Жылу сыйымдылығы - қыздыру кезінде белгілі бір мөлшердегі жылуды сіңіру немесе салқындаған кезде бөлу мүмкіндігі. Дененің жылу сыйымдылығы деп дене алатын жылу мөлшерінің шексіз аз мөлшерінің оның температуралық көрсеткіштерінің сәйкес өсуіне қатынасын айтады. Мән Дж/К арқылы өлшенеді. Іс жүзінде сәл басқаша мән пайдаланылады - меншікті жылу.
Анықтама
Меншікті жылу нені білдіреді? Бұл заттың бір ғана мөлшеріне қатысты шама. Тиісінше, заттың мөлшерін текше метрмен, килограмммен немесе тіпті мольмен өлшеуге болады. Ол неге байланысты? Физикада жылу сыйымдылығы оның қай сандық бірлікке жататынына тікелей байланысты, яғни олар молярлық, массалық және көлемдік жылу сыйымдылықты ажыратады. Құрылыс индустриясында молярлық өлшемдерді көрмейсіз, бірақ басқаларды үнемі көресіз.
Меншікті жылу сыйымдылығына не әсер етеді?
Жылу сыйымдылығы дегеніміз не, білесіз бе, бірақ индикаторға қандай мәндер әсер ететіні әлі белгісіз. Меншікті жылу сыйымдылығының мәніне бірнеше компоненттер тікелей әсер етеді:зат температурасы, қысым және басқа термодинамикалық сипаттамалар.
Өнімнің температурасы жоғарылаған сайын оның меншікті жылу сыйымдылығы артады, бірақ кейбір заттар бұл қатынаста мүлдем сызықты емес қисық сызығын көрсетеді. Мысалы, температура көрсеткіштерінің нөлден отыз жеті градусқа дейін жоғарылауымен судың меншікті жылу сыйымдылығы төмендей бастайды, ал егер шек отыз жетіден жүз градусқа дейін болса, онда көрсеткіш, керісінше, ұлғайту.
Айта кетейік, параметр сонымен қатар өнімнің термодинамикалық сипаттамаларының (қысым, көлем және т.б.) өзгеруіне қалай рұқсат етілгеніне байланысты. Мысалы, тұрақты қысымда және тұрақты көлемдегі меншікті жылу әртүрлі болады.
Параметрді қалай есептеу керек?
Жылу сыйымдылығы қандай екендігі сізді қызықтырады ма? Есептеу формуласы келесідей: C \u003d Q / (m ΔT). Бұл құндылықтар қандай? Q – өнім қыздырғанда алатын (немесе салқындату кезінде өнім бөлетін) жылу мөлшері. m – өнімнің массасы, ал ΔT – өнімнің соңғы және бастапқы температураларының айырмашылығы. Төменде кейбір материалдардың жылу сыйымдылығының кестесі берілген.
Жылу сыйымдылығын есептеу туралы не деуге болады?
Жылу сыйымдылығын есептеу оңай жұмыс емес, әсіресе тек термодинамикалық әдістер қолданылса, оны дәлірек орындау мүмкін емес. Сондықтан физиктер статистикалық физика әдістерін немесе өнімдердің микроқұрылымын білуді пайдаланады. Газды қалай есептеу керек? Газдың жылу сыйымдылығызаттағы жеке молекулалардың жылулық қозғалысының орташа энергиясын есептеуден есептеледі. Молекулалардың қозғалыстары трансляциялық және айналмалы типті болуы мүмкін, ал молекуланың ішінде тұтас атом немесе атомдардың тербелісі болуы мүмкін. Классикалық статистика айналу және ілгерілемелі қозғалыстардың әрбір еркіндік дәрежесі үшін газдың молярлық жылу сыйымдылығында R / 2-ге тең шама бар, ал әрбір діріл еркіндік дәрежесі үшін мән R-ге тең болады дейді. Бұл ережені тең бөлу заңы деп те атайды.
Бұл ретте моноатомды газдың бөлшегі тек үш ілгерілемелі еркіндік дәрежесімен ерекшеленеді, сондықтан оның жылу сыйымдылығы 3R/2-ге тең болуы керек, бұл тәжірибемен тамаша үйлеседі. Әрбір екі атомды газ молекуласының үш ілгерілемелі, екі айналмалы және бір тербеліс еркіндік дәрежесі бар, бұл теңдік заңы 7R/2 болады, ал тәжірибе көрсеткендей, екі атомды газдың мольінің қарапайым температурадағы жылу сыйымдылығы 5R/ тең. 2. Неліктен теорияда мұндай сәйкессіздік болды? Мұның бәрі жылу сыйымдылығын орнату кезінде әртүрлі кванттық әсерлерді есепке алу, басқаша айтқанда, кванттық статистиканы қолдану қажет болатындығына байланысты. Көріп отырғаныңыздай, жылу сыйымдылығы өте күрделі ұғым.
Кванттық механика газ молекуласын қоса алғанда, тербелетін немесе айналатын бөлшектердің кез келген жүйесінде белгілі бір дискретті энергия мәндері болуы мүмкін дейді. Егер орнатылған жүйедегі жылулық қозғалыс энергиясы қажетті жиіліктегі тербелістерді қоздыру үшін жеткіліксіз болса, онда бұл тербелістержүйенің жылу сыйымдылығы.
Қатты денелерде атомдардың жылулық қозғалысы белгілі бір тепе-теңдік позицияларының жанында әлсіз тербеліс болып табылады, бұл кристалдық тордың түйіндеріне қатысты. Атомның үш еркіндік дәрежесі бар және заңға сәйкес қатты дененің молярлық жылу сыйымдылығы 3nR, тең, мұндағы n – молекуладағы бар атомдар саны. Іс жүзінде бұл шама дененің жылу сыйымдылығы жоғары температураға ұмтылатын шек болып табылады. Мәнге көптеген элементтердегі қалыпты температураның өзгеруімен қол жеткізіледі, бұл металдарға, сондай-ақ қарапайым қосылыстарға қатысты. Қорғасынның және басқа заттардың жылу сыйымдылығы да анықталады.
Төмен температура ше?
Біз жылу сыйымдылығының не екенін білеміз, бірақ төмен температура туралы айтатын болсақ, онда мән қалай есептеледі? Егер біз төмен температуралық көрсеткіштер туралы айтатын болсақ, онда қатты дененің жылу сыйымдылығы T 3 немесе Дебай жылу сыйымдылық заңы деп аталатын заңға пропорционал болады. Жоғары температураны төмен температурадан ажыратудың негізгі критерийі оларды белгілі бір зат үшін сипаттамалық параметрмен әдеттегі салыстыру болып табылады - бұл сипаттама немесе Дебай температурасы qD болуы мүмкін. Ұсынылған мән өнімдегі атомдардың діріл спектрімен белгіленеді және кристалдық құрылымға айтарлықтай тәуелді.
Металдарда өткізгіш электрондар жылу сыйымдылығына белгілі бір үлес қосады. Жылу сыйымдылығының бұл бөлігі арқылы есептеледіЭлектрондарды есепке алатын Ферми-Дирак статистикасы. Кәдімгі жылу сыйымдылығына пропорционал металдың электронды жылу сыйымдылығы салыстырмалы түрде аз шама болып табылады және ол абсолютті нөлге жақын температурада ғана металдың жылу сыйымдылығына ықпал етеді. Сонда тордың жылу сыйымдылығы өте аз болады және оны елемеуге болады.
Массалық жылу сыйымдылығы
Массалық меншікті жылу дегеніміз өнімді температура бірлігіне қыздыру үшін заттың бірлік массасына жеткізу керек жылу мөлшері. Бұл мән С әрпімен белгіленеді және ол келвинге килограммға бөлінген джоульмен өлшенеді - Дж / (кг К). Мұның бәрі массалық жылу сыйымдылығына қатысты.
Көлемдік жылу сыйымдылығы дегеніміз не?
Көлемді жылусыйымдылық – өнімді температура бірлігіне қыздыру үшін оның көлеміне қосу қажет жылудың белгілі бір мөлшері. Бұл көрсеткіш келвинге немесе Дж / (м³ К) текше метрге бөлінген джоульмен өлшенеді. Көптеген құрылыс анықтамалықтарында жұмыс кезіндегі массалық меншікті жылу сыйымдылығы қарастырылады.
Жылу қуатын құрылыс индустриясында практикалық қолдану
Ыстыққа төзімді қабырғаларды тұрғызуда көптеген жылуды қажет ететін материалдар белсенді қолданылады. Бұл мерзімді жылытумен сипатталатын үйлер үшін өте маңызды. Мысалы, пеш. Жылуды көп қажет ететін бұйымдар мен олардан жасалған қабырғалар жылуды тамаша жинақтайды, оны қыздыру уақытында сақтайды және сөнгеннен кейін жылуды біртіндеп шығарады.жүйе, осылайша күні бойы қолайлы температураны сақтауға мүмкіндік береді.
Сонымен, құрылымда неғұрлым көп жылу сақталса, бөлмелердегі температура соғұрлым ыңғайлы және тұрақты болады.
Тұрғын үй құрылысында қолданылатын қарапайым кірпіш пен бетонның жылу сыйымдылығы кеңейтілген полистиролға қарағанда әлдеқайда төмен екенін атап өткен жөн. Егер экожүнді алсақ, онда ол бетоннан үш есе көп жылуды қажет етеді. Айта кету керек, жылу сыйымдылығын есептеу формуласында массаның бар екендігі бекер емес. Бетонның немесе кірпіштің үлкен массасына байланысты, экожүнмен салыстырғанда, ол құрылымдардың тас қабырғаларында үлкен жылу мөлшерін жинақтауға және температураның барлық тәуліктік ауытқуларын тегістеуге мүмкіндік береді. Барлық рамалық үйлерде оқшаулаудың аз ғана массасы, жақсы жылу сыйымдылығына қарамастан, барлық рамалық технологиялар үшін ең әлсіз аймақ болып табылады. Бұл мәселені шешу үшін барлық үйлерде әсерлі жылу аккумуляторлары орнатылған. Бұл не? Бұл айтарлықтай жақсы жылу сыйымдылық индексі бар үлкен массамен сипатталатын құрылымдық бөліктер.
Өмірдегі жылу аккумуляторларының мысалдары
Бұл не болуы мүмкін? Мысалы, ішкі кірпіш қабырғалардың қандай да бір түрі, үлкен пеш немесе камин, бетон төсемдері.
Кез келген үйдегі немесе пәтердегі жиһаз тамаша жылу аккумуляторы болып табылады, өйткені фанер, ДСП және ағаш атышулы кірпіштен үш есе көп салмақтың әр килограммына жылуды сақтай алады.
Жылу аккумуляторларының кемшіліктері бар ма? Әрине, бұл тәсілдің негізгі кемшілігіжылу аккумуляторын рамалық үй макетін құру кезеңінде жобалау қажет екендігі. Мұның бәрі оның өте ауыр екендігіне байланысты, және бұл іргетас құру кезінде ескеру қажет, содан кейін бұл нысан интерьерге қалай біріктірілетінін елестетіңіз. Айта кету керек, тек массаны ғана емес, жұмыста екі сипаттаманы да бағалау қажет: массалық және жылу сыйымдылығы. Мысалы, егер сіз жылу қоймасы ретінде бір текше метріне 20 тонна керемет салмағы бар алтынды пайдалансаңыз, онда өнім салмағы екі жарым тонна бетон текшеден жиырма үш пайызға ғана жақсы жұмыс істейтін болады.
Қандай зат жылу сақтау үшін қолайлы?
Жылу аккумуляторы үшін ең жақсы өнім бетон және кірпіш мүлде емес! Мыс, қола және темір жақсы жұмыс істейді, бірақ олар өте ауыр. Бір қызығы, бірақ ең жақсы жылу аккумуляторы - су! Сұйықтықтың әсерлі жылу сыйымдылығы бар, ол бізге қол жетімді заттардың ішіндегі ең үлкені. Тек гелий газдары (5190 Дж / (кг К) және сутегі (14300 Дж / (кг К)) көбірек жылу сыйымдылыққа ие, бірақ оларды іс жүзінде қолдану қиын. Қаласаңыз және қажет болса, сіз заттардың жылу сыйымдылығы кестесін қараңыз. қажет.
