Ջերմային հզորությունը տաքացման ընթացքում որոշակի քանակությամբ ջերմություն կլանելու կամ սառչելիս արտանետելու ունակությունն է: Մարմնի ջերմունակությունը անսահման փոքր քանակությամբ ջերմության հարաբերությունն է, որը մարմինը ստանում է իր ջերմաստիճանի ցուցիչների համապատասխան աճին։ Արժեքը չափվում է J/K-ով: Գործնականում օգտագործվում է մի փոքր այլ արժեք՝ տեսակարար ջերմություն։
Սահմանում
Ի՞նչ է նշանակում հատուկ ջերմություն: Սա մի քանակություն է, որը կապված է նյութի մեկ քանակի հետ: Համապատասխանաբար, նյութի քանակը կարող է չափվել խորանարդ մետրով, կիլոգրամով կամ նույնիսկ մոլերով։ Ինչի՞ց է դա կախված։ Ֆիզիկայի մեջ ջերմային հզորությունը ուղղակիորեն կախված է նրանից, թե որ քանակական միավորին է վերաբերում, ինչը նշանակում է, որ նրանք տարբերում են մոլային, զանգվածային և ծավալային ջերմունակությունը։ Շինարարության ոլորտում դուք չեք տեսնի մոլերի չափումներ, բայց միշտ կտեսնեք ուրիշներին:
Ի՞նչն է ազդում հատուկ ջերմային հզորության վրա:
Ինչ է ջերմային հզորությունը, գիտեք, բայց թե ինչ արժեքներ են ազդում ցուցանիշի վրա, դեռ պարզ չէ: Հատուկ ջերմային հզորության արժեքի վրա ուղղակիորեն ազդում են մի քանի բաղադրիչներ.նյութի ջերմաստիճանը, ճնշումը և այլ թերմոդինամիկական բնութագրեր։
Մրցույթի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ մեծանում է նրա հատուկ ջերմային հզորությունը, սակայն որոշ նյութեր այս հարաբերություններում ցուցադրում են ամբողջովին ոչ գծային կոր: Օրինակ, ջերմաստիճանի ցուցանիշների զրոյից մինչև երեսունյոթ աստիճանի բարձրացումով, ջրի հատուկ ջերմային հզորությունը սկսում է նվազել, և եթե սահմանը գտնվում է երեսունյոթից մինչև հարյուր աստիճանի միջև, ապա ցուցանիշը, ընդհակառակը, կլինի. աճ.
Հարկ է նշել, որ պարամետրը կախված է նաև նրանից, թե ինչպես են թույլատրվում փոխել արտադրանքի թերմոդինամիկական բնութագրերը (ճնշում, ծավալ և այլն): Օրինակ, հատուկ ջերմությունը կայուն ճնշման և կայուն ծավալի դեպքում տարբեր կլինի:
Ինչպե՞ս հաշվարկել պարամետրը:
Ձեզ հետաքրքրում է, թե որքան է ջերմունակությունը: Հաշվարկի բանաձևը հետևյալն է. C \u003d Q / (m ΔT): Որո՞նք են այս արժեքները: Q-ն այն ջերմության քանակն է, որը ստանում է արտադրանքը տաքացնելիս (կամ թողարկվում է արտադրանքի կողմից սառեցման ժամանակ): m-ը արտադրանքի զանգվածն է, իսկ ΔT-ն արտադրանքի վերջնական և սկզբնական ջերմաստիճանների տարբերությունն է։ Ստորև բերված է որոշ նյութերի ջերմունակության աղյուսակը։
Իսկ ի՞նչ կասեք ջերմային հզորության հաշվարկի մասին:
Ջերմային հզորության հաշվարկը հեշտ գործ չէ, հատկապես եթե կիրառվում են միայն թերմոդինամիկական մեթոդներ, ավելի ճշգրիտ հնարավոր չէ դա անել։ Ուստի ֆիզիկոսներն օգտագործում են վիճակագրական ֆիզիկայի կամ արտադրանքի միկրոկառուցվածքի իմացության մեթոդները։ Ինչպե՞ս հաշվարկել գազի համար: Գազի ջերմային հզորությունըհաշվարկվում է նյութի մեջ առանձին մոլեկուլների ջերմային շարժման միջին էներգիայի հաշվարկից։ Մոլեկուլների շարժումները կարող են լինել թարգմանական և պտտվող տիպի, իսկ մոլեկուլի ներսում կարող է լինել ամբողջ ատոմ կամ ատոմների թրթռում։ Դասական վիճակագրությունը ասում է, որ պտտվող և թարգմանական շարժումների ազատության յուրաքանչյուր աստիճանի համար կա գազի մոլային ջերմային հզորության արժեք, որը հավասար է R/2-ի, իսկ ազատության յուրաքանչյուր թրթռումային աստիճանի համար արժեքը հավասար է R-ի։ Այս կանոնը կոչվում է նաև հավասարազորման օրենք:
Միևնույն ժամանակ, միատոմ գազի մասնիկը տարբերվում է ազատության միայն երեք փոխակերպման աստիճանով, և, հետևաբար, նրա ջերմային հզորությունը պետք է հավասար լինի 3R/2-ի, ինչը հիանալի համընկնում է փորձի հետ: Դիատոմային գազի յուրաքանչյուր մոլեկուլ ունի ազատության երեք, երկու պտտվող և մեկ թրթռման աստիճան, ինչը նշանակում է, որ հավասարաչափության օրենքը կլինի 7R/2, և փորձը ցույց է տվել, որ երկատոմ գազի մոլի ջերմունակությունը սովորական ջերմաստիճանում 5R/ է։ 2. Ինչո՞ւ տեսականորեն նման անհամապատասխանություն եղավ։ Ամեն ինչ պայմանավորված է նրանով, որ ջերմային հզորությունը սահմանելիս անհրաժեշտ կլինի հաշվի առնել տարբեր քվանտային էֆեկտներ, այլ կերպ ասած՝ օգտվել քվանտային վիճակագրությունից։ Ինչպես տեսնում եք, ջերմային հզորությունը բավականին բարդ հասկացություն է։
Քվանտային մեխանիկա ասում է, որ մասնիկների ցանկացած համակարգ, որը տատանվում կամ պտտվում է, ներառյալ գազի մոլեկուլը, կարող է ունենալ որոշակի դիսկրետ էներգիայի արժեքներ: Եթե տեղադրված համակարգում ջերմային շարժման էներգիան անբավարար է պահանջվող հաճախականության տատանումներ գրգռելու համար, ապա այդ տատանումները չեն նպաստում.համակարգի ջերմային հզորությունը։
Պինդ մարմիններում ատոմների ջերմային շարժումը թույլ տատանում է որոշակի հավասարակշռության դիրքերի մոտ, սա վերաբերում է բյուրեղային ցանցի հանգույցներին: Ատոմն ունի ազատության երեք թրթռումային աստիճան և, ըստ օրենքի, պինդ մարմնի մոլային ջերմային հզորությունը հավասար է 3nR, , որտեղ n-ը մոլեկուլում առկա ատոմների թիվն է: Գործնականում այս արժեքն այն սահմանն է, որին ձգտում է մարմնի ջերմային հզորությունը բարձր ջերմաստիճաններում: Արժեքը ձեռք է բերվում բազմաթիվ տարրերի նորմալ ջերմաստիճանի փոփոխություններով, դա վերաբերում է մետաղներին, ինչպես նաև պարզ միացություններին: Որոշվում է նաև կապարի և այլ նյութերի ջերմունակությունը։
Իսկ ցածր ջերմաստիճանների մասին?
Մենք արդեն գիտենք, թե ինչ է ջերմունակությունը, բայց եթե խոսենք ցածր ջերմաստիճանի մասին, ապա ինչպե՞ս է հաշվարկվելու արժեքը։ Եթե մենք խոսում ենք ցածր ջերմաստիճանի ցուցիչների մասին, ապա պինդ մարմնի ջերմունակությունը պարզվում է, որ համաչափ է T 3 կամ այսպես կոչված Debye ջերմային հզորության օրենքին: Բարձր ջերմաստիճանները ցածրից տարբերելու հիմնական չափանիշը դրանց սովորական համեմատությունն է որոշակի նյութի բնորոշ պարամետրի հետ. սա կարող է լինել բնորոշ կամ Debye ջերմաստիճան qD: Ներկայացված արժեքը սահմանվում է արտադրանքի ատոմների թրթռման սպեկտրով և էապես կախված է բյուրեղային կառուցվածքից:
Մետաղներում հաղորդիչ էլեկտրոնները որոշակի ներդրում ունեն ջերմային հզորության մեջ: Ջերմային հզորության այս մասը հաշվարկվում է օգտագործելովFermi-Dirac վիճակագրությունը, որը հաշվի է առնում էլեկտրոնները: Մետաղի էլեկտրոնային ջերմային հզորությունը, որը համաչափ է սովորական ջերմային հզորությանը, համեմատաբար փոքր արժեք է, և այն նպաստում է մետաղի ջերմունակությանը միայն բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճանում: Այնուհետև ցանցի ջերմային հզորությունը դառնում է շատ փոքր և կարող է անտեսվել:
Զանգվածային ջերմային հզորություն
Զանգվածի տեսակարար ջերմությունը ջերմության այն քանակությունն է, որը պետք է հասցվի նյութի միավորի զանգվածին, որպեսզի արտադրանքը տաքացվի մեկ միավորի ջերմաստիճանում: Այս արժեքը նշվում է C տառով և այն չափվում է ջոուլներով, որը բաժանվում է մեկ կիլոգրամով մեկ կելվինի վրա - J / (kg K): Այս ամենը զանգվածային ջերմային հզորության մասին է։
Ի՞նչ է ծավալային ջերմային հզորությունը:
Ծավալային ջերմային հզորությունը ջերմության որոշակի քանակություն է, որը պետք է ավելացվի արտադրանքի միավորի ծավալին, որպեսզի այն տաքացվի մեկ միավորի ջերմաստիճանում: Այս ցուցանիշը չափվում է ջոուլներով՝ բաժանված մեկ խորանարդ մետրով մեկ կելվինի կամ J / (m³ K): Շատ շենքերի տեղեկատու գրքերում հաշվի է առնվում աշխատանքի զանգվածային հատուկ ջերմային հզորությունը:
Ջերմային հզորության գործնական կիրառում շինարարության ոլորտում
Ջերմակայուն պատերի կառուցման մեջ ակտիվորեն օգտագործվում են շատ ջերմային նյութեր: Սա չափազանց կարևոր է տների համար, որոնք բնութագրվում են պարբերական ջեռուցմամբ: Օրինակ, վառարան: Ջերմային ինտենսիվ արտադրանքները և դրանցից կառուցված պատերը հիանալի կուտակում են ջերմությունը, այն պահում են տաքացման ժամանակաշրջաններում և անջատելուց հետո աստիճանաբար ազատում են ջերմությունը։համակարգ՝ այդպիսով թույլ տալով պահպանել ընդունելի ջերմաստիճան ողջ օրվա ընթացքում։
Այսպիսով, որքան շատ ջերմություն պահպանվի կառուցվածքում, այնքան ավելի հարմարավետ և կայուն կլինի սենյակների ջերմաստիճանը։
Հարկ է նշել, որ բնակարանաշինության մեջ օգտագործվող սովորական աղյուսը և բետոնն ունեն շատ ավելի ցածր ջերմային հզորություն, քան ընդլայնված պոլիստիրոլը: Եթե վերցնենք ecowool-ը, ապա այն երեք անգամ ավելի ջերմ սպառող է, քան բետոնը։ Հարկ է նշել, որ ջերմային հզորության հաշվարկման բանաձեւում իզուր չէ, որ կա զանգված։ Բետոնի կամ աղյուսի մեծ զանգվածի շնորհիվ, ecowool-ի համեմատությամբ, այն թույլ է տալիս հսկայական քանակությամբ ջերմություն կուտակել կառույցների քարե պատերում և հարթեցնել ջերմաստիճանի ամենօրյա բոլոր տատանումները: Բոլոր շրջանակային տներում մեկուսացման միայն փոքր զանգվածը, չնայած լավ ջերմային հզորությանը, ամենաթույլ տարածքն է բոլոր շրջանակային տեխնոլոգիաների համար: Այս խնդիրը լուծելու համար բոլոր տներում տեղադրվում են տպավորիչ ջերմային կուտակիչներ։ Ինչ է դա? Սրանք կառուցվածքային մասեր են, որոնք բնութագրվում են մեծ զանգվածով՝ բավականին լավ ջերմային հզորության ինդեքսով։
Ջերմային կուտակիչների օրինակներ կյանքում
Ինչ կարող է լինել դա: Օրինակ՝ ինչ-որ ներքին աղյուսե պատեր, մեծ վառարան կամ բուխարի, բետոնե սալիկներ։
Կահույքը ցանկացած տան կամ բնակարանում հիանալի ջերմակուտակիչ է, քանի որ նրբատախտակը, տախտակը և փայտը իրականում կարող են ջերմություն պահել միայն մեկ կիլոգրամ քաշի համար երեք անգամ ավելի, քան տխրահռչակ աղյուսը:
Կա՞ն թերություններ ջերմային կուտակիչներում: Իհարկե, այս մոտեցման հիմնական թերությունն այն էայն փաստը, որ ջերմային կուտակիչը պետք է նախագծվի շրջանակային տան դասավորության ստեղծման փուլում: Այս ամենը պայմանավորված է նրանով, որ այն շատ ծանր է, և սա պետք է հաշվի առնել հիմքը ստեղծելիս, և այնուհետև պատկերացնել, թե ինչպես է այս օբյեկտը ինտեգրվելու ինտերիերին: Արժե ասել, որ անհրաժեշտ է հաշվի առնել ոչ միայն զանգվածը, աշխատանքի մեջ անհրաժեշտ կլինի գնահատել երկու բնութագրերը՝ զանգվածային և ջերմային հզորությունը: Օրինակ, եթե դուք օգտագործում եք ոսկի՝ քսան տոննա անհավատալի քաշով մեկ խորանարդ մետրի համար որպես ջերմային պահեստ, ապա արտադրանքը կգործի այնպես, ինչպես պետք է ընդամենը քսաներեք տոկոսով ավելի լավ, քան երկուսուկես տոննա կշռող բետոնե խորանարդը։
Ո՞ր նյութն է առավել հարմար ջերմային պահեստավորման համար:
Ջերմային կուտակիչի համար լավագույն արտադրանքը ամենևին էլ բետոնն ու աղյուսը չէ: Պղինձը, բրոնզը և երկաթը լավ են աշխատում, բայց դրանք շատ ծանր են: Տարօրինակ է, բայց լավագույն ջերմային կուտակիչը ջուրն է: Հեղուկն ունի տպավորիչ ջերմային հզորություն՝ ամենամեծը մեզ հասանելի նյութերից։ Միայն հելիումի գազերը (5190 J / (kg K) և ջրածինը (14300 J / (kg K)) ունեն ավելի շատ ջերմային հզորություն, բայց դրանք գործնականում կիրառելու համար խնդրահարույց են: Ցանկության և անհրաժեշտության դեպքում տեսեք ձեր նյութերի ջերմունակության աղյուսակը: անհրաժեշտ է։
