Voda je jednou z nejúžasnějších látek. Navzdory rozšířenému a rozšířenému použití je to skutečné tajemství přírody. Být jedním ze sloučenin kyslíku, voda zdánlivě by měla mít velmi nízké vlastnosti, jako je zmrazení, teplo odpařování atd. Ale to nedochází. Pouze tepelná kapacita vody, na rozdíl od všeho, extrémně vysoké.

Voda je schopna absorbovat obrovské množství tepla, zatímco ve stejnou dobu prakticky ne ohřívat - v tomto fyzickém prvku. Voda nad tepelnou kapacitou písku je asi pětkrát a desetkrát - železo. Proto je voda přirozeným chladičem. Jeho majetek akumuluje velké množství energie vám umožní vyhlazení teplotní výkyvy na povrchu Země a nastavit tepelný režim v rámci celé planety, a to se děje bez ohledu na roční dobu.

Tato jedinečná vlastnost vody umožňuje použít jako chladicí látku v průmyslu a v každodenním životě. Kromě toho je voda veřejně dostupná a relativně levné suroviny.

Co je chápáno v tepelné kapacitě? Jak je známo z průběhu termodynamiky, přenos tepla je vždy z horkého ke studenému tělu. V tomto případě hovoříme o přechodu určitého množství tepla a teplota obou těles, je charakteristika jejich stavu, ukazuje směr této výměny. V procesu kovového tělesa s vodou rovnou hmotě při stejné počáteční teplotě se kov několikrát změní svou teplotu.

Pokud vezmeme na postulát základní výkaz termodynamiky - od dvou orgánů (izolovaných od ostatních), s výměnou tepla dává jeden a druhý dostane stejné množství tepla, je zřejmé, že kov a voda jsou zcela odlišné tepelná kapacita.

Tepelná kapacita vody (stejně jako jakákoliv látka) je tedy indikátorem, který charakterizuje schopnost této látky, čímž se získá (nebo získá) nějaký způsob chlazení (topení) na jednotku teploty.

Specifická tepelná kapacita látky je množství tepla požadovaného za účelem ohřevu jednotky této látky (1 kg) o 1 stupeň.

Množství tepla uvolněného nebo absorbovaného tělesem se rovná produktu hodnot specifického rozdílu tepla, hmotnosti a teploty. Je měřen v kaloriích. Jedna kalorie je přesně množství tepla, které je dostatečné pro zahřívání 1 g vody po dobu 1 stupně. Pro srovnání: Specifická tepelná kapacita vzduchu je 0,24 CAL / g ° С, hliník - 0,22, železo - 0,11, rtuť - 0,03.

Vodní tepelná kapacita není konstantní. S rostoucí teplotou od 0 do 40 stupňů se mírně sníží (od 1.0074 do 0,9080), zatímco všechny ostatní látky v procesu ohřevu zvyšují tuto charakteristiku. Kromě toho se může snížit růst tlaku (v hloubce).

Jak je známo, voda má tři souhrnné stavy - kapalná, pevná látka (led) a plynné (páry). V tomto případě je specifická tepelná kapacita ledu asi 2krát nižší než voda. To je hlavní rozdíl mezi vodou z jiných látek, hodnoty specifické tepelné kapacity, jejichž v pevném a roztaveném stavu se nemění. Jaké je tady tajemství?

Faktem je, že led má krystalovou strukturu, která není zničena při zahřátí. Voda obsahuje malé ledové částice sestávající z několika molekul a označovaných jako spolupracovníky. Když je voda vyhřívaná, část je vynaložena na zničení vodíkových vazeb v těchto formacích. To vysvětluje neobvykle vysokou tepelnou kapacitu vody. Plně propojený mezi jeho molekulami je zničena pouze tehdy, když se voda pohybuje do páry.

Konkrétní tepelná kapacita při teplotě 100 ° C se téměř neliší od ledu při 0 ° C. To opět potvrzuje správnost tohoto vysvětlení. Tepelná kapacita páry, stejně jako tepelná kapacita, je v současné době studována mnohem lépe než voda, na které vědci ještě nepřijdou ke společnému názoru.

Tabulka ukazuje termofyzikální vlastnosti vodní páry na čarou nasycení v závislosti na teplotě. Parametry páry jsou uvedeny v tabulce v teplotním rozmezí od 0,01 do 370 ° C.

Každá teplota odpovídá tlaku, při kterém je vodní pára v stavu nasycení. Například při teplotě vodní páry 200 ° C bude jeho tlak hodnota 1,555 MPa nebo asi 15,3 atm.

Specifická tepelná kapacita páry, tepelná vodivost a zvyšuje se při stoupání teploty. Roste také hustota vodní páry. Dvojice vody se stávají horkým, těžkým a viskózním, s vysokým významem specifické tepelné kapacity, které má pozitivní vliv na výběr páry jako chladicí kapaliny v některých typech výměníků tepla.

Například podle tabulky specifická tepelná kapacita vodní páru C P. Při teplotě 20 ° C je 1877 J / (kg krupobití) a při zahřátí na 370 ° C se tepelná kapacita páry zvyšuje na hodnotu 56520 J / (kg · krupobití).

Tabulka je uvedena následující termofyzikální vlastnosti vodní páry na saturační lince:

• pár tlaku při určené teplotě p · 10 -5Pa;
• para hustota ρ″ , kg / m 3;
• specifická (hmotnostní) entalpie h ", kJ / kg;
• r., kJ / kg;
• specifická tepelná kapacita C P., KJ / (kg · krupobití);
• koeficient tepelné vodivosti λ · 10 2, W / (m · hrad);
• teplotní koeficient a · 10 6, m 2 / s;
• dynamická viskozita · 10 6, Pa · s;
• kinematická viskozita ν 10 6, m 2 / s;
• počet Prandtla. PR..

Specifické teplo odpařování, entalpie, teplotního koeficientu a kinematické viskozity vodní páry se zvyšující se snížení teploty. Dynamická viskozita a počet parandy se zvyšuje.

Buď opatrný! Tepelná vodivost v tabulce je indikována do stupně 10 2. Nezapomeňte rozdělit 100! Například tepelná vodivost páry při teplotě 100 ° C je 0,02372 w / (m · krupobití).

Vodní pára tepelná vodivost při různých teplotách a tlacích

Tabulka ukazuje hodnoty tepelné vodivosti vody a vodní páry při teplotách od 0 do 700 ° C a tlaku 0,1 až 500 atm. Rozměr tepelné vodivosti w / (m · hrad).

Rysek pod hodnotami v tabulce znamená fázový přechod vody do páry, tj. Čísla pod linií patří k dvojici a nad ním - do vody. Podle tabulky lze vidět, že hodnota koeficientu a vodní páry se zvyšuje, protože tlak roste.

Poznámka: Tepelná vodivost v tabulce je indikována do stupně 10 3. Nezapomeňte rozdělit o 1000!

Tepelná vodivost vodní páry při vysokých teplotách

Tabulka ukazuje hodnoty tepelné vodivosti disociované vodní páry v rozměru w / (m · grad) při teplotách od 1400 do 6000 k a tlaku 0,1 až 100 atm.

Podle tabulky se tepelná vodivost vodní páry při vysokých teplotách výrazně zvyšuje v oblasti 3000 ... 5000 K. Při vysokých hodnotách se maximální koeficient tepelného vodivosti dosahuje při vyšších teplotách.

Buď opatrný! Tepelná vodivost v tabulce je indikována do stupně 10 3. Nezapomeňte rozdělit o 1000!

Dnes budeme říct o tom, jakou tepelnou kapacitu (voda včetně), které se to děje a kde se používá tento fyzický termín. Také ukazujeme, jak užitečná hodnota této hodnoty pro vodu a páru, proč by to mělo vědět a jak to ovlivňuje náš každodenní život.

Koncepce tepelné kapacity

Tato fyzická hodnota je tak často používána v okolním světě a vědě, která musí být nejprve vyprávěna. První definice bude vyžadovat nějakou připravenost od čtenáře alespoň v diferenciálu. Takže tepelná kapacita je určena ve fyzice jako postoj přírůstků nekonečně malého množství tepla na odpovídající nekonečně malé množství teploty.

Množství tepla

Co je teplota, tak či onak, pochopte téměř všechno. Připomeňme, že "množství tepla" není jen frází, ale termín označující energii, že tělo ztratí nebo získává při výměně s životním prostředím. Tato hodnota se měří v kaloriích. Tato jednotka je známá všem ženám, které sedí na dietě. Vážení dámy, teď víte, co hořáte na běžeckém pásu a co se rovná každému jedeným (nebo vlevo na talíři) kus jídla. Jakýkoliv tělo, jejichž teplotní změny, zažívá zvýšení nebo snížení množství tepla. Poměr těchto hodnot je tepelná kapacita.

Použití tepelné kapacity

Přísné stanovení fyzického konceptu považovaného u nás je však poměrně zřídka používat sama o sobě. Nahoře jsme říkali, že je velmi často používán v každodenním životě. Ti, kteří ve fyzice ve škole nemilují, jsou pravděpodobně zmateni. A budeme zvednout závoj tajemství a říct, že horký (a ještě studená) voda v jeřábu a v trubkách ohřevu se objeví pouze kvůli výpočtům tepelné kapacity.

Povětrnostní podmínky, které určují, zda je možné otevřít sezónu koupání nebo stále stojí za to zůstat na břehu, také zohlednit tuto hodnotu. Veškeré zařízení spojené s ohřevem nebo chlazením (olejový radiátor, chladnička), všechny náklady na energii v přípravě potravin (například v kavárně) nebo venkovní měkké zmrzliny jsou ovlivněny těmito výpočty. Jak lze chápat, mluvíme o takovém rozsahu jako tepelná kapacita vody. Bylo by hloupé předpokládat, že tyto prodejci dělají a obyčejní spotřebitelé, ale inženýři, návrháři, výrobci všichni zohlednili a investovali příslušné parametry do domácích spotřebičů. Výpočty tepelné kapacity jsou však mnohem široce používány: v hydruturbinech a výrobě cementů, při testování slitin pro letadlové nebo železniční prostředky, během výstavby, plavání, chlazení. Dokonce i výzkum prostoru je založen na vzorcích obsahujících tuto hodnotu.

Typy tepelné kapacity

Ve všech praktických aplikacích se používá relativní nebo specifická tepelná kapacita. Je definován jako množství tepla (upozornění, žádné nekonečně malé hodnoty), nezbytné pro ohřívání jednotky množství látky na jeden stupeň. Stupně na Celvin Scale a Celsia se shodují, ale ve fyzice je obvyklé zavolat tuto velikost v prvních jednotkách. V závislosti na tom, jak je jednotka množství látky vyjádřena, rozlišuje se hmotnost, objemová a molární tepelná kapacita. Připomeňme, že jeden mol je množství látky, která obsahuje asi šest až deset v dvacátém třetího stupně molekul. V závislosti na problému se používá vhodná tepelná kapacita, jejich označení ve fyzice je odlišná. Hromadná tepelná kapacita je indikována jako C a exprimována v J / kg * k, objemu - s "(3 * k), molární - s μ (j / mol * k).

Dokonalý plyn.

Pokud je problém dokonalého plynu vyřešen, pak je pro něj výraz jiný. Připomeňme si, že tato neexistující atomy látky (nebo molekuly) se navzájem neruší. Tato kvalita radikálně mění všechny vlastnosti dokonalého plynu. Tradiční přístupy k výpočtům proto nedávají požadovaný výsledek. Perfektní plyn je zapotřebí jako model pro popis elektronů v kovu. Jeho tepelná kapacita je definována jako počet stupňů svobody částic, z nichž se skládá.

Skupenství

Zdá se, že pro látku jsou ve všech podmínkách stejné fyzikální vlastnosti stejné. Ale to není. Při přepnutí na jiný souhrnný stav (při tavení a zmrazování ledu, během odpařování nebo zmrazeného roztaveného hliníku), tato hodnota mění blbec. Tepelná kapacita vody a vodní páru se tedy liší. Jak uvidíme níže, výrazně. Tento rozdíl velmi ovlivňuje použití kapalných i plynných složek této látky.

Vytápění a tepelná kapacita

Jak čtečka již všiml, nejčastěji v reálném světě se zdá, že tepelná kapacita vody. Je zdrojem života, bez ní, naše existence je nemožná. Potřebuje člověka. Proto od starověku, až do moderního dne, byl vždy úkol dodávat vodu do domu a na výrobu nebo obory vždy. Dobré pro ty země, které mají po celý rok pozitivní teplotu. Starověcí Římany postavili akvadukty dodávat své městy s tímto hodnotným zdrojem. A tady, kde je zima, tato metoda by nepřijde. Led, jak víte, má větší specifický objem než voda. To znamená, že zamrznutí v trubkách, ničí je kvůli expanzi. V přední části inženýrů ústředního vytápění a dodávání teplé a studené vody do domu je úkol - jak se jim vyhnout.

Tepelná kapacita vody při zohlednění délky trubek poskytne potřebnou teplotu, ke které je nutné ohřívat kotlů. Máme však velmi chladné zimy. A se stovkami stupňů, Celsia je již varu. V této situaci se specifická tepelná kapacita vodní páru přichází na záchranu. Jak bylo uvedeno výše, souhrnný stav mění tuto velikost. No, v kotlích, kteří nosí naše domy vřele, tam je silně přehřátá pára. Vzhledem k tomu, že má vysokou teplotu, vytváří neuvěřitelný tlak, takže kotle a trubky vedoucí k nim by měly být velmi trvanlivé. V tomto případě, i malá díra, velmi malý únik může vést k výbuchu. Tepelná kapacita vody závisí na teplotě a nelineárně. To znamená, že pro vytápění od dvaceti až třiceti stupňů bude vyžadováno další množství energie než, řekněme, od sto a padesáti až sto šedesát.

S jakýmkoliv akcí, které ovlivňují ohřev vody, stojí za to zvážit, zejména pokud mluvíme o velkých objemech. Tepelná kapacita páry, tolik jejích vlastností, závisí na tlaku. Při stejné teplotě jako kapalný stav je plynný téměř čtyřikrát nižší tepelná kapacita.

Nahoře jsme vedli mnoho příkladů, zda je nutné ohřívat vodu a jak je nutné vzít v úvahu množství tepelné kapacity. Nicméně, ještě jsme neřekli, že mezi všemi dostupnými zdroji planety má tato kapalina poněkud vysoký ukazatel nákladů na energii pro vytápění. Tato vlastnost je často používána pro chlazení.

Protože tepelná kapacita vody je vysoká, účinně a rychle převzata energie. Používá se na výrobě, v high-tech zařízení (například v laserech). Ano, a doma, asi víme, že nejefektivnější způsob, jak ochlazovat vařená vařená vejce nebo horký pánev se opláchne pod studenou tryskou z kohoutku.

A princip fungování atomových jaderných reaktorů je obecně postaven na vysoké vodě tepelné kapacity. Horká zóna, jak jižkoliv z názvu, má neuvěřitelně vysokou teplotu. Vyhřívaný se voda vychladne systém, aniž by reakční reakční reakcí vystupoval pod kontrolou. Dostáváme tedy potřebnou elektřinu (vyhřívaná pára otáčí turbínu) a katastrofa se nedá.

Entalpie - Tato vlastnost látky označující množství energie, která může být přeměněna na teplo.

Entalpie - Jedná se o termodynamický majetek látky, která naznačuje energetická úroveňuloženy ve své molekulární struktuře. To znamená, že i když látka může mít energii na zemi, ne všechny mohou být převedeny na teplo. Část vnitřní energie vždy zůstává v podstatě a udržuje svou molekulární strukturu. Část látky není k dispozici, když se její teplota přibližuje okolní teplotou. Proto, entalpie - Jedná se o množství energie, která je k dispozici pro přeměnu na teplotu při určité teplotě a tlaku. Jednotky entalpie - Britská tepelná jednotka nebo Joule pro energii a BTU / LBM nebo J / kg pro konkrétní energii.

Počet entalpie

číslo nátěrové látky Na základě dané teploty. Tato teplota - Tato hodnota, která je vybrána vědci a inženýry jako základ pro výpočty. Tato teplota, ve které je entalpie látky nulová J. Jinými slovy, látka nemá dostupnou energii, která může být převedena na teplo. Tato teplota má různé látky. Tato teplota vody je například trojitý bod (asi ° C), dusík -150 ° C a chladiva na bázi metanu a ethanu -40 ° C.

Pokud je teplota látky nad teplotou nebo změní stav k plynnému při dané teplotě, je entalpie vyjádřena v kladném počtu. A naopak při teplotách níže je tato entalpie látky vyjádřena záporným číslem. Entalpie se používá ve výpočtech k určení rozdílu v energetické úrovni mezi dvěma státy. To je nutné konfigurovat zařízení a určit účinnost procesu.

Lákavý často definují as. kompletní energie látekVzhledem k tomu, že se rovná součtu své vnitřní energie (a) v tomto státě spolu s jeho schopností dělat práci (PV). Ale ve skutečnosti entalpie neindikuje celkovou energii látky při teplotě nad absolutní nulou (-273 ° C). Proto namísto určení lákavý Jako kompletní teplo látky, přesněji stanoví jako celkové množství dostupné energie látky, která může být přeměněna na teplo.
H \u003d u + pv

V tomto malém materiálu zvažujeme jeden z nejdůležitějších vlastností pro naši planetu. Tepelná kapacita.

Specifická tepelná kapacita

Provedeme stručnou výklad tohoto pojmu:

Tepelná kapacita Látky Toto je jeho schopnost hromadit se samotným teplem. Tato hodnota se měří množství tepla absorbovaného tím, když se zahřívá při teplotě 1 ° C. Například vodní tepelná kapacita - 1 CAL / g, nebo 4,2 j / g, a půdy - při 14,5-15,5 ° C (v závislosti na typu půdy) se pohybuje od 0,5 do 0,6 kalu (2, 1-2,5 j) za Objem jednotky a od 0,2 do 0,5 CAL (nebo 0,8-2,1 j) na jednotku hmotnosti (gramů).

Tepelná kapacita vody má významný dopad na mnoho aspektů našich životů, ale v tomto materiálu se zaměříme na svou úlohu při tvorbě teplotního režimu naší planety, a to ...

Vodní tepelná kapacita a pozemní klima

Tepelná kapacita Vody v jejich absolutní hodnotě jsou dostatečně velké. Z výše uvedené definice vidíme, že významně překračuje tepelnou kapacitu půdy naší planety. Kvůli takovému rozdílu v půdních teplotách ve srovnání s vodami Světového oceánu se ohřívá mnohem rychleji a odpovídajícím způsobem chladí. Díky více inertního světového oceánu nejsou výkyvy v denních a sezónních teplotách Země tak velké, protože byly v nepřítomnosti oceánů a moří. To je v chladné sezóně voda ohřívá zeminu a v teplém chladiči. Tento vliv je samozřejmě nejcennější v pobřežních oblastech, ale v globálním průměrném měření ovlivňuje celou planetu.

Samozřejmě, že výkyvy v denních a sezónních teplotách jsou ovlivněny mnoha faktory, ale voda je jednou z nejdůležitějších.

Zvýšení amplitudy oscilací denních a sezónních teplot radikálně změnilo svět kolem nás.

Například dobře známý fakt - kámen s náhlými teplotními kolísání ztrácí svou pevnost a stává se křehkým. Samozřejmě "poněkud" jiní by byli a my sami. Přesně jiní by měli alespoň fyzické parametry našeho těla.

Anomální vlastnosti kapacity tepla vody

Tepelná kapacita vody má abnormální vlastnosti. Ukazuje se, že se zvýšením teploty vody se jeho tepelná kapacita sníží, tato dynamika zůstává až 37 ° C, přičemž další zvýšení teploty se tepelná kapacita začíná zvyšovat.

V této skutečnosti bylo uzavřeno jedno zajímavé prohlášení. Signálně řečeno, povaha vody v obličeji vody se stanoví 37 ° C jako nejpohodlnější teplota pro lidské tělo, za předpokladu, že samozřejmě dodržuje všechny ostatní faktory. S jakoukoliv dynamikou okolní teploty je teplota vody 37 ° C.