Теплоемкость: определение и термины
Теплоемкость (также теплоаккумулирующая способность) является параметром из термодинамики. Он описывает, сколько тепла требуется для повышения температуры среды или тела на один Кельвин или один градус Цельсия. Он имеет формулу «С» и может быть указан в килоджоулях на Кельвин, ватт-часах на Кельвин или киловатт-часах на Кельвин. Преобразование из килоджоулей в единицу киловатт-часов, которое является более распространенным в повседневной жизни, легко выполняется с помощью делителя 3600. Один килоджоул соответствует 0,27 ватт-часам или 0,00027 киловатт-часам. Важно знать, что количество теплоемкости всегда зависит от массы соответствующего вещества. Сколько тепловой энергии может поглотить определенная масса веществазависит от его теплоаккумулирующей способности и изменения температуры. Мы объясним, что это значит, на практическом примере.
Удельная теплоемкость
Помимо теплоемкости специалисты также говорят о удельной теплоемкости. Это имеет символ формулы «с» (маленький с) и описывает теплоаккумулирующую способность определенного количества вещества. В то время как спецификации обычно делаются в килоджоулях на килограмм и в Кельвинах, также можно сослаться на кубический метр. Удельная теплоемкость газов очень сильно зависит от того, могут ли они расширяться или нет при нагревании. Чтобы принять это во внимание, специалисты различают изобарную и изохорную теплоаккумулирующую способность.
Изобарная теплоемкость газов
Изобарная теплоемкость описывает, сколько тепла требуется для нагрева кубического метра газа на один градус Цельсия при постоянном давлении. Газ может свободно расширяться в комнате. Символ формулы для константы вещества - «cp».
Изохорная теплоемкость газов
Изохорная теплоемкость описывает, сколько тепла требуется для нагрева кубического метра газа на градус Цельсия при постоянном объеме. Например, газ находится в закрытом контейнере и не может расширяться. Однако при повышении температуры давление возрастает. Изохорная теплоемкость меньше изобарной и может быть обозначена формулой «cv».
Теплоемкость различных веществ
Если вещество обладает высокой удельной теплоемкостью, оно поглощает больше энергии в зависимости от его массы. Например, бетон имеет теплоемкость 0,879 килоджоулей на килограмм и Кельвина. Чтобы нагреть один килограмм бетона на один градус Цельсия, требуется 0,879 килоджоуля или 0,243 ватт-часа. Вода, с другой стороны, имеет удельную теплоемкость 4,19 килоджоулей на килограмм и Кельвина. Чтобы нагреть килограмм или литр воды, требуется значительно больше энергии. Но вода также выделяет значительно больше энергии, когда она остывает. Одна из причин, почему отопительная вода течет через трубы отопления в наших домах. Он может поглощать, хранить и транспортировать много тепла.
В следующей таблице представлен обзор теплоаккумулирующих свойств различных веществ.
|
Материал / ткань |
Удельная теплоемкость (в кДж / (кг * К)) |
|---|---|
| вести | 0,129 |
| медь | 0,381 |
| стали | 0,477 |
| цемент | 0,754 |
| бетон | 0,879 |
| известняковый | 1,0 |
| лед | 1,377 до 2,1 |
| Дерево | 1,70 |
| воск | 2931 |
| шоколад | 3,18 |
| Вода с 45-процентным гликолем (защита от замерзания) | 3,33 |
| Вода (при 20 градусах Цельсия) | 4,19 |
Теплоемкость в отопительной технике
На практике знание удельной теплоемкости может быть использовано для расчета процессов или систем. Это позволяет специалистам определить количество тепла в буферном хранилище или требуемую пропускную способность нагреваемой воды на радиаторах и трубах. Кроме того, теплоемкость является важным фактором при расчете теплообменника и его конструкции.
Сколько энергии хранит накопитель тепла?
Сколько энергии содержит буферный или слоистый резервуар для хранения, зависит от подачи воды и изменения температуры. Если нагреватель нагревает 100 литров воды от десяти до 50 градусов по Цельсию, это приносит 4,65 киловатт-часа.
- Количество тепла (Q в киловатт-часах) = масса (м в килограммах) x удельная теплоемкость (c в килоджоулях на килограмм и Кельвин) x повышение температуры (dT в Кельвинах) / 3600
- Расчет: (100 литров воды х 4,19 килоджоулей на килограмм и кельвин х 40 кельвин) / 3600 = 4,65 киловатт-часов
Пример показывает: чем больше нагревается вода, тем больше тепла содержит хранилище.
Сколько тепла переносит отопительная вода?
Тот же самый подход может также использоваться, чтобы вычислить, сколько отопительной воды требуется, чтобы транспортировать определенное количество энергии через дом. Изменение температуры - это разброс, то есть разница между температурой потока и температурой возврата среды. Например, если радиатор требует 1000 Вт при разбросе 10 градусов по Цельсию, через него должно протекать около 86 литров воды для обогрева в час.
- Массовый расход (в литрах в час) = тепловой поток (в ваттах) x 3600 / (удельная теплоемкость (в килоджоулях на килограмм и Кельвин) x разброс (dT в Кельвинах)
- Расчет: (1000 Вт х 3600) / (4,19 кДж / кг и Кельвин х 10 Кельвин) = 85,9 кг / ч
Результат помогает определить размеры нагревательных труб соответственно. Это также является обязательным условием для гидравлической балансировки и конструкции теплового насоса.