La capacitat calorífica és la capacitat d'absorbir determinades quantitats de calor durant l'escalfament o desprendre's quan es refreda. La capacitat calorífica d'un cos és la relació entre una quantitat infinitesimal de calor que rep un cos i l'augment corresponent dels seus indicadors de temperatura. El valor es mesura en J/K. A la pràctica, s'utilitza un valor lleugerament diferent: calor específica.
Definició
Què significa calor específica? Aquesta és una quantitat relacionada amb una única quantitat d'una substància. En conseqüència, la quantitat d'una substància es pot mesurar en metres cúbics, quilograms o fins i tot en mols. De què depèn? En física, la capacitat calorífica depèn directament de quina unitat quantitativa es refereix, el que significa que distingeixen entre la capacitat calorífica molar, massica i volumètrica. A la indústria de la construcció, no veureu mesures molars, però en veureu d' altres tot el temps.
Què influeix en la capacitat de calor específica?
Què és la capacitat calorífica, ja ho sabeu, però quins valors afecten l'indicador encara no està clar. El valor de la capacitat calorífica específica es veu directament afectat per diversos components:temperatura de la substància, pressió i altres característiques termodinàmiques.
A mesura que augmenta la temperatura d'un producte, augmenta la seva capacitat calorífica específica, però determinades substàncies presenten una corba completament no lineal en aquesta relació. Per exemple, amb un augment dels indicadors de temperatura de zero a trenta-set graus, la capacitat calorífica específica de l'aigua comença a disminuir, i si el límit està entre trenta-set i cent graus, l'indicador, per contra, serà augmenta.
Val la pena assenyalar que el paràmetre també depèn de com es permeten canviar les característiques termodinàmiques del producte (pressió, volum, etc.). Per exemple, la calor específica a pressió estable i a volum estable serà diferent.
Com calcular el paràmetre?
T'interessa quina és la capacitat calorífica? La fórmula de càlcul és la següent: C \u003d Q / (m ΔT). Quins són aquests valors? Q és la quantitat de calor que rep el producte quan s'escalfa (o allibera el producte durant el refredament). m és la massa del producte i ΔT és la diferència entre les temperatures final i inicial del producte. A continuació es mostra una taula de la capacitat calorífica d'alguns materials.
Què passa amb el càlcul de la capacitat calorífica?
Calcular la capacitat calorífica no és una tasca fàcil, sobretot si només s'utilitzen mètodes termodinàmics, és impossible fer-ho amb més precisió. Per tant, els físics utilitzen els mètodes de la física estadística o el coneixement de la microestructura dels productes. Com calcular el gas? Capacitat calorífica del gases calcula a partir del càlcul de l'energia mitjana del moviment tèrmic de les molècules individuals d'una substància. Els moviments de les molècules poden ser de tipus translacional i rotacional, i dins d'una molècula hi pot haver tot un àtom o vibració d'àtoms. L'estadística clàssica diu que per a cada grau de llibertat de moviments de rotació i translació, hi ha un valor en la capacitat calorífica molar del gas, que és igual a R / 2, i per a cada grau de llibertat vibracional, el valor és igual a R. Aquesta regla també s'anomena llei d'equippartició.
Al mateix temps, una partícula d'un gas monoatòmic només difereix en tres graus de llibertat de translació i, per tant, la seva capacitat calorífica hauria de ser igual a 3R/2, la qual cosa està d'acord amb l'experiment. Cada molècula de gas diatòmic té tres graus de llibertat de translació, dos de rotació i un de vibració, el que significa que la llei d'equipartició serà 7R/2, i l'experiència ha demostrat que la capacitat calorífica d'un mol de gas diatòmic a temperatura ordinària és de 5R/ 2. Per què hi havia tanta discrepància en la teoria? Tot es deu al fet que a l'hora d'establir la capacitat calorífica caldrà tenir en compte diversos efectes quàntics, és a dir, utilitzar l'estadística quàntica. Com podeu veure, la capacitat de calor és un concepte força complicat.
La mecànica quàntica diu que qualsevol sistema de partícules que oscil·lin o giren, inclosa una molècula de gas, pot tenir certs valors d'energia discrets. Si l'energia del moviment tèrmic al sistema instal·lat és insuficient per excitar oscil·lacions de la freqüència requerida, llavors aquestes oscil·lacions no contribueixen acapacitat calorífica del sistema.
En els sòlids, el moviment tèrmic dels àtoms és una oscil·lació feble prop de determinades posicions d'equilibri, això s'aplica als nodes de la xarxa cristal·lina. Un àtom té tres graus de llibertat vibracional i, segons la llei, la capacitat calorífica molar d'un sòlid és igual a 3nR, on n és el nombre d'àtoms existents a la molècula. A la pràctica, aquest valor és el límit al qual tendeix la capacitat calorífica del cos a altes temperatures. El valor s'aconsegueix amb canvis de temperatura normals en molts elements, això s'aplica als metalls, així com als compostos simples. També es determina la capacitat calorífica del plom i d' altres substàncies.
Què passa amb les baixes temperatures?
Ja sabem què és la capacitat calorífica, però si parlem de temperatures baixes, com es calcularà llavors el valor? Si estem parlant d'indicadors de baixa temperatura, aleshores la capacitat calorífica d'un cos sòlid resulta ser proporcional a T 3 o l'anomenada llei de capacitat calorífica de Debye. El criteri principal per distingir les temperatures altes de les baixes és la comparació habitual d'elles amb un paràmetre característic d'una substància determinada: aquesta pot ser la temperatura característica o Debye qD. El valor presentat el determina l'espectre de vibració dels àtoms del producte i depèn significativament de l'estructura cristal·lina.
En els metalls, els electrons de conducció contribueixen certament a la capacitat calorífica. Aquesta part de la capacitat calorífica es calcula utilitzantEstadística de Fermi-Dirac, que té en compte els electrons. La capacitat calorífica electrònica d'un metall, que és proporcional a la capacitat calorífica habitual, és un valor relativament petit i contribueix a la capacitat calorífica del metall només a temperatures properes al zero absolut. Aleshores, la capacitat calorífica de la gelosia es fa molt petita i es pot descuidar.
Capacitat calorífica massiva
La calor específica de massa és la quantitat de calor que cal portar a una unitat de massa d'una substància per escalfar el producte per unitat de temperatura. Aquest valor es denota amb la lletra C i es mesura en joules dividit per un quilogram per kelvin - J / (kg K). Això es refereix a la capacitat calorífica massiva.
Què és la capacitat tèrmica volumètrica?
La capacitat calorífica del volum és una quantitat determinada de calor que cal afegir a una unitat de volum d'un producte per escalfar-lo per unitat de temperatura. Aquest indicador es mesura en joules dividit per un metre cúbic per kelvin o J / (m³ K). En molts llibres de referència d'edificis, el que es té en compte és la capacitat calorífica específica de la massa en el treball.
Aplicació pràctica de la capacitat calorífica a la indústria de la construcció
En la construcció de parets resistents a la calor s'utilitzen activament molts materials que consumeixen calor. Això és extremadament important per a les cases que es caracteritzen per la calefacció periòdica. Per exemple, forn. Els productes intensius de calor i les parets construïdes a partir d'ells acumulen perfectament la calor, l'emmagatzemen durant els períodes de temps de calefacció i alliberen calor gradualment després d'apagar-se.sistema, permetent així mantenir una temperatura acceptable durant tot el dia.
Per tant, com més calor s'emmagatzemi a l'estructura, més còmoda i estable serà la temperatura a les habitacions.
Val la pena assenyalar que el maó i el formigó ordinaris utilitzats en la construcció d'habitatges tenen una capacitat calorífica molt menor que el poliestirè expandit. Si prenem llana ecològica, consumeix tres vegades més calor que el formigó. Cal tenir en compte que en la fórmula per calcular la capacitat calorífica, no en va hi ha massa. A causa de la gran massa enorme de formigó o maó, en comparació amb l'ecowool, permet acumular grans quantitats de calor a les parets de pedra de les estructures i suavitzar totes les fluctuacions diàries de temperatura. Només una petita massa d'aïllament a totes les cases de marc, malgrat la bona capacitat calorífica, és la zona més feble per a totes les tecnologies de marc. Per resoldre aquest problema, s'instal·len impressionants acumuladors de calor a totes les cases. Què és això? Són peces estructurals que es caracteritzen per una gran massa amb un índex de capacitat calorífica força bona.
Exemples d'acumuladors de calor en vida
Què podria ser? Per exemple, algun tipus de parets interiors de maó, una gran estufa o llar de foc, soleres de formigó.
Els mobles de qualsevol casa o apartament són un excel·lent acumulador de calor, perquè la fusta contraxapada, l'aglomerat i la fusta només poden emmagatzemar calor per quilogram de pes tres vegades més que el famós maó.
Hi ha algun desavantatge en els acumuladors de calor? Per descomptat, el principal desavantatge d'aquest enfocament ésel fet que l'acumulador de calor s'ha de dissenyar en l'etapa de creació d'un disseny de la casa de marc. Tot a causa del fet que és molt pesat, i això s'haurà de tenir en compte a l'hora de crear la base i, a continuació, imaginar com s'integrarà aquest objecte a l'interior. Val la pena dir que cal tenir en compte no només la massa, sinó que caldrà avaluar ambdues característiques en el treball: massa i capacitat calorífica. Per exemple, si utilitzeu or amb un pes increïble de vint tones per metre cúbic com a emmagatzematge de calor, aleshores el producte funcionarà només un vint-i-tres per cent millor que un cub de formigó, que pesa dues tones i mitja.
Quina substància és més adequada per a l'emmagatzematge de calor?
El millor producte per a un acumulador de calor no és el formigó ni el maó! El coure, el bronze i el ferro fan una bona feina, però són molt pesats. Curiosament, però el millor acumulador de calor és l'aigua! El líquid té una capacitat calorífica impressionant, la més gran entre les substàncies de què disposem. Només els gasos d'heli (5190 J / (kg K) i l'hidrogen (14300 J / (kg K)) tenen més capacitat calorífica, però són problemàtics d'aplicar a la pràctica. Si ho desitja i és necessari, consulteu la taula de capacitat calorífica de les substàncies que voleu necessitat.
