Kapacitet vode i pare. Definicija i primjena

Danas ćemo govoriti o tome koji je toplinski kapacitet (uključujući vodu), koje je vrste i gdje se koristi taj fizički izraz. Također ćemo pokazati koliko je ova vrijednost korisna za vodu i paru, zašto to trebate znati i kako ona utječe na naš svakodnevni život.

Pojam toplinskog kapaciteta

Ta fizička količina se tako često koristi u vanjskom svijetu i znanosti da prvo morate razgovarati o tome. Prva definicija zahtijevat će određenu spremnost od čitatelja, barem u diferencijalima. Tako je tjelesni toplinski kapacitet u fizici definiran kao omjer prirasta beskonačno male količine topline prema odgovarajućoj infinitezimalnoj količini temperature.

Količina topline

Kakva je temperatura, ionako, razumije se gotovo sve. Sjetite se da "količina topline" nije samo fraza, već pojam koji označava energiju koju tijelo gubi ili dobiva kada se razmjenjuje s okolinom. Ta se količina mjeri količinom kalorija. Ova jedinica je poznata svim ženama koje su na dijeti. Drage dame, sada znate da spalite na traci za trčanje i da je svaki pojedeni komad hrane (ili ostavljen na tanjuru) jednak. Dakle, svako tijelo čije promjene temperature doživljavaju povećanje ili smanjenje količine topline. Omjer ovih količina je toplinski kapacitet.

Primjena toplinskog kapaciteta

Međutim, stroga definicija fizičkog koncepta o kojem razmišljamo rijetko se koristi sama od sebe. Iznad smo rekli da se vrlo često koristi u svakodnevnom životu. Oni koji nisu voljeli fiziku u školi sada su vjerojatno zbunjeni. I podići ćemo veo tajnovitosti i reći ćemo vam da se vruća (pa čak i hladna) voda u slavini iu cijevima za grijanje pojavljuje samo kroz izračune toplinskog kapaciteta.

Ovu vrijednost uzimaju i vremenski uvjeti koji određuju je li već moguće otvoriti sezonu kupanja ili dok je vrijedno ostati na obali. Na te izračune utječe svaki uređaj povezan s grijanjem ili hlađenjem (uljni hladnjak, hladnjak), svi troškovi energije za kuhanje (na primjer, u kafiću) ili ulični meki sladoled. Kao što možete razumjeti, govorimo o takvoj vrijednosti kao što je toplinski kapacitet vode. Bilo bi glupo pretpostaviti da prodavači i obični potrošači to čine, ali inženjeri, dizajneri, proizvođači su sve uzeli u obzir i uložili odgovarajuće parametre u kućanske aparate. Međutim, izračuni toplinskog kapaciteta koriste se mnogo šire: u hidro turbinama i proizvodnji cementa, u ispitivanju legura za zrakoplove ili vlakove, u graditeljstvu, taljenju, hlađenju. Čak i istraživanje prostora temelji se na formulama koje sadrže tu vrijednost.

Vrste toplinskog kapaciteta

Dakle, u svim praktičnim primjenama koriste relativnu ili specifičnu toplinu. Definiran je kao količina topline (napomena, nema beskonačno malih količina) potrebnih za zagrijavanje jedinične količine tvari za jedan stupanj. Stupnjevi na ljestvicama Kelvina i Celsiusa su isti, ali u fizici je uobičajena ta količina nazvati u prvim jedinicama. Ovisno o tome kako se izražava jedinica količine tvari, razlikuje se masa, volumen i molarni specifični toplinski kapacitet. Podsjetimo se da je jedan mol količina tvari koja sadrži oko šest do deset do dvadeset trećeg stupnja molekula. Ovisno o zadatku, koristi se odgovarajući toplinski kapacitet, a njihova se oznaka u fizici razlikuje. Maseni toplinski kapacitet označen je kao C i izražen je u J / kg * K, volumetrijski - C '(J / m ³ * K), molarni - C _μ (J / mol * K).

Savršen plin

Ako je problem riješen savršen plin onda je za njega izraz drugačiji. Sjetite se da u tvari koja ne postoji u stvarnosti, atomi (ili molekule) ne djeluju međusobno. Ta kvaliteta drastično mijenja svojstva idealnog plina. Stoga, tradicionalni pristupi izračunima neće dati željeni rezultat. Idealni plin je potreban kao model za opisivanje elektrona u metalu, na primjer. Njegov toplinski kapacitet je definiran kao broj stupnjeva slobode čestica od kojih se sastoji.

Agregacija

Čini se da su za tvar sve fizičke karakteristike iste u svim uvjetima. Ali nije. Pri prelasku u drugo agregatno stanje (tijekom taljenja i zamrzavanja leda, tijekom isparavanja ili skrućivanja rastaljenog aluminija), ova se vrijednost mijenja s trzajem. Tako se toplinski kapacitet vode i vodene pare razlikuju. Kao što ćemo vidjeti u nastavku, značajno. Ova razlika snažno utječe na uporabu i tekućih i plinovitih sastojaka ove tvari.

Kapacitet grijanja i topline

Kao što je čitatelj već primijetio, toplinski kapacitet vode najčešće se pojavljuje u stvarnom svijetu. On je izvor života, bez kojeg je naše postojanje nemoguće. Potreban joj je muškarac. Stoga je od davnina do modernog doba uvijek postojao zadatak isporuke vode kućama i biljkama ili poljima. Dobro za one zemlje koje imaju pozitivnu temperaturu tijekom cijele godine. Stari su Rimljani izgradili akvadukt da opskrbljuju svoje gradove ovim vrijednim resursom. Ali gdje je zima, ova metoda ne bi odgovarala. Poznato je da led ima veći specifični volumen od vode. To znači da ih smrzavanjem u cijevima uništava zbog širenja. Tako su inženjeri centralnog grijanja i isporuka tople i hladne vode u svoje domove suočeni sa zadatkom kako to izbjeći.

Toplinski kapacitet vode, uzimajući u obzir dužinu cijevi, dat će potrebnu temperaturu kojoj je potrebno zagrijati kotlove. Međutim, naše su zime vrlo hladne. I na sto stupnjeva Celzija već dolazi do ključanja. U toj situaciji spašava se specifični toplinski kapacitet. vodena para. Kao što je gore navedeno, agregatno stanje mijenja tu vrijednost. Pa, u kotlovima koji nose naše domove toplo, postoji jako pregrijana para. Zbog činjenice da ima visoku temperaturu, stvara nevjerojatan pritisak, tako da kotlovi i cijevi koje vode do njih moraju biti vrlo izdržljivi. U ovom slučaju, čak i mala rupa, vrlo malo curenje može dovesti do eksplozije. Toplinski kapacitet vode ovisi o temperaturi i nelinearan je. To znači da će zagrijavanje od dvadeset do trideset stupnjeva zahtijevati različitu količinu energije nego, recimo, od sto pedeset do sto šezdeset.

Za sve radnje koje utječu na zagrijavanje vode, to treba uzeti u obzir, osobito kada je riječ o velikim količinama. Toplinski kapacitet pare, poput mnogih njegovih svojstava, ovisi o tlaku. Na istoj temperaturi kao i tekuće stanje, plinoviti ima gotovo četiri puta manje toplinskog kapaciteta.

Hlađenje vodom

Iznad smo dali mnogo primjera zašto je potrebno zagrijavati vodu i kako je potrebno uzeti u obzir vrijednost toplinskog kapaciteta. Međutim, još nismo rekli da među svim raspoloživim resursima planeta ova tekućina ima prilično visok pokazatelj potrošnje energije za grijanje. Ovo svojstvo se često koristi za hlađenje.

Kako je toplinski kapacitet vode visok, on će učinkovito i brzo oduzeti višak energije. To se koristi u proizvodnji, u visokotehnološkoj opremi (na primjer, u laserima). Da, i kod kuće, vjerojatno znamo da je najučinkovitiji način za hlađenje kuhanih jaja ili vruće tave ispiranje pod hladnom slavinom iz slavine.

I princip djelovanja atomskog nuklearni reaktori općenito izgrađena na visokom toplinskom kapacitetu vode. Vruća zona, kako i samo ime kaže, ima nevjerojatno visoku temperaturu. Samim se grijanjem voda time hladi sustav, sprečavajući da se reakcija vrti izvan kontrole. Tako dobivamo potrebnu električnu energiju (grijana para rotira turbine), a nema katastrofe.