Tepelná kapacita vody a páry. Definice a aplikace

Dnes budeme hovořit o tom, jaká je tepelná kapacita (včetně vody), jaké typy to je a kde se používá tento fyzikální termín. Také ukážeme, jak užitečná je tato hodnota pro vodu a páru, proč ji potřebujete znát a jak ovlivňuje náš každodenní život.

Koncepce tepelné kapacity

Toto fyzické množství se tak často používá ve vnějším světě a vědě, o které musíte nejprve o tom mluvit. První definice bude vyžadovat určitou připravenost od čtenáře, přinejmenším v rozdílech. Kapacita tělesného tepla je tedy definována ve fyzice jako poměr přírůstků nekonečně malého množství tepla k odpovídajícímu nekonečně malému množství teploty.

Množství tepla

Co je teplota, tak pochopit téměř všechno. Připomeňme, že "množství tepla" není jen věta, ale termín označující energii, kterou tělo ztrácí nebo získává, když je vyměněno za životní prostředí. Toto množství se měří v kaloriích. Tato jednotka je známá všem ženám, které jsou ve stravě. Drahé dámy, teď víte, že spálíte na běžícím pásu a co se každý kus jídla jedl (nebo zanechal na talíři) se rovná. Takže každé tělo, jehož změny teploty zaznamenávají zvýšení nebo snížení množství tepla. Poměr těchto množství je tepelná kapacita.

Aplikace tepelné kapacity

Avšak přísná definice fyzické koncepce, kterou uvažujeme, se používá jen zřídka sama. Dříve jsme říkali, že je velmi často používán v každodenním životě. Ti, kteří ve škole nemají rádi fyziku, jsou nyní pravděpodobně zmateni. A my zvedneme závoj tajnosti a řekneme vám, že horká (a dokonce studená) voda v kohoutku a v topných potrubích se objevuje pouze pomocí výpočtů tepelné kapacity.

Plánované podmínky, které určují, zda je již možné otevřít plaveckou sezónu nebo zda má zůstat na pobřeží, také tuto hodnotu zohlední. Jakékoliv zařízení spojené s vytápěním nebo chlazením (chladič oleje, chladnička), veškeré náklady na energii na vaření (například v kavárně) nebo pouliční měkká zmrzlina jsou ovlivněny těmito výpočty. Jak můžete pochopit, mluvíme o takové hodnotě jako je tepelná kapacita vody. Bylo by hloupé předpokládat, že prodávající a běžní spotřebitelé to udělají, ale inženýři, konstruktéři, výrobci všichni vzali v úvahu a investovali příslušné parametry do domácích spotřebičů. Výpočty tepelné kapacity se však používají mnohem širší: u hydroturbin a výroby cementu, při zkoušení slitin pro letadla nebo vlaky, při konstrukci, tavení, chlazení. Dokonce výzkum vesmíru je založen na vzorcích obsahujících tuto hodnotu.

Typy tepelné kapacity

Takže ve všech praktických aplikacích používají relativní nebo specifické teplo. Je definován jako množství tepla (poznámka, žádné nekonečně malé množství) potřebné k ohřevu jednotkového množství látky o jeden stupeň. Stupně na stupních Kelvina a Celsia jsou stejné, ale ve fyzice je obvyklé volat toto množství v prvních jednotkách. V závislosti na tom, jak je vyjádřena jednotka množství látky, se rozlišuje hmotnostní, objemový a molární specifický tepelný výkon. Připomeňme si, že jeden mol je množství látky, které obsahuje asi šest až deset až dvacet-třetí stupeň molekul. V závislosti na úloze se používá odpovídající tepelná kapacita, jejich označení ve fyzice je jiné. Kapacita hromadného tepla je označena jako C a je vyjádřena v J / kg * K, objemové - C (J / m ³ * K), molární - C _μ (J / mol * K).

Perfektní plyn

Pokud je problém vyřešen perfektní plyn pak pro něj je výraz jiný. Připomeňme si, že v látce, která ve skutečnosti neexistuje, atomy (nebo molekuly) vzájemně nereagují. Tato kvalita drasticky mění všechny vlastnosti ideálního plynu. Tradiční přístupy k výpočtům proto nedávají požadovaný výsledek. Ideální plyn je třeba jako model pro popis elektronů v kovu, například. Jeho tepelná kapacita je definována jako počet stupňů volnosti částic, z nichž se skládá.

Stav agregace

Zdá se, že pro látku jsou všechny fyzikální vlastnosti stejné za všech podmínek. Ale není. Při přemísťování do jiného stavu agregace (během tavení a zmrazování ledu, při odpařování nebo tuhnutí roztaveného hliníku) se tato hodnota mění s trhnutím. Tepelná kapacita vody a vodní páry se tak liší. Jak uvidíme níže, výrazně. Tento rozdíl silně ovlivňuje použití kapalných i plynných složek této látky.

Vytápění a tepelná kapacita

Jak již čtenář zaznamenal, tepelná kapacita vody se nejčastěji objevuje v reálném světě. Je to zdroj života, aniž by naše existence byla nemožná. Potřebuje muže. Proto se od dávných dob až po moderní dobu vždy jednalo o dodávku vody do domácností, rostlin nebo polí. Dobré pro ty země, které mají pozitivní teplotu po celý rok. Starověcí Římané stavěli akvadukty, aby dodávali svým městům tento cenný zdroj. Ale tam, kde je zima, tato metoda by se nehodila. Je známo, že led má větší specifický objem než voda. To znamená, že zmrazení v potrubí zničí je kvůli rozšíření. Takto inženýři ústředního topení a dodávka horké a studené vody do svých domovů čelí úloze, jak se tomu vyhnout.

Tepelná kapacita vody, při zohlednění délky potrubí, poskytne potřebnou teplotu, na kterou je nutné ohřívat kotle. Naše zimy jsou však velmi chladné. A ve stovkách stupňů Celsia již dochází k varu. V této situaci dochází k záchraně specifické tepelné kapacity. vodní páry. Jak je uvedeno výše, agregativní stav tuto hodnotu mění. No, v kotlích, které přenášejí naše domy v teple, je vysoko přehřátá pára. Vzhledem k tomu, že má vysokou teplotu, vytváří neuvěřitelný tlak, takže kotle a potrubí vedoucí k nim musí být velmi trvanlivé. V tomto případě dokonce i malá díra, velmi malá netěsnost může vést k explozi. Tepelná kapacita vody závisí na teplotě a je nelineární. To znamená, že zahřátí z dvaceti na třicet stupňů bude vyžadovat jiné množství energie než, řekněme, od sto padesát do sto šedesát.

U akcí, které mají vliv na ohřev vody, je třeba to vzít v úvahu, zejména pokud jde o velké objemy. Tepelná kapacita páry, stejně jako mnoho jeho vlastností, závisí na tlaku. Při stejné teplotě jako v kapalném stavu má plynná kapalina téměř čtyřnásobnou tepelnou kapacitu.

Chlazení vodou

Dále uvádíme řadu příkladů, proč je třeba ohřát vodu a jak je třeba vzít v úvahu hodnotu tepelné kapacity. Nicméně jsme ještě neřekli, že mezi všemi dostupnými zdroji planety tato kapalina má poměrně vysoký ukazatel spotřeby energie pro vytápění. Tato vlastnost se často používá k chlazení.

Protože je tepelná kapacita vody vysoká, bude účinně a rychle odvádět nadbytečnou energii. Používá se ve výrobě, v high-tech zařízení (například v laserech). Ano, a doma, pravděpodobně víme, že nejúčinnější způsob, jak ochlazet vařené vajíčka nebo horkou pánev, je vypláchnout pod studeným kohoutkem z kohoutku.

A princip fungování atomové jaderných reaktorů obecně postavený na vysoké tepelné kapacitě vody. Horká zóna, jak naznačuje název, má neuvěřitelně vysokou teplotu. Vytápění samotné, voda ochlazuje systém, zabraňuje tomu, aby se reakce vymanila z kontroly. Tak získáme potřebnou elektřinu (vytápěná pára otáčí turbíny) a není tam žádná katastrofa.