Isı kapasitesi, ısıtma sırasında belirli miktarlarda ısıyı emme veya soğutulduğunda verme yeteneğidir. Bir cismin ısı kapasitesi, bir cismin aldığı sonsuz küçük miktardaki ısının, sıcaklık göstergelerindeki karşılık gelen artışa oranıdır. Değer J/K cinsinden ölçülür. Pratikte, biraz farklı bir değer kullanılır - özgül ısı.
Tanım
Özgül ısı ne anlama geliyor? Bu, bir maddenin tek bir miktarı ile ilgili bir miktardır. Buna göre bir maddenin miktarı metreküp, kilogram ve hatta mol cinsinden ölçülebilir. Bu neye bağlıdır? Fizikte, ısı kapasitesi doğrudan hangi nicel birime atıfta bulunduğuna bağlıdır; bu, molar, kütle ve hacimsel ısı kapasitesi arasında ayrım yaptıkları anlamına gelir. İnşaat sektöründe molar ölçülerini görmezsiniz ama diğerlerini her zaman görürsünüz.
Özgül ısı kapasitesini neler etkiler?
Isı kapasitesi nedir biliyorsunuz ama göstergeyi hangi değerlerin etkilediği henüz belli değil. Özgül ısı kapasitesinin değeri, birkaç bileşenden doğrudan etkilenir:madde sıcaklığı, basıncı ve diğer termodinamik özellikler.
Bir ürünün sıcaklığı arttıkça özgül ısı kapasitesi artar, ancak bazı maddeler bu ilişkide tamamen doğrusal olmayan bir eğri sergiler. Örneğin, sıcaklık göstergelerinde sıfırdan otuz yedi dereceye bir artışla, suyun özgül ısı kapasitesi azalmaya başlar ve sınır otuz yedi ile yüz derece arasındaysa, gösterge tam tersine olacaktır. artırmak.
Parametrenin, ürünün termodinamik özelliklerinin (basınç, hacim vb.) nasıl değişmesine izin verildiğine de bağlı olduğunu belirtmekte fayda var. Örneğin, sabit basınçta ve sabit hacimde özgül ısı farklı olacaktır.
Parametre nasıl hesaplanır?
Isı kapasitesinin ne olduğuyla ilgileniyor musunuz? Hesaplama formülü aşağıdaki gibidir: C \u003d Q / (m ΔT). Bu değerler nelerdir? Q, ürünün ısıtıldığında aldığı (veya soğutma sırasında ürün tarafından serbest bırakıldığı) ısı miktarıdır. m, ürünün kütlesidir ve ΔT, ürünün son ve ilk sıcaklıkları arasındaki farktır. Aşağıda bazı malzemelerin ısı kapasitesi tablosu verilmiştir.
Isı kapasitesi hesaplaması ne olacak?
Isı kapasitesini hesaplamak kolay bir iş değildir, özellikle sadece termodinamik yöntemler kullanılıyorsa, bunu daha kesin olarak yapmak imkansızdır. Bu nedenle fizikçiler, istatistiksel fizik yöntemlerini veya ürünlerin mikro yapısı bilgisini kullanırlar. Gaz için nasıl hesaplanır? Gazın ısı kapasitesibir maddedeki tek tek moleküllerin ortalama termal hareket enerjisinin hesaplanmasından hesaplanır. Moleküllerin hareketleri öteleme ve dönme türünde olabilir ve bir molekülün içinde bütün bir atom veya atomların titreşimi olabilir. Klasik istatistikler, dönme ve öteleme hareketlerinin her bir serbestlik derecesi için, gazın molar ısı kapasitesinde R / 2'ye eşit bir değer olduğunu ve her titreşim serbestlik derecesi için değerin R'ye eşit olduğunu söylüyor. Bu kural aynı zamanda eş bölme yasası olarak da adlandırılır.
Aynı zamanda, monatomik bir gazın parçacığı sadece üç öteleme serbestlik derecesi ile farklılık gösterir ve bu nedenle ısı kapasitesi deneyle mükemmel uyum içinde olan 3R/2'ye eşit olmalıdır. Her iki atomlu gaz molekülünün üç öteleme, iki dönme ve bir titreşim serbestlik derecesi vardır, bu da eşbölünme yasasının 7R/2 olacağı anlamına gelir ve deneyimler, normal sıcaklıkta bir mol iki atomlu gazın ısı kapasitesinin 5R/ olduğunu göstermiştir. 2. Teoride neden böyle bir çelişki vardı? Her şey, ısı kapasitesini kurarken, çeşitli kuantum etkilerini hesaba katmanın, başka bir deyişle kuantum istatistiklerini kullanmanın gerekli olacağı gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Gördüğünüz gibi, ısı kapasitesi oldukça karmaşık bir kavramdır.
Kuantum mekaniği, bir gaz molekülü de dahil olmak üzere salınan veya dönen herhangi bir parçacık sisteminin belirli ayrık enerji değerlerine sahip olabileceğini söylüyor. Kurulu sistemdeki termal hareketin enerjisi, gerekli frekanstaki salınımları uyarmak için yetersizse, bu salınımlar katkıda bulunmaz.sistemin ısı kapasitesi.
Katılarda, atomların termal hareketi belirli denge konumlarının yakınında zayıf bir salınımdır, bu kristal kafesin düğümleri için geçerlidir. Bir atomun üç titreşim serbestlik derecesi vardır ve yasaya göre, bir katının molar ısı kapasitesi 3nR, 'ye eşittir, burada n moleküldeki mevcut atomların sayısıdır. Pratikte bu değer, vücudun ısı kapasitesinin yüksek sıcaklıklarda eğilim gösterdiği sınırdır. Değer, birçok elementte normal sıcaklık değişiklikleri ile elde edilir, bu metaller ve basit bileşikler için geçerlidir. Kurşun ve diğer maddelerin ısı kapasitesi de belirlenir.
Düşük sıcaklıklar ne olacak?
Isı kapasitesinin ne olduğunu zaten biliyoruz ama düşük sıcaklıklardan bahsedersek değeri nasıl hesaplanacak o zaman? Düşük sıcaklık göstergelerinden bahsediyorsak, o zaman katı bir cismin ısı kapasitesi T 3 veya sözde Debye ısı kapasitesi yasası ile orantılı olur. Yüksek sıcaklıkları düşük olanlardan ayırmanın ana kriteri, bunların belirli bir madde için karakteristik bir parametre ile olağan karşılaştırmasıdır - bu karakteristik veya Debye sıcaklığı qD olabilir. Sunulan değer, üründeki atomların titreşim spektrumu tarafından belirlenir ve önemli ölçüde kristal yapıya bağlıdır.
Metallerde, iletim elektronları ısı kapasitesine belirli bir katkı sağlar. Isı kapasitesinin bu kısmı kullanılarak hesaplanırElektronları hesaba katan Fermi-Dirac istatistikleri. Bir metalin olağan ısı kapasitesiyle orantılı olan elektronik ısı kapasitesi nispeten küçük bir değerdir ve metalin ısı kapasitesine yalnızca mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda katkıda bulunur. Daha sonra kafes ısı kapasitesi çok küçük olur ve ihmal edilebilir.
Kütle ısı kapasitesi
Kütle özgül ısı, ürünü birim sıcaklıkta ısıtmak için bir maddenin birim kütlesine getirilmesi gereken ısı miktarıdır. Bu değer C harfi ile gösterilir ve joule bölü kelvin - J / (kg K) cinsinden ölçülür. Bu tamamen kütle ısı kapasitesi ile ilgilidir.
Hacimsel ısı kapasitesi nedir?
Hacim ısı kapasitesi, bir ürünü birim sıcaklıkta ısıtmak için birim hacmine eklenmesi gereken belirli bir ısı miktarıdır. Bu gösterge, kelvin veya J / (m³ K) başına bir metreküp bölünen joule cinsinden ölçülür. Birçok bina referans kitabında dikkate alınan şey, işteki kütleye özgü ısı kapasitesidir.
İnşaat sektöründe ısı kapasitesinin pratik uygulaması
Isıya dayanıklı duvarların yapımında birçok ısı yoğun malzeme aktif olarak kullanılmaktadır. Bu, periyodik ısıtma ile karakterize edilen evler için son derece önemlidir. Örneğin, fırın. Isı yoğun ürünler ve onlardan inşa edilen duvarlar mükemmel bir şekilde ısı biriktirir, ısıtma süreleri boyunca depolar ve kapandıktan sonra yavaş yavaş ısıyı serbest bırakır.sistem, böylece gün boyunca kabul edilebilir bir sıcaklığın korunmasına izin verir.
Yani, yapıda ne kadar fazla ısı depolanırsa, odalardaki sıcaklık o kadar rahat ve istikrarlı olacaktır.
Konut yapımında kullanılan sıradan tuğla ve betonun genleşmiş polistirenden çok daha düşük bir ısı kapasitesine sahip olduğunu belirtmekte fayda var. Ecowool alırsak, betondan üç kat daha fazla ısı tüketir. Isı kapasitesini hesaplama formülünde kütlenin boşuna olmadığı belirtilmelidir. Ecowool ile karşılaştırıldığında, büyük beton veya tuğla kütlesi nedeniyle, yapıların taş duvarlarında büyük miktarlarda ısı birikmesine ve tüm günlük sıcaklık dalgalanmalarının yumuşatılmasına izin verir. İyi ısı kapasitesine rağmen, tüm çerçeve evlerde yalnızca küçük bir yalıtım kütlesi, tüm çerçeve teknolojileri için en zayıf alandır. Bu sorunu çözmek için tüm evlere etkileyici ısı akümülatörleri kurulur. Ne olduğunu? Bunlar, oldukça iyi bir ısı kapasitesi indeksine sahip büyük bir kütle ile karakterize edilen yapısal parçalardır.
Yaşamdaki ısı akümülatörlerine örnekler
Ne olabilir? Örneğin, bir tür iç tuğla duvarlar, büyük bir soba veya şömine, beton şaplar.
Herhangi bir ev veya apartman dairesinde bulunan mobilyalar mükemmel bir ısı akümülatörüdür, çünkü kontrplak, sunta ve ahşap aslında kötü şöhretli tuğladan üç kat daha fazla ağırlık başına yalnızca kilogram başına ısı depolayabilir.
Isı akümülatörlerinde herhangi bir dezavantaj var mı? Tabii ki, bu yaklaşımın ana dezavantajı,ısı akümülatörünün bir çerçeve ev düzeni oluşturma aşamasında tasarlanması gerektiği gerçeği. Hepsi çok ağır olduğu için ve temeli oluştururken bunun dikkate alınması gerekecek ve ardından bu nesnenin iç mekana nasıl entegre edileceğini hayal edin. Sadece kütleyi dikkate almanın gerekli olduğunu söylemeye değer, işte her iki özelliği de değerlendirmek gerekecek: kütle ve ısı kapasitesi. Örneğin, ısı deposu olarak metreküp başına yirmi ton gibi inanılmaz bir ağırlığa sahip altın kullanırsanız, ürün, iki buçuk ton ağırlığındaki bir beton küpten yalnızca yüzde yirmi üç daha iyi olması gerektiği gibi çalışacaktır.
Isı depolama için en uygun madde hangisidir?
Bir ısı akümülatörü için en iyi ürün beton ve tuğla değildir! Bakır, bronz ve demir bu konuda iyi iş çıkarır, ancak çok ağırdırlar. İşin garibi, ama en iyi ısı akümülatörü sudur! Sıvı, bize sunulan maddeler arasında en büyüğü olan etkileyici bir ısı kapasitesine sahiptir. Sadece helyum gazları (5190 J / (kg K) ve hidrojen (14300 J / (kg K)) daha fazla ısı kapasitesine sahiptir ancak pratikte uygulanması sorunludur. İstenirse ve gerekirse, maddelerin ısı kapasitesi tablosuna bakınız. gerek.
