Как найти по теплоемкости характеристическую температуру…

Теплоёмкость

Как найти по теплоемкости характеристическую температуру...

  Теплоёмкость тел — способность поглощать определённое количество тепла при нагревании, или отдавать при охлаждении. Теплоёмкость тела, это отношение бесконечно малого количества теплоты, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры.

Измеряется эта величина в Дж/К. Для практического же применения применяют Удельную теплоёмкость. Удельной теплоёмкостью называется теплоёмкость, отнесённая к единичному количеству вещества.

Количество этого вещества, в свою очередь, может быть измерено в кубометрах, килограммах или в молях. В зависимости от того, к какой количественной единице относится теплоёмкость, различают объёмную, массовую и молярную теплоёмкость.

В строительстве вряд-ли нам придётся встречаться с молярными измерениями, потому молярную теплоёмкость я оставлю физикам.

     Массовая удельная теплоёмкость (обозначается буквой С), также называемая просто удельной теплоёмкостью — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на килограмм на кельвин — Дж/(кг·К).

   Объёмная теплоёмкость (С`) — это количество теплоты, которое необходимо подвести соответственно к единице объёма вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на кубический метр на кельвин Дж/(м³·К).  В строительных справочниках обычно приводят массовую удельную теплоёмкость — её и будем рассматривать.

  На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества, давление и другие термодинамические параметры. С ростом температуры вещества его удельная теплоёмкость, как правило, возрастает, но некоторые вещества имеют совсем нелинейную кривую этой зависимости.

 К примеру, с повышением температуры от 0°С до 37°С удельная теплоёмкость воды снижается, а после 37°С до 100°С возрастает (см. картинку слева). Кроме того, удельная теплоёмкость зависит от того, каким образом позволено изменяться термодинамическим параметрам вещества (давлению, объёму и т. д.

); например, удельная теплоёмкость при постоянном давлении и при постоянном объёме различны.

   Формула расчёта удельной теплоёмкости:  С=Q/(m·ΔT), где Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении), m — масса вещества, ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.  Значения теплоёмкости многих стротиельных материалов представлены в таблице ниже.

   Приведу еще для визуализации зависимость между теплопроводностью и теплоёмкостью некоторых маретиалов и ещё зависимость теплоёмкости и плотности:

   Что же даёт нам эта характеристика материалов на практике? 

Теплоёмкие материалы используют при возведении теплоустойчивых стен. Это важно для домов с периодическим отоплением, например, печным. Теплоёмкие материалы и стены из них хорошо аккумулируют тепло.

Запасают его в период работы отопительной системы (печи) и постепенно отдают после выключения отопительной системы, позволяя тем самым поддерживать комфортную температуру в течение суток. Чем больше может быть запасено тепла в теплоёмкой конструкции, тем стабильней будет температура в помещении.

Интересно заметить, что традиционный в домостроении кирпич и бетон имеют значительно меньшую теплоёмкость, чем например, пенополистирол, а эковата и вовсе в три(!) раза более теплоёмкая, чем бетон.  Однако, в формуле теплоёмкости не зря задействована масса.

Именно огромная масса бетона или кирпича в сравнении с той же эковатой позволяет в каменных стенах домов аккумулировать значительные количества тепла и сглаживать суточные колебания температур. И именно ничтожная масса утеплителя в каркасных домах, не смотря на бОльшую теплоёмкость, является слабым местом всех каркасных технологий. 

 Для решения описанной проблемы в каркасных домах устанавливают массивные теплоаккумуляторы — конструктивные элементы, имеющие высокую массу при достаточно высоком значении теплоёмкости. Это могут быть и какие-то внутренние стены из кирпича, массивная печь или камин, бетонные стяжки.

Мебель в доме тоже является хорошим теплоаккумулятором, поскольку фанера, ДСП и любое дерево почти втрое больше может запасать тепла на килограмм веса, чем тот же кирпич. Недостаток такого подхода в том, что теплоаккумулятор необходимо проектировать ещё на стадии проектирования каркасного дома.

В силу огромного его веса требуется заранее проектировать фундамент, представлять, как этот объект будет интегрирован в интерьер. Стоит отметить, что масса — это всё же не единственный критерий, нужно оценивать именно обе характеристики: массу и теплоёмкость.

 Даже золото со своим невероятным весом под 20 тонн на кубометр в качестве теплоаккумулятора будет работать лишь на 23% лучше, чем бетонный куб весом 2,5 тонны.

    Но самым лучшим веществом для теплоаккумулятора является вовсе не бетон и даже не кирпич! Хороша медь, бронза и железо, но они уж чрезмерно тяжелы. Вода! Вода имеет огромную теплоёмкость, наибольшую среди доступных веществ. Ещё бОльшую теплоёмкость имеют газы Гелий (5190 Дж/(кг·К) и Водород (14300 Дж/(кг·К), но их немножко проблематично использовать…  

      Я посчитал количество запасённой тепловой энергии в 1 м³ и 1 тонне материала при ΔT=1 °С.           Q=C·m·ΔT

   Как видно из графического представления данных — с водой не может соперничать ни один материал по параметру количества запасённого тепла! Для того, чтобы запастись 1МДж теплоты нам понадобится 240 литров воды или почти 8 тонн золота! Вода в 2,6 раза больше накапливает тепла, чем кирпич (при одинаковом объёме). На практике это означает, что в качестве очень эффективного теплоаккумулятора лучше всего использовать ёмкости с водой. Реализация тёплого водяного пола так же поможет улучшить стабильность температурного режима. 

     Однако, эти рассуждения применимы для температур не выше 100°С. После закипания вода переходит в иное фазовое состояние и резко меняет свою теплоёмкость. 

Математические упражнения

  Для расчёта теплопотерь и системы отопления своего будущего дома я использовал специализированный программный продукт по расчёту элементов инженерных систем «VALTEC» от некоего ООО «Веста-Трейдинг». Программа VALTEC.

PRG находится в открытом доступе и дает возможность рассчитать водяное радиаторное, напольное и настенное отопление, определить теплопотребность помещений, необходимые расходы холодной, горячей воды, объем канализационных стоков, получить гидравлические расчеты внутренних сетей тепло- и водоснабжения объекта.

Так вот, используя эту чудесную бесплатную программку я высчитал, что теплопотери моего дома площадью в 152 квадратных метра составляют чуть менее 5 кВт тепловой энергии. В сутки выходит 120 кВт·ч или 432 МДж теплоты.

Если допустить, что я буду использовать водяной теплоаккумулятор, который каким-либо источником тепла один раз в сутки разогреется до 85°С и будет постепенно отдавать тепло в систему тёплых полов до температуры 25°С  (ΔT=60 °С), то для накопления 432 МДж теплоты мне потребуется ёмкость m=Q/(C·ΔT),    432/(4,184·60)=1,7 м³.  

      А что было бы, если бы я установил в доме кирпичную печь, например. Разогретый в топке до 500°С кирпич весом в 1 тонну полностью компенсирует теплопотери моего дома в течение суток. При этом объём кирпича будет около 0,5 кубометра. 

    Особенностью моего проекта дома (в общем-то ничего особенного) является отопление тёплым водяным полом.

Труба теплоносителя будет заложена в 7-и сантиметровый слой бетонной стяжки под всей площадю пола (152 м²) — это 10,64 м³ бетона! Под бетонной стяжкой планируется деревянное перекрытие по балкам с 25-ю сантиметрами пенополистирольного утеплителя — можно сказать, что через такой пирог утепления 1 м² пола будет терять тепла около 4 Вт, чем, конечно, можно смело пренебреч. Какова же будет теплоёмкость пола? При температуре теплоносителя 27°С бетонная стяжка впитает в себя 580 МДж теплоты, что эквивалентно 161 кВт·ч энергии и с лихвой перекрывает суточную потребность в тепле. Иными словами, зимой при -20°С (именно на такие температуры делался расчёт теплопотерь дома) мне нужно будет раз в два дня подогревать до 27°С пол, а если установить дополнительный водяной теплоаккумулятор на 1000 литров — то и вовсе раза два в неделю будет работать котёл! 

      Вот такая она, теплоёмкость при очень поверхностном рассмотрении. 

Теплоусвоение

  Коэффициент теплоусвоения (англ.

 U-value) отражает способность материала воспринимать теплоту при колебании температуры на его поверхности или, иными словами, этот коэффициент S показывает способность поверхности материала площадью в 1 м² усваивать теплоту в течение 1 с при температурном перепаде в 1 °С.

Как это можно понять из повседневной жизни? Если приложить одновременно обе руки к двум поверхностям из бетона и пенопласта, имеющим одинаковую температуру, то первая будет восприниматься как более холодная — эксперимент ещё со школьных уроков физики.

Это ощущение вызывается тем, что бетонная поверхность более интенсивно отбирает (усваивает) тепло от руки, чем пенопластовая, так как бетон имеет больший коэффициент теплоусвоения (Sбетона=18 Вт/(м²·°С), Seps=0,41 Вт/(м²·°С)), не смотря на то, что удельная теплоёмкость пенопласта в полтора раза больше, чем бетона.

   Величина коэффициента теплоусвоения S материалов при периоде колебания теплового потока 24 ч пропорциональна коэффициенту теплопроводности λ, Вт/(м·K), удельной теплоёмкости с, Дж/(кг·K), и плотности материала ρ, кг/м³, и обратно пропорциональна периоду тепловых колебаний T, с (формула слева).

Но в строительной практике используются формулы, учитывающие действие массового отношения влаги в материале и климатические условия эксплуатации. Дабы не загромождать вас ненужной инфой, предлагаю использовать уже вычисленные табличные данные из СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника».

Наиболее интересные я собрал в небольшую табличку.

      Теплоизоляционные материалы высокой эффективности (меньшим коэффициентом теплопроводности) обладают весьма низким коэффициентом теплоусвоения, т.е. при изменении температуры поверхности отнимают меньшее количество тепла и поэтому активно применяются для изоляции сооружений и аппаратов с резко переменным режимом работы.

      Колебания температуры на наружной поверхности материала вызывают в свою очередь и колебания температуры в самом материале, причём они будут постепенно затухать в толще материала.

   О теплоусвоении материалов я в процессе стройки ещё не слышал ни от одного строителя — может сложиться впечатление, что это некий теоретический и не очень важный параметр. Однако это не так — теплоусвоение материалов внутренней отделки, например полов, напрямую влияет на ощущение комфорта.

Сможете ли вы комфортно ходить по полу босиком, или весь год придётся носить тапочки? Для полов существуют нормы по предельному коэффициенту теплоусвоения.

 Нормативная величина теплоусвоения покрытия для полов жилых зданий, больничных учреждений, диспансеров, поликлиник, общеобразовательных и детских школ, детских садов — не более 12 Вт/(м2-°С); для полов общественных зданий, кроме вышеуказанных, вспомогательных зданий и помещений промышленных предприятий, участков с постоянными рабочими местами в отапливаемых производственных зданиях, где выполняются легкие физические работы (категория I) — не более 14 Вт/(м2-°С); для полов в отапливаемых помещениях производственных зданий, где выполняются физические работы средней тяжести (категория II) — не более 17 Вт/(м2-°С). 

  Показатель теплоусвоения не нормируется: в помещениях с температурой поверхности пола выше 23 °С; в отапливаемых производственных помещениях, где выполняются тяжелые физические работы (категория III); в производственных зданиях, если на участки пола постоянных рабочих мест укладывают деревянные щиты или теплоизолирующие коврики; в общественных зданиях, эксплуатация которых не связана с постоянным пребыванием в них людей (залы музеев и выставок, фойе театров и киноте» атров и т. п.).

Тепловая инерция    

    Тепловая инерция, это способность ограждающей конструкции сопротивляться изменению температурного поля при перемененных тепловых воздействиях. Она определяет количество волн температурных колебаний, располагающихся (затухающих) в толще ограждения.

  Параметр теплоусвоения неразрывно связан с тепловой инерцией материалов. На рисунке, иллюстрирующем прохождение температурных волн в толще материала можно видеть длину волны, обозначенную как l.

Число таких волн, располагающихся в толще ограждения, является показателем тепловой инерции ограждения. Численная величина этого показателя имеет название «массивности ограждения» и обозначается D.

Она равна для однородного ограждения произведению его термического сопротивления R на коэффициент теплоусвоения материала S:    D=RS.

D — величина безразмерная. В ограждении, имеющем D=8.5, располагается около одной целой температурной волны. При D < 8,5 в ограждении распологается неполная волна (т.е.

запаздывание колебаний на внутренней поверхности по отношению к колебаниям на наружней поверхности менее одного периода; при Т=24 часа запаздывание менее суток), а при D > 8,5 — в толще распологается более одной температурной волны.

      Для многослойных ограждений его массивность определяется как сумма массивности отдельных слоёв:

D=R1S1+R2S2+….RnSn,      где

R1, R2, Rn — термическое сопротивление отдельных слоёв, 

S1, S2, Sn — расчётные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоёв конструкции.

Ограждение считается:

  • Безынерционным при D < 1,5;
  • «Лёгким» при  D от 1,5 до 4;
  • «Средней массивности» при D от 4 до 7;
  • «Массивным» при D > 7.

     Интересно сравнить «массивность» D ограждения из, например, 20 см пенополистирола ПСБ-25 и глиняного кирпича:

D eps=R (0.2/0.035) * S (0.41)=2.34    (похолодание на улице скажется на температуре внутри примерно через 6,6 часов)

D кирпич=R (0.2/0.7) * S (9.2)=2.63  (похолодание на улице скажется на температуре внутри примерно через 7,5 часов)

Видим, что кирпичная кладка «массивнее» пенопласта лишь на 12% !  Интересный результат, но нужно отметить, что в реальности обычно используют более тонкую теплоизоляцию из пенопласта (стандартная СИП-панель — 15см EPS), а из кирпича делают более толстые стены. Так, при толщине кирпичной стены в 60 см параметр D=7.9 а это уже «массивное» строение во всех смыслах этого термина, температурная волна через такую стену будет проходить около 22 часов.

     Тепловая инерция — безусловно, любопытное явление, но как его учитывать при подборе утеплителя? Мы можем представлять себе физический процесс прохождения тепловой волны через наш утеплитель, но если посмотрим на температуру внутренней поверхности (Tse), её амплитуду (A) и потери тепла (Q), то становится несколько не понятно, как этот параметр (D) может влиять на выбор. Например, возьмём толщину 30см:

— кирпичная стена D=3.35, A=2°C, Tse=15°C, Q=31;

— пенополистирол D=3.2, A=0.1°C, Tse=19,7°C Q=2.4;

       Очевидно, что при почти равной тепловой инерции с пенопластом будет заметно теплее! Однако, тепловая инерция оказывает влияние на так называемую теплоустойчивость зданий.

Согласно «Строительной теплотехнике» при расчётах тебуемых сопротивлений теплопередаче расчётная зимняя температура наружного воздуха зависит именно от тепловой инерции! Чем выше тепловая инерция, тем меньшее влияние оказывает резкое изменение температуры наружнего воздуха на стабильность внутренней температуры. Эта зависимость имеет следующий вид:

  • D 7 : tн равна средней температуре наиболее холодных ПЯТИ дней обеспеченностью 92%. 

Как ни странно, но в этом же документе нету средней температуры наболее холодных трёх суток, но в СНиПе 23-01-99 есть пункт «температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 98%, я думаю, её вполне можно использовать для расчёта. Табличка слева (как всегда, есть расхождения в документах). Поясню на примере:

  • Мы строим каркасный дом в Бресте, и утепляем его 15 см минваты. Тепловая инерционность конструкции D=1,3. Это значит, что во всех расчётах температуру наружного воздуха нам стоит принимать -31°С. 
  • Мы строим дом в Бресте из газобетона толщиной 30 см. D=3,9. Температурные расчёты теперь мы можем проводить для -25°С. 
  • Напоследок мы строим в Бресте дом из пущанского бруса диаметром 30 см. D=9,13. Его инерционность позволяет производить тепловые расчёты для температур не ниже -21°С.

    Массивные теплоемкие стены летом могут выполнять функцию пассивного регулятора температуры в помещениях за счет суточной разницы температур. Остывшие за ночь стены охлаждают днем поступающий с улицы жаркий воздух, и наоборот.

Такая регуляция полезна, когда среднесуточная температура воздуха комфортна для человека. Но если ночью не слишком прохладно, а днем очень жарко, то без кондиционера в каменном доме уже не обойтись.     Зимой массивные наружные стены в качестве регулятора климата абсолютно бесполезны. Зимой холодно днем и ночью.

Если дом отапливается не постоянно, а периодически, например, дровами, то в качестве аккумулятора тепла нужна массивная каменная печь, а не кирпичные наружные стены.

Чтобы зимой наружные стены стали аккумулятором тепла их нужно хорошо утеплить снаружи! Но тогда летом эти стены уже не смогут быстро охладиться за ночь. Это будет тот же каркасный дом с утеплителем, но с внутренним аккумулятором тепла.

    Для наглядной визуализации термических процессов, происходящих в толще однородного материала, я сделал интерактивную флешку, в которой можно подёргать входную и выходную температуры, поменять толщину материала в некоторых пределах и выбрать (из небольшого списка самых интересных с моей точки зрения) сам материал. Часть математики во флешке построена на формулах из СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника», и может немного расходится с другими моими же примерами в силу чрезвычайно разнообразных данных по характеристикам одного и того же материала, по разнообразным требованиям к микроклимату от источника к источнику (СНиПы, КТП), и даже с расчётами во всяких методичках в силу произвольного округления как в методичках, так и с моей стороны=) Все расчёты, так сказать, ознакомительные.

  Конечно, важно понимать, что теплофизика значительно сложнее, чем я тут описал.

Кроме теплоёмкости  и теплоусвоения существуют ещё, теплопроводность, теплопередача, теплоотдача материалов и ещё много всего, о чём я даже не догадываюсь.

Важно рассматривать вопросы теплообеспечения своего дома в комплексе с вентиляцией, теплоизоляцией, пароизоляцией, и многими другими факторами. Эта статься лишь приближённо позволит вам оценить параметр теплоёмкости.

Источник: https://www.project-house.by/heat-capacity

ПОИСК

Как найти по теплоемкости характеристическую температуру...
    Характеристические температуры некоторых газов [24] [c.255]

    Характеристическая температура 6 для некоторых газов и функции Эйнштейна приведены в приложениях 11 и 1 соответственно. [c.55]

    В заключение рассчитаем некоторые характеристические функции идеального газа. Как уже не раз указывалось, внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры. Учитывая значения су согласно (11.61) для внутренней энергии идеального газа имеем [c.148]

    Значения характеристических температур для некоторых газов  [c.568]

    Из уравнения (98) следует, что скорость движения полосы компонента не одинакова в различных местах температурного поля, а следовательно, и подлине слоя адсорбента. Обозначим скорость движения температурного поля через чу.

Если то полоса адсорбированного вещества будет передвигаться быстрее движения печи. Поэтому полоса попадет из зоны с высокой температурой в зону с более низкой, так как температура падает в направлении движения газа. При этом значение Г возрастет, что приведет к уменьшению и .

Вследствие этого в некоторой зоне температурного поля, отвечающей температуре десорбции компонента в данных условиях, будет соблюдаться равенство и —ш. После того, как полоса займет эту зону, она будет двигаться со скоростью, равной скорости движения печи, т. е. температурного поля.

Следовательно, и любая другая полоса любого другого компонента разделяемой смеси газов будет двигаться с этой же скоростью, но при иной, свойственной другому компоненту температуре десорбции.

Поэтому ту температуру, при которой происходит десорбция данного компонента и движение его полосы вдоль слоя адсорбента со скоростью называют характеристической температурой данного компонента и обозначают [c.154]

    Полная сводка видов электромагнитных колебаний, различающихся по длине волны и, следовательно, по характерным для них величинам переносимой энергии, представлена в табл. И.1—1. Границы между отдельными областями несколько условны как видим, они определяются либо различием в способах получения, либо в способах детектирования.

Но по существу непрерывный спектр электромагнитных колебаний делится на отдельные области вследствие различий в процессах, обусловливающих их генерацию или поглощение, и эти различия выражаются соответствующими значениями энергий.

Характеристическая температура, указанная для некоторых участков спектра, представляет собой ту температуру, при которой средняя тепловая энергия атомов в одноатомном газе (ЙТ) примерно равна данному кванту энергии (Нх). Область атомно-молекулярного излучения, состоящая из инфракрасного, видимого и ультрафиолетового участков спектра, называют оптической областью в широком смысле слова.

Это объединение основано не только на общности их происхождения, но и на сходстве используемой при работе с ними аппаратуры, состоящей из различных зеркал, линз для фокусировки и призм и решеток для спектроскопии. [c.187]

    Для вычисления функций Эйнштейна С , и по заданным характеристическим температурам 9 служат таблицы, приведенные в сокращенном виде в конце книги. Химические константы / вычисляются из формул, приводимых ниже в 322 величины / для некоторых газов и Д/ для некоторых реакций даны в готовом виде в табл. 41 и 42. [c.368]

    Для некоторых газов найденные из спектроскопических данных значения со и соответствующие им характеристические температуры 04 приведены в табл. 24. [c.280]

    Волновые числа и соответствующие им характеристические температуры для молекул некоторых газов [c.281]

    Числовые значения характеристических температур для различных колебательных степеней свободы (частот) определяют либо по анализу спектра молекул, либо, при отсутствии таких дян гых, подбором по экспериментально найденным температурным зависимостям теплоемкости. Характеристическая температура для некоторых газов приведена в Приложении 5 (стр. 590). [c.58]

    Этот вариант метода, который впервые применили Жуховицкий и сотр. (1951), явился темой многочисленных последующих публикаций этих авторов (см. обзорную статью Жуховицкого и Туркельтауба, 1957а).

В принципе применяемый прн этом методе прибор отличается от обычного лишь тем, что короткая по сравнению с длиной колонки трубчатая печь движется вдоль колонки с постоянной скоростью щ в направлении движения газа-носителя. В печи поддерживается градиент температуры, совпадающий с направлением движения печи.

Температуру замыкающего края печи будем далее обозначать Гшах, а переднего края — Т . Температура вдоль печи может изменяться по любому закону, однако для простоты теоретического рассмотрения предполагается линейное падение температуры вдоль печи с градиентом температуры // град см).

В момент ввода пробы печь находится у начала колонки -й компонент смеси, скорость движения которого ю-, (при температуре Го п заданной линейной скорости газа-носителя и ) больше, чем щ, будет опережать печь. Разумеется, такой компонент будет двигаться так же, как прп обычной проявительной хроматографии.

Если же IVI при температуре будет меньше, а при Г, ах больше, чем ио, то полоса вещества будет двигаться внутри печи. Если полоса продвинется дальше вдоль печи, она попадет в зону более низких температур и скорость ее движения уменьшится. Таким образом, должно установиться стационарное состояние, когда полоса вещества движется ири некоторой соответствующей данному компоненту характеристической температуре прп которой [c.415]

    Другой недостаток квазиклассического рассмотрения заключается в произвольности выбора функций, учитывающих неполностью возбужденные степени свободы.

Рассмотренные выше полные квантовостатистические выражения в данном случае применяются только для учета электронного состояния молекул в отношении же вращения молекул и колебания ядер они служат только для расчета величин при некоторых наиболее интересующих нас температурах, но для функциональной характеристики влияния температуры на эти величины они практически совершенно непригодны вследствие своей крайней громоздкости. Обычно в квазиклассических уравнениях применяют функции Эйнштейна. Для колебания атомных ядер это является более законным, чем для вращения молекул. Но и в том и в другом случае функции Эйнштейна обычно применяют чисто эмпирически, так как характеристические температуры подыскивают при этом не на основании констант, характеризующих строение молекул, а путем подбора, руководствуясь желанием все свойства газа, изученные на опыте или установленные для отдельных температур строгим расчетом, описать суммой двух-трех функций Эйнштейна, каково бы ни было число независимых колебаний в молекуле. На подысканные таким образом характеристические температуры приходится смотреть обычно как на некоторые эффективные величины , ценные только в том отношении, что две-три такие величины могут заменить более обширную группу истинных характеристических температур. [c.170]

    Недавно было показано [221, что но полноте разделения и концентрации продуктов рядом преиму1цеств обладает хроматографический режим в условиях так называемой стационарной хроматографии, которая для анализа была предложена еще в 1950—1951 гг. А. А. Жуховицким и Н. М. Туркельтаубом [23].

Стационарная хроматография, как известно, заключается в том, что разделяемая на колонке смесь подвергается одновремегшому воздействию потока газа-носителя и движущегося температурного поля. Экспериментально этот метод осуществляют перемещением вдоль колонки печи с отрицательным градиентом температуры.

Так, введем импульсно в поток вещество АВ (которое в присутствии катализатора, заполняющего колонку, реагирует с конечной скоростью по схеме АВ А+В) и начнем со скоростью гш перемещать температурное поле. Коэффициент адсорбции адв вначале на холодном катализаторе велик, и скорость удв перемещения АВ вдоль слоя каталитической шихты мала, т. е.

температурное поле обгоняет вещество АВ. Ввиду наличия отрицательного градиента температуры по мере движения печи полоса АВ будет перемещаться в область более высоких температур и ускорять свое движение. Наконец, нри некоторой характеристической температуре Гхдв начнет перемещаться со скоростью, равной скорости печи, т. е.

сдв = Скорость перемещения нагревателя линейная скорость потока а и теплота адсорбции Q связаны следующей зависимостью  [c.295]

    Параметрами состояния называются физические величины, характеризующие макроскопические свойства среды,— плотность, давление, температуру, объем. Они, как правило, связаны уравнением состояния (например, для идеального газа, это уравнение (1.

21)), потому для определения макроскопического состояния достаточно задавать не все параметры состояния, а лишь некоторые из них.

Функциями состояния называются такие физические характеристики, изменение которых нри переходе системы из одного состояния в другое зависит лишь от параметров состояния (начального и конечного), а не от пути перехода (т. е. особенностей кинетики процесса).

Функции состояния, посредством котбрых (или их производных) могут быть в явном виде выражены термодинамические свойства системы, называются характеристическими. Важнейшими из них являются внутренняя энергия и, энтальпия Н, энтропия 8, равновесная свободная энергия (или потенциал) Гиббса О, равновесная свободная энергия (или потенциал) Гельмгольца Р. Если же значение функции за- [c.22]

    Фотометрия пламени — вид эмиссионного спектрального анализа, в котором источниками возбулпламена различных видов ацетилен — воздух, ацетилен — кислород, пропан — воздух, пропан — кислород, водород — воздух и др.

Вследствие невысокой температуры в пламенах излучают легко и среднеионизующиеся элементы щелочные и щелочноземельные металлы, галлий, индий, магний, марганец, кобальт, медь, серебро и ряд других, причем их число растет с увеличением температуры пламени.

В наиболее холодных пламенах, таких как, например, пропан — воздух, светильный газ — воздух излучают только атомы щелочных и щелочноземельных металлов.

Вследствие невысокой температуры спектры, излучае-МЕле пламенами, состоят из небольшого числа спектральных линий, главным образом резонансных, что позволяет выделять характеристическое излучение элементов при помощи светофильтров и использовать простые и имеющие невысокую стоимость спектральные приборы — пламенные фотометры.

Кроме атомных спектральных линий в спектрах пламен присутствуют полосы ряда в основном двухатомных молекул и радикалов С2, СиС1, СаОН и др. Некоторые из них используют в аналитических целях.

Так, в случае элементов, образующих термически устойчивые оксиды, которые практически не диссоциируют в пламенах с образованием свободных атомов, молекулярные спектры являются единственным источником аналитического сигнала.

Практически не атомизируются в низкотемпературных пламенах оксиды скандия, титана, лантана и других элементов, ирлеющих относительно невысокие потенциалы ионизации. Наиболее часто фотометрию пламени применяют для определения щелочных и щелочноземельных металлов. [c.

35]

    С учетом этих особенностей горения у пределов распространения скорость турбулентного горения и в этих 0 ытах оказывается независящей от скорости ламинарного горения и связанной с температурой горения — вывод, несовмест мый с ламинарным механизмом турбулентного горения.

Альтернативным по отноше ИЮ к ламинарному горению является последовательное самовоспламенение. Это означает, что турбулентное перемешивание свежего газа с продуктами сгора ия приводит и к возникновению воспламенения и к последующему его угасанию, создавая таким образом процесс пульсирующего воспламенения. Цикл воспламенения и затухания осуществляется на протяжении времени, в течение которого в данном элементарном объеме пульсационная скорость изменяется от нуля до некоторого максимального значения и, т. е. за время, близкое 1-с характеристическому, определяемому соотношением (19.10). Соответствующий объем газа, охваченный циклом, определяется Лагранжевым путем диф-фузи 1, т. е. соотношением (19.11). На этом пути возникшее пламя затухает вследствие снижения его температуры в результате интенсивного перемешивания горящего газа со свежим по мере же ослабления перемешивания и теплоотдачи за пределы данного объема в нем возобновляется экзотермическая реакции и восиламенение. Сама периодическая смена горения и затухания, специфичная для турбулентного пламени, возможна [c.293]

    Соедняенвя кислорода с некоторыми металлами, а именно с ртутью, серебром, золотом и платиною, будучи раз получены, при обыкновенной температуре удерживают кислород, а при накаливании теряют. Эти соединения суть тела твердые, обыкновенно порошкообразные, неплавящиеся, а при нагревании легко разлагающиеся на металл и кислород.

Пример подобного разложения мы видели уже, когда говорили о разложении красной ртутной окиси. Накаливая окись ртути посредством зажигательного стекла, Пристлей в 1774 г. получил в первый раз чистый кислород, показал явное его отличие от воздуха и его характеристическое свойство поддерживать горение с замечательною силою .

Пристлей называл полученный газ дефлогистированным воздухом. [c.109]

    Величины Нр и т.От не являются обычными безразмерными приведенны.ми переменными, которые используются прп рассмотрении соответственных состояний газов. Их можно пронормировать, разделив соответственно на pRT/M и на некоторое характеристическое время, приче.м. мы получим безразмерные переменные однако более удобно оставить их в то.м виде, в которо.м они приведены выше. Часто нор.

мп-рующие множители неизвестны кроме того, для практических целей удобно иметь непосредственно функцию Нр при 7 ,). Таки.м образо.м, те.мпература 7 о служит для обозначения стандартного исходного состояния, до некоторой степени аналогичного стандартным состояниям, используемым в тер-модчна.мике. Если Нр известно при Го, то легко получить его при любой другой температуре. [c.

238]

    Изменение температуры открывает новые возможности в разработке хроматографических методов анализа. В методе станционарной хроматермографии разделяемая смесь подвергается действию переменного температурного поля.

При осуществлении этой методики электрическая печь движется вдоль колонки в одном направлении с движением газа-носителя.

Если скорость движения полосы адсорбированного газа превышает скорость движения температурного поля, то полоса из высокотемпературной зоны попадает в низкотемпературную и ее скорость движения замедляется. Но при замедлении движения зона оказывается в области высоких температур и ее скорость увеличивается.

Таким образом, в некоторой температурной области скорости движения полосы газа и печи становятся одинаковыми. Температуру, при которой это происходит, называют характеристической Г ар- Она связана с энтальпией адсорбции АЯ и условиями хроматографического опыта соотношением [c.336]

    При использовании для разделения неподвижных фаз различной природы может проявляться селективное удерживание некоторых групп соединений, и порядок выхода одних и тех же компонентов может не совпадать. В табл. 13 указан порядок выхода характеристических продуктов пиролиза для каучуков общего назначения.

Наряду с характеристическими продуктами пиролиза в таблице указаны бензол и толуол, являющиеся вторичными продуктами деструкции, которые, как правило, содержатся в продуктах пиролиза всех карбоцепных полимеров и поэтому могут служить реперными точками для быстрой визуальной оценки относительного выхода характеристических соединений по пирограмме.

Положение пиков бензола и толуола можно предварительно определить путем ввода в колонку индивидуальных компонентов или их смеси. Температура выхода продуктов, приведенная в табл.

13, измерена на колонке 3 м X 3 мм с 15% реоплекса 400 на хезасорбе и с 10% ПФЭ 4Э 5Ф на хромосорбе С при скорости газа-носителя (аргон) 40 мл/мин в комбинированном температурном режиме на- [c.139]

Источник: https://www.chem21.info/info/1480073/

Удельная теплоемкость воды, газов, паров и различных веществ (Таблица)

Как найти по теплоемкости характеристическую температуру...

Удельная теплоёмкость (с) — это физическая величина, равная численно количеству теплоты, которое необходимо передать единице массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу.

В системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость обозначается в джоулях на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К).

Удельная теплоемкость расчитывается по следующей формуле:

где  Q — количество теплоты, полученное веществом при нагревании,

m — масса нагреваемого или охлаждаемого вещества,

ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.

Удельная теплоемкость воды

Международный Комитет Мер и Весов принял в 1950 г. предложенные В. Дж. де Хаасом значения: cv = (15° С) = 4,1855дж/г · град С (соответствует значению, данному Бэрджем в 1941 г.); отсюда для ср(t °C) получается следующая формула:

Эта формула была дана Осборном, Стимсоном и Гиннингсом.

Во всех последующих таблицах значения с даны в единицах дж/г · град · С

Температура, °С0123456789
04,21744,21384,21044,20744,20454,20194,19964,19744,19544,1936
104,19194,19044,18904,18774,18664,18554,18464,18374,18294,1822
204,18164,18104,18054,18014,17974,17934,17904,17874,17854,1783
304,17824,17814,17804,17804,17794,17794,17804,17804,17814,1782
404,17834,17844,17864,17884,17894,17924,17944,17964,17994,1801
504,18044,18074,18114,18144,18174,18214,18254,18294,18334,1837
604,18414,18464,18504,18554,18604,18654,18714,18764,18824,1887
704,18934,18994,19054,19124,19184,19254,19324,19394,19464,1954
804,19614,19694,19774,19854,19944,20024,20114,20204,20294,2039
904,20484,20584,20684,20784,20894,21004,21114,21224,21334,2145

Удельная теплоемкость тяжелой воды

Даны значения по отношению к обычной воде (ср — 1,000 при 20° С).

Температура, °С1020304050
Удельная теплоемкость1,00971,0063 |1,00441,00371.0041

Удельная теплоемкость ртути

Ртуть имеет минимум удельной теплоемкости при 140° С.

Температура, °С020406080100200
Удельная теплоемкость ртути0,14020,13940,13850,13770,1373(0,137)(0,134)

Удельная теплоемкость газов и паров (таблица)

Значения при постоянном давлении относятся обычно к атмосферному давлению.

ГазТемператураУдельная теплоемкость
При постоянном объеме (сp)
Азот 1)00,732
Аргон0—2 0000,3122
Водород 2)ок. 5010,05
Воздух 3)00,718
Окись углерода СО10000,950
Окись углерода СО18001,002
Пары воды1001,463
Углекислый газ 4)ок. 550,691
При постоянном давление (cv)
Азота закись N3O26—1030,892
Азота окись NO13—1710,971
Азота перекись NO227—670,680
Аргон150,523
Воздух (сухой)201,006
Воздух (сухой)1001,011
Воздух (сухой)5001,092
Воздух (сухой)10001,192
Воздух (сухой)—1001,008
Воздух (сухой) (100 атм)—801,902
Сероуглерод CS286—1900,670
Скипидар C10H1179—2492,118
Спирт метиловый СН2O101—2231,917
Хлороформ СНСl327—1180,603
Эфир этиловый (C2H5)2O25—1111,791
1) Для N сv = 0,732 + 0,00067t, t обозначает темпера­туру.2) Для Н cv уменьшается с увеличением плотности и понижением температуры.3) Для воздуха cv = 0,7184 + 0,1167р, где р обозначает плотность (г/мл).4) Для СО2, cv= 0,691 + 0,889Р + 1,42р2.

Удельные теплоемкости различных веществ — жидкости, сплавы (таблица)

В большинстве случаев значения удельных теплоемкостей, данные в таблице, следует рассматривать как средние приближенные величины.

ВеществоТемпература, CУдельная теплоемкость
Различные вещества
Асбест20—1000,84
Базальт20—2000,84—1,00
Гранит20—1000,80—0,84
Кварц SiO200,73
Кварц SiO23501,17
Кремнезем (плавленый)15—2000,84
Кремнезем (плавленый)15—8001,04
Лед—2500,15
Лед—1601,0
Лед—21—12,0—2,1
Мрамор белый180,88—0,92
Парафин0—202,9
Песок20—1000,80
Плавиковый шпат СаF2300,88
Резина15—1001,13—2,1
Стекло иенское 16'''180,80
Стекло иенское 59'''180,80
Стекло крон10—500,67
Стекло пирекс260,78
Стекло флинт10—500,50
Фарфор15—10001,07
Фарфор15—2000,75
Эбонит20—1001,38
КСl—2500,0653
КСl—1870,490
КСl2770,741
NaCl—2480,0414
NaCl—380,825
NaCl+ 100,88
Сплавы 
Латунь желтая00,368
Латунь красная (томпак)00,377
Константан (эврика)180,410
Мягкий припой 1)0,176
Нейзильбер0—1000,398
Жидкости
Анилин152,15
Бензол101,42
Бензол401,77
Вода морская173,93
Глицерин18—502,43
Масло касторовое202,13
Масло льняное201,84
Масло парафиновое20—602,13— 2,26
Масло прованское71,97
Масло сурепное202,04
Рапа—202,89
Рапа02,97
Рапа153,01
Скипидар181,76
Спермацет202,06
Спирт амиловый182,30
Спирт метиловый122,52
Спирт этиловый02,29
Спирт этиловый402,71
Толуол181,67
Эфир этиловый182,34
1) Sn 54%, Pb 46%; удельная теплоемкость = 0,1766 + 0,000159t;

Отношение удельных теплоемкостей Cp и Cv для газов и паров

γ — отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении к удельной теплоемкости при постоянном объеме.

Для непосредственного определения γ обычно применяется метод, основанный на адиабатическом расширении газа; для этого можно, например, определять скорость звука в газах. Зная давление или температуру непосредственно после адиабатического расши­рения (метод Клемана и Дезорма и метод Луммера и Прингсхейма), y можно найти из уравнений:

или

ГазТемпература, Cγ
Одноатомные газы 
Аргон01,667
Гелий01,63
Криптон191,689
Ксенон191,666
Неон191,642
Пары ртути3101,666
Двухатомные газы
Азот201,401
Азота окись1,394
Водород4—171,407/8
Кислород5—141,400
Окись углерода18001,297
Воздух (сухой)—79,31,405
Воздух (сухой)0—171,401/2
Воздух (сухой)5001,357
Воздух (сухой)9001,32
Воздух (сухой)  (200 атм)0—79,31,8282,333
Трехатомные газы
Азота закись N2O1,324
Азота перекись N2O4201,172
Азота перекись NO21501,31
Аммиак NH31,336
Озон1,29 1)
Пары воды1001,334
Сернистый газ16—341,26
Сернистый газ5001,2
Сероводород H2S1,340
Сероуглерод CS21,239
Углекислый газ4—111,300
Углекислый газ3001,22
Углекислый газ5001,20
Многоатомные газы
Ацетилен С2Н21,26
Бензол201,40
Бензол99,71,105
Метан СН41,313-
Метил бромистый1,274
Метил йодистый1,286
Метил хлористый19—301,279
Пропан С3Н81,130
Спирт метиловый99,71,256
Спирт этиловый531,133
Спирт этиловый99,81,134
Уксусная кислота136,51,147
Хлороформ СНСl324—4299,81,1101,150
Четыреххлористый углерод СС11,130
Этан С2Н61,22
Этил бромистый1,188
Этил хлористый22,71,187
Этилен С2Н41,264
Эфир этиловый12—201,024
Эфир этиловый99,71,112
1) Экстраполировано

_______________

Источник информации: КРАТКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК/ Том 1, — М.: 1960.

Источник: https://infotables.ru/fizika/353-udelnaya-teploemkost-tablitsa

ТЕПЛОЕМКОСТЬ

Как найти по теплоемкости характеристическую температуру...

Теплоемкость – это количество теплоты, которое необходимо сообщить системе для увеличения ее температуры на 1 (К) при отсутствии полезной работы и постоянстве соответствующих параметров.

Если в качестве системы мы берем индивидуальное вещество, то общая теплоемкость системы равняется теплоемкости 1 моль вещества () умноженное на число моль ().

. (16 )

Теплоемкость может быть удельная и молярная.

Удельная теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на 1 град (интенсивная величина).

Молярная теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для нагревания одного моль вещества на 1 град.

Различают истинную и среднюю теплоемкость.

В технике обычно используют понятие средней теплоемкости.

Средняя– это теплоемкость для определенного интервала температур.

Если системе, содержащей количество вещества или массой , сообщили количество теплоты , а температура системы повысилась от до , то можно рассчитать среднюю удельную или молярную теплоемкость:

, . (17)

, . (18)

Истинная молярная теплоемкость – это отношение бесконечно малого количества теплоты, сообщенной 1 моль вещества при определенной температуре, к приращению температуры, которое при этом наблюдается.

. (19)

Согласно уравнению (19), теплоемкость, как и теплота, не является функцией состояния. При постоянном давлении или объеме, согласно уравнениям (11) и (12), теплота, а, следовательно, и теплоемкость приобретают свойства функции состояния, то есть становятся характеристическими функциями системы. Таким образом, получаем изохорную и изобарную теплоемкости.

Изохорная теплоемкость – количество теплоты, которое необходимо сообщить системе, чтобы повысить температуру на 1 , если процесс происходит при .

. (20)

Изобарная теплоемкость – количество теплоты, которое необходимо сообщить системе, чтобы повысить температуру на 1 при .

. (21)

Теплоемкость зависит не только от температуры, но и от объема системы, поскольку между частицами существуют силы взаимодействия, которые изменяются при изменении расстояния между ними, поэтому в уравнениях (20) и (21) используют частные производные.

Энтальпия идеального газа, как и его внутренняя энергия, является функцией только температуры:

,

а в соответствии с уравнением Менделеева–Клапейрона , тогда

. (22)

Поэтому для идеального газа в уравнениях (20), (21) частные производные можно заменить на полные дифференциалы:

. (23)

. (24)

Из совместного решения уравнений (23) и (24) с учетом (22), получим уравнение взаимосвязи между и для идеального газа.

. (25)

Разделив переменные в уравнениях (23) и (24), можно рассчитать изменение внутренней энергии и энтальпии при нагревании 1 моль идеального газа от температуры до

. (26)

. (27)

Если в указанном интервале температур теплоемкость можно считать постоянной, то в результате интегрирования получаем:

. (28)

. (29)

Установим взаимосвязь между средней и истинной теплоемкостью. Изменение энтропии с одной стороны выражается уравнением (27), с другой –

.

Приравняв правые части уравнений и выразив среднюю теплоемкость, имеем:

. (30)

Аналогичное выражение можно получить для средней изохорной теплоемкости.

Теплоемкость большинства твердых, жидких и газообразных веществ повышается с ростом температуры. Зависимость теплоемкости твердых, жидких и газообразных веществ от температуры выражается эмпирическим уравнением вида:

. (31)

где а, b, c и – эмпирические коэффициенты, вычисленные на основе экспериментальных данных о , причем коэффициент относится к органическим веществам, а – к неорганическим. Значения коэффициентов для различных веществ приведены в справочнике и применимы только для указанного интервала температур.

Теплоемкость идеального газа не зависит от температуры.

Согласно молекулярно-кинетической теории теплоемкость, приходящаяся на одну степень свободы, равна (степень свободы – число независимых видов движения на которые можно разложить сложное движение молекулы).

Для одноатомной молекулы характерно поступательное движение, которое можно разложить на три составляющие в соответствии с тремя взаимно перпендикулярными направлениями по трем осям. Поэтому изохорная теплоемкость одноатомного идеального газа равна

. (32)

Тогда изобарная теплоемкость одноатомного идеального газа согласно (25) определится по уравнению

. (33)

Двухатомные молекулы идеального газа помимо трех степеней свободы поступательного движения имеют и 2 степени свободы вращательного движения. Следовательно:

, .

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/3_70530_teploemkost.html

Biz-books
Добавить комментарий