или оставена на плоча) е равна на. По този начин всяко тяло, чиито температурни промени претърпяват увеличаване или намаляване на количеството топлина. Съотношението на тези количества е топлинната мощност.

Приложение на топлинната мощност

Въпреки това строгото определение на физическата концепция, която разглеждаме, рядко се използва само по себе си. По-горе казахме, че много често се използва в ежедневието. Тези, които не харесват физиката в училище, сега вероятно са объркани. И ние ще вдигнем завесата на тайна и ще ви кажем, че горещата (и дори студена) вода в кранчето и в тръбите за отопление се появява само чрез изчисленията на топлинния капацитет.

Тази стойност се отчита и при метеорологичните условия, които определят дали вече е възможно да се открие плувния сезон или докато си струва да останем на брега. Всяко устройство, свързано с отопление или охлаждане (маслоохладител, хладилник), всички енергийни разходи за готвене (например в кафене) или уличен мек сладолед се влияят от тези изчисления. Както разбирате, говорим за такава стойност като топлинния капацитет на водата. Би било глупаво да се предположи, че продавачите и обикновените потребители правят това, но инженерите, дизайнерите, производителите са взели предвид и са инвестирали подходящите параметри в домакинските уреди. Изчисленията на топлинния капацитет обаче се използват много по-широко: при хидротурбините и производството на цимент, при изпитването на сплави за самолети или влакове, в строителството, топене, охлаждане. Дори космическите изследвания се основават на формули, съдържащи тази стойност.

Видове топлинен капацитет

Така че във всички практически приложения те използват относително или специфична топлина. Той се определя като количество топлина (бележка, безкрайно малки количества), необходими за нагряване на единично количество вещество с една степен. Степените по скалите на Келвин и Целзий са еднакви, но във физиката е обичайно да се нарича това количество в първите единици. В зависимост от това как се изразява единица количество от веществото, се различава маса, обем и моларен специфичен топлинен капацитет. Припомнете си, че един мол е количество вещество, което съдържа около шест до десет до двадесет и трета степен на молекули. В зависимост от задачата се използва съответният топлинен капацитет, обозначаването им във физиката е различно. Масовият топлинен капацитет се обозначава като C и се изразява в J / kg * K, обемно - C '(J / m ³ * K), моларно - C _μ (J / mol * K).

Перфектен газ

Ако проблемът е решен перфектен газ тогава за него изразът е различен. Припомнете си, че в вещество, което не съществува в действителност, атомите (или молекулите) не взаимодействат помежду си. Това качество драстично променя свойствата на идеалния газ. Следователно традиционните подходи към изчисленията няма да дадат желания резултат. Идеален газ е необходим като модел за описване на електрони в метал, например. Топлинният му капацитет се определя като броя на степените на свобода на частиците, от които се състои.

Агрегирано състояние

Изглежда, че за дадено вещество всички физически характеристики са еднакви при всички условия. Но това не е така. При преместване в друго състояние на агрегация (по време на топене и замразяване на лед, по време на изпаряване или втвърдяване на стопен алуминий), тази стойност се променя с тласък. Така топлинният капацитет на водата и водните пари се различават. Както ще видим по-долу, значително. Тази разлика силно влияе върху използването на течните и газообразните съставки на това вещество.

Отопление и топлинна мощност

Както вече е забелязал читателят, топлинният капацитет на водата най-често се появява в реалния свят. Това е източникът на живота, без него нашето съществуване е невъзможно. Тя се нуждае от мъж. Следователно, от древни времена до модерни времена, винаги е имало задача да се доставя вода до домовете и растенията или нивите. Добре е за онези страни, които имат положителна температура през цялата година. Древните римляни построили акведукти, за да снабдяват градовете си с този ценен ресурс. Но там, където има зима, този метод не би бил подходящ. Известно е, че ледът има по-голям специфичен обем от водата. Това означава, че замразяването в тръбите ги унищожава поради разширяването. Така, инженерите на централно отопление и доставката на топла и студена вода в домовете им са изправени пред задачата как да го избегнат.

Топлинният капацитет на водата, като се вземе предвид дължината на тръбите, ще даде необходимата температура, до която е необходимо да се загреят котлите. Въпреки това, нашите зими са много студени. И при сто градуса по Целзий вече се получава кипене. В тази ситуация спасява специфичен топлинен капацитет. водна пара. Както е отбелязано по-горе, агрегатното състояние променя тази стойност. Е, в котлите, които носят домовете ни топли, има силно прегрята пара. Поради факта, че той има висока температура, той създава невероятен натиск, така че котлите и тръбите, водещи до тях, трябва да бъдат много издръжливи. В този случай дори малка дупка, много малка теч може да доведе до експлозия. Топлинният капацитет на водата зависи от температурата и е нелинейна. Това означава, че загряването му от двадесет до тридесет градуса ще изисква различно количество енергия, отколкото, да речем, от сто и петдесет до сто и шестдесет.

За всяко действие, което засяга нагряването на вода, това трябва да се вземе предвид, особено когато става въпрос за големи обеми. Топлинният капацитет на парата, подобно на много от неговите свойства, зависи от налягането. При същата температура като течното състояние, газообразният има почти четири пъти по-малък топлинен капацитет.

Водно охлаждане

По-горе, ние дадохме много примери за това защо е необходимо да се загрява водата и как е необходимо да се вземе предвид топлинният капацитет. Все още обаче не сме казали, че сред всички налични ресурси на планетата тази течност има доста висок показател за потреблението на енергия за отопление. Това свойство често се използва за охлаждане.

Тъй като топлинният капацитет на водата е висок, той ефективно и бързо ще отнеме излишната енергия. Той се използва в производството, в високотехнологичното оборудване (например в лазери). Да, и у дома, вероятно знаем, че най-ефективният начин за охлаждане на варени яйца или горещ тиган е да се изплаква под студена кран от чешмата.

И принципа на действие на атома ядрени реактори обикновено се изгражда върху високата топлинна мощност на водата. Горещата зона, както подсказва името, има изключително висока температура. Самото загряване на водата по този начин охлажда системата, като предотвратява протичането на реакцията. Така получаваме необходимото електричество (загрятата пара върти турбините) и няма катастрофа.