Удельная теплоемкость воды, количество тепла, теплоемкость строительных материалов, значения теплоемкости

В таблице приведены теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения в зависимости от температуры. Свойства пара указаны в таблице в диапазоне температур от 0,01 до 370 ° C.

Каждая температура соответствует давлению, при котором водяной пар насыщается. Например, при температуре пара 200 ° С его давление будет 1555 МПа или около 15,3 атм.

Удельная теплоемкость пара, теплопроводность и ее увеличение с повышением температуры. Плотность водяного пара также увеличивается. Пар становится горячим, тяжелым и вязким, с высокой удельной теплоемкостью, что положительно влияет на выбор пара в качестве теплоносителя в некоторых типах теплообменников.

Например, согласно таблице, удельная теплота пара C p

при 20 ° C составляет 1877 Дж / (кг · град), а при нагревании до 370 ° C теплоемкость пара увеличивается до 56520 Дж / (кг · град) ,

В таблице приведены следующие теплофизические свойства пара на линии насыщения:

  • давление паров при заданной температуре р · 10 -5
    Па;
  • плотность паров ρ ″
    , кг / м3;
  • удельная энтальпия (масса) h ″
    , кДж / кг;
  • р
    , кДж / кг;
  • удельная теплоемкость для пара C p
    , кДж / (кг · град);
  • теплопроводность λ · 10 2
    , Вт / (м · град);
  • температуропроводность а · 10 6
    , м 2 / с;
  • динамическая вязкость μ · 10 6
    , Па · с;
  • кинематическая вязкость ν · 10 6
    , м 2 / с;
  • Нумер Прандтл Пар
    .

Удельная теплота испарения, энтальпия, температуропроводность и кинематическая вязкость пара уменьшается с ростом температуры. Динамическая вязкость и вандаловское число Прандта увеличиваются.

Быть осторожен! Теплопроводность в таблице указана в классе 10 2. Не забудьте поделить на 100! Например, теплопроводность пара при 100 ° С составляет 0,02372 Вт / (м · град).

Теплопроводность водяного пара при различных температурах и давлениях

В таблице приведены значения теплопроводности воды и пара при температурах от 0 до 700 ° С и давлениях от 0,1 до 500 атм. Размер теплопроводности Вт / (м · град).

Линия под значением в таблице означает фазовый переход воды в пар, то есть цифры под линией относятся к пару, а выше к воде. Из таблицы видно, что значение коэффициента и водяного пара увеличивается с увеличением давления.

Примечание: теплопроводность в таблице указана в 10 классе 3. Не забудьте поделить на 1000!

Плотность воды в зависимости от температуры

Принято считать, что плотность воды равна 1000 кг/м 3 , 1000 г/л или 1 г/мл, но часто ли мы задумываемся при какой температуре получены эти данные?

Максимальная плотность воды достигается при температуре 3,8…4,2°С. В этих условиях точное значение плотности воды составляет 999,972 кг/м 3 . Такая температурная зависимость плотности характерна только для воды. Другие распространенные жидкости не имеют максимума плотности на этой кривой — их плотность равномерно снижается по мере роста температуры.

Вода существует как отдельная жидкость в диапазоне температуры от 0 до максимальной 374,12°С — это ее критическая температура, при которой исчезает граница раздела между жидкостью и водяным паром. Значения плотность воды при этих температурах можно узнать в таблице ниже. Данные о плотности воды представлены в размерности кг/м 3 и г/мл.

В таблице приведены значения плотности воды в кг/м 3 и в г/мл (г/см 3 ), допускается интерполяция данных. Например, плотность воды при температуре 25°С можно определить, как среднее значение от величин ее плотности при 24 и 26°С. Таким образом, при температуре 25°С вода имеет плотность 997,1 кг/м 3 или 0,9971 г/мл.

Значения в таблице относятся к пресной или дистиллированной воде. Если рассматривать, например, морскую или соленую воду, то ее плотность будет выше — плотность морской воды равна 1030 кг/м 3 . Плотность соленой воды и водных растворов солей можно узнать в этой таблице.

Плотность воды при различных температурах — таблица

t, °Сρ, кг/м 3ρ, г/млt, °Сρ, кг/м 3ρ, г/млt, °Сρ, кг/м 3ρ, г/мл
999,80,999862982,10,9821200864,70,8647
0,1999,80,999864981,10,9811210852,80,8528
2999,90,9999669800,98220840,30,8403
41000168978,90,9789230827,30,8273
6999,90,999970977,80,9778240813,60,8136
8999,90,999972976,60,9766250799,20,7992
10999,70,999774975,40,9754260783,90,7839
12999,50,999576974,20,9742270767,80,7678
14999,20,9992789730,973280750,50,7505
169990,99980971,80,9718290732,10,7321
18998,60,998682970,50,9705300712,20,7122
20998,20,998284969,30,9693305701,70,7017
22997,80,997886967,80,9678310690,60,6906
24997,30,997388966,60,9666315679,10,6791
26996,80,996890965,30,9653320666,90,6669
28996,20,996292963,90,9639325654,10,6541
30995,70,995794962,60,9626330640,50,6405
329950,99596961,20,9612335625,90,6259
34994,40,994498959,80,9598340610,10,6101
36993,70,9937100958,40,9584345593,20,5932
389930,993105954,50,9545350574,50,5745
40992,20,9922110950,70,9507355553,30,5533
42991,40,9914115946,80,9468360528,30,5283
44990,60,9906120942,90,9429362516,60,5166
46989,80,9898125938,80,9388364503,50,5035
48988,90,9889130934,60,9346366488,50,4885
509880,988140925,80,9258368470,60,4706
52987,10,9871150916,80,9168370448,40,4484
54986,20,9862160907,30,9073371435,20,4352
56985,20,9852170897,30,8973372418,10,4181
58984,20,9842180886,90,8869373396,20,3962
60983,20,98321908760,876374,12317,80,3178

Теплопроводность пара при высоких температурах

В таблице приведены значения теплопроводности диссоциированного водяного пара в размерах Вт / (м · град) при температурах от 1400 до 6000 К и давлениях от 0,1 до 100 атм.

Согласно таблице, теплопроводность пара при высоких температурах значительно возрастает в диапазоне 3000 … 5000 К. При высоких давлениях достигается максимальный коэффициент теплопроводности при более высоких температурах.

Быть осторожен! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3. Не забудьте разделить на 1000!

В этом небольшом материале мы кратко рассмотрим одно из важнейших свойств нашей планеты для воды, ее теплоемкость

.

Физические свойства воды при температуре от 0 до 100°С

В таблице представлены следующие физические свойства воды: плотность воды ρ, удельная энтальпия h, удельная теплоемкость Cp, теплопроводность воды λ, температуропроводность воды а, вязкость динамическая μ, вязкость кинематическая ν, коэффициент объемного теплового расширения β, коэффициент поверхностного натяжения σ, число Прандтля Pr. Физические свойства воды приведены в таблице при нормальном атмосферном давлении в интервале от 0 до 100°С.

Физические свойства воды существенно зависят от ее температуры. Наиболее сильно эта зависимость выражена у таких свойств, как удельная энтальпия и динамическая вязкость. При нагревании значение энтальпии воды значительно увеличивается, а вязкость существенно снижается. Другие физические свойства воды, например, коэффициент поверхностного натяжения, число Прандтля и плотность уменьшаются при росте ее температуры. К примеру, плотность воды при нормальных условиях (20°С) имеет значение 998,2 кг/м 3 , а при температуре кипения снижается до 958,4 кг/м 3 .

Такое свойство воды, как теплопроводность (или правильнее — коэффициент теплопроводности) при нагревании имеет тенденцию к увеличению. Теплопроводность воды при температуре кипения 100°С достигает значения 0,683 Вт/(м·град). Температуропроводность H2O также увеличивается при росте ее температуры.

Следует отметить нелинейное поведение кривой зависимости удельной теплоемкости этой жидкости от температуры. Ее значение снижается в интервале от 0 до 40°С, затем происходит постепенный рост теплоемкости до величины 4220 Дж/(кг·град) при 100°С.

Физические свойства воды при атмосферном давлении — таблица

t, °С →102030405060708090100
ρ, кг/м 3999,8999,7998,2995,7992,2988983,2977,8971,8965,3958,4
h, кДж/кг42,0483,91125,7167,5209,3251,1293335377419,1
Cp, Дж/(кг·град)42174191418341744174418141824187419542084220
λ, Вт/(м·град)0,5690,5740,5990,6180,6350,6480,6590,6680,6740,680,683
a·10 8 , м 2 /с13,213,714,314,915,315,71616,316,616,816,9
μ·10 6 , Па·с178813061004801,5653,3549,4469,9406,1355,1314,9282,5
ν·10 6 , м 2 /с1,7891,3061,0060,8050,6590,5560,4780,4150,3650,3260,295
β·10 4 , град -1-0,630,71,823,213,874,495,115,76,326,957,52
σ·10 4 , Н/м756,4741,6726,9712,2696,5676,9662,2643,5625,9607,2588,6
Pr13,59,527,025,424,313,542,932,552,211,951,75

Удельная теплоемкость воды

Мы даем краткое толкование этого термина:

Теплоемкость

вещества — это его способность накапливать тепло в себе. Эта величина измеряется количеством тепла, поглощаемого ею при нагревании до 1 ° C. Например, теплоемкость воды составляет 1 дюйм / г или 4,2 Дж / г, а почвы — 14,5-15,5 ° C (в зависимости от тип почвы) колеблется от 0,5 до 0,6 дюйма (2, 1-2,5 Дж) на единицу объема и от 0,2 до 0,5 дюйма (или 0,8-2,1 Дж) на единицу объема масса (грамм)

Теплоемкость воды оказывает существенное влияние на многие аспекты нашей жизни, но в этом материале мы сосредоточимся на ее роли в формировании температурного режима планеты, а именно …

Что такое количество теплоты

Рассмотрим чашку, в которой находится обыкновенная вода комнатной температуры.

Вычислим внутреннюю энергию холодной воды в чашке, получим число, которое можно обозначить так:

\(\large U_{\text{хол}} \left( \text{Дж} \right) \) – внутренняя энергия холодной воды.

Нагреем воду в чашке. Молекулы нагретой воды будут двигаться быстрее. Значит, горячая вода обладает большим количеством внутренней энергии.

Теперь посчитаем внутреннюю энергию горячей воды в чашке. Полученное число обозначим, как

\(\large U_{\text{горяч}} \left( \text{Дж} \right) \) – внутренняя энергия горячей воды.

Найдем разницу внутренней энергии для горячей и холодной воды.

\[\large U_{\text{горяч}} — U_{\text{холод}}\]

Примечание: Вместо слова «разница» математики скажут «разность».

Мы получим еще одно число. Обозначим его символом Q. Число Q называют количеством теплоты. Именно эту тепловую энергию вода получила во время нагревания.

\[\large \boxed{ Q = U_{\text{горяч}} — U_{\text{холод}} }\]

Примечание: Когда горячая вода остынет, она отдаст ровно столько тепловой энергии, сколько получила во время нагревания. Потому, что выполняется закон сохранения тепловой энергии.

\(\large Q \left( \text{Дж} \right) \) – тепловая энергия, количество теплоты.

Теплота, как и любая энергия, измеряется в системе СИ в Джоулях, в честь английского физика Джеймса Джоуля.

Рисунок поясняет, что такое количество теплоты

Примечание: Количество теплоты, так же, измеряют в Калориях.

Калория – это тепловая энергия, затраченная на нагревание 1 грамма воды на 1 градус Цельсия.

Джоуль и Калория связаны так:

\[\large \boxed{ 1 \text{ Калория} = 4{,}19 \text{ Дж} }\]

Теплоемкость воды и климат Земли

Теплоемкость

воды по абсолютной величине достаточно велика. Из приведенного выше определения следует, что он значительно превышает теплоемкость почвы нашей планеты. Из-за этой разницы в теплоемкости почва нагревается намного быстрее и охлаждается относительно океанических вод. Из-за более безразличного мирового океана колебания дневных и сезонных температур Земли не так велики, как если бы не было океанов и морей. Это означает, что в холодное время года вода нагревает Землю и охлаждает ее в тепле. Конечно, это воздействие наиболее заметно в прибрежных районах, но в глобальном среднем измерении оно затрагивает всю планету.

Конечно, многие факторы влияют на дневные и сезонные колебания температуры, но вода является одним из наиболее важных.

Увеличение амплитуды колебаний дневных и сезонных температур коренным образом изменит мир вокруг нас.

Например, хорошо известно, что камень теряет свою прочность и становится хрупким при резких колебаниях температуры. Конечно, «немногие» будут сами собой. Точно так же, по крайней мере, физические параметры нашего тела будут другими.

Какие величины называют удельными

Физики часто применяют удельные величины, так как они достаточно удобны для вычислений.

Удельная величина – величина, приходящаяся на единицу массы, длины, площади, или объема.

Удельная величина приходится на единицу чего-либо (например, массы, длины и т. п.)

В обычной жизни мы, так же, пользуемся удельными величинами. К примеру, цена товара – это удельная величина, так как она приходится на единицу товара. Зная количество товара, легко посчитать общую цену покупки.

Например, булочка стоит 20 рублей. Нужно купить 3 булочки. Общую сумму денег найдем, перемножив цену одной булочки (удельную величину) на количество штук.

Известно, что при горении топлива выделяется энергия. Удельная теплота сгорания и количество сгоревших килограммов топлива помогут посчитать выделившуюся тепловую энергию.

Неверные свойства теплоемкости воды

Теплоемкость воды имеет аномальные свойства. Оказывается, что с повышением температуры воды ее теплоемкость уменьшается, эта динамика сохраняется до 37 ° С, а с увеличением температуры теплоемкость начинает увеличиваться.

Этот факт содержит одно интересное утверждение. Условно говоря, сама природа на фоне воды определила 37 ° C как наиболее комфортную температуру тела человека, при условии, конечно, что соблюдаются все остальные факторы. В случае каких-либо динамических изменений температуры окружающей среды, температура воды стремится к 37 ° C

Энтальпия

— это свойство вещества, которое указывает количество энергии, которое может быть преобразовано в тепло.

Энтальпия

— это термодинамическое свойство вещества, которое указывает
уровень энергии,
запасенной в молекулярной структуре. Это означает, что хотя вещество может иметь энергию на земле, не все они могут быть преобразованы в тепло. Часть внутренней энергии
всегда остается в содержании
и сохраняет свою молекулярную структуру. Некоторые вещества недоступны, когда его температура приближается к температуре окружающей среды. Следовательно,
энтальпия
— это количество энергии, которое доступно для преобразования в тепло при определенной температуре и давлении.
Единицы энтальпии
— британская тепловая единица или джоуль для энергии и Btu / фунт / Дж / кг для удельной энергии.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что величина удельной теплоемкости показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть 1 кг вещества на 10K. Значение удельной теплоемкости воды равно 4200 Дж/кг*0K при нормальных температурах. Имеется температурная зависимость теплоемкости воды от температуры. Точные значения этой величины получены экспериментально и приведены в справочниках в виде таблиц и графиков.

Предыдущая

ФизикаВнутренняя энергия идеального газа – формула, таблица

Следующая

ФизикаВнутренняя энергия тела – способы изменения, формула

Водяное охлаждение

Водяное охлаждение

Выше мы привели много примеров о том, зачем требуется нагревать воду и как при этом необходимо учитывать величину теплоемкости. Однако мы еще не рассказали, что среди всех доступных ресурсов планеты эта жидкость обладает достаточно высоким показателем затраты энергии на нагревание. Данное свойство часто применяется для охлаждения.

Так как теплоемкость воды высока, то она эффективно и быстро заберет излишки энергии. Применяется это на производствах, в высокотехнологичном оборудовании (например, в лазерах). Да и дома мы наверняка знаем, что самый эффективный способ охладить сваренные вкрутую яйца или горячую сковородку – ополоснуть под холодной струей из-под крана.

А принцип действия атомных ядерных реакторов вообще строится на высокой теплоемкости воды. Горячая зона, как уже видно из названия, имеет невероятно высокую температуру. Нагреваясь сама, вода тем самым охлаждает систему, не давая реакции выйти из-под контроля. Таким образом, мы получаем необходимую электроэнергию (нагретый пар вращает турбины), и не происходит катастрофы.

Как связаны и чем отличаются количество теплоты и удельная теплоемкость

Будем рассматривать такие процессы, как нагревание и охлаждение.

  1. нагревание — тело получает тепловую энергию (количество теплоты).
  2. охлаждение – тело отдает тепловую энергию в окружающее пространство.

Благодаря процессам нагревания и охлаждения мы можем обогреваться зимой с помощью русской печи. Сначала печь получит количество теплоты (тепловую энергию) от сгорающего топлива — дров. А затем, будет остывать и отдавать это количество теплоты всем телам, находящимся в помещении.

Отличия удельной теплоемкости от количества теплоты

Запомнить, что такое количество теплоты, и чем оно отличается от удельной теплоемкости, можно так (рис. ):

Удельная теплоемкость и количество теплоты – это энергии, они отличаются количеством градусов и количеством килограммов

  • Количество теплоты – это энергия нагревания (охлаждения) нескольких килограммов на несколько градусов.
  • Удельная теплоемкость – это энергия нагревания 1-го килограмма на 1 градус.

Связь количества теплоты и удельной теплоемкости — формула

Если известны:

  • удельная теплоемкость вещества;
  • количество килограммов вещества;
  • количество градусов, на которое нужно нагреть вещество,

то легко посчитать общую тепловую энергию – т. е. количество теплоты.

Для этого используем формулу:

\[\large \boxed{ Q = c \cdot m \cdot (t_{\text{конеч}} — t_{\text{нач}}) }\]

\(\large Q \left( \text{Дж} \right) \) – количество теплоты, т. е. общая тепловая энергия;

\(\large c \left( \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{град}} \right) \) – удельная теплоемкость;

\(\large m \left( \text{кг} \right) \) – масса вещества;

\(\large t_{\text{конеч}} \left( \text{град} \right) \) – температура после нагревания;

\(\large t_{\text{нач}} \left( \text{град} \right) \) – температура до нагревания;

Выводы

  1. При нагревании тело получает тепловую энергию (количество теплоты), а при охлаждении – отдает эту энергию в окружающее пространство.
  2. Количество теплоты – это тепловая энергия, которую тело получило в процессе теплопередачи. То есть, во время нагревания.
  3. Сколько теплоты тело получило, столько же оно отдаст в окружающую среду во время остывания до начальной температуры. Потому, что выполняется закон сохранения тепловой энергии.
  4. Количество теплоты зависит от: массы вещества; вида вещества; разности между начальной и конечной температурой (от разницы температур).
  5. Удельная теплоемкость – это энергия нагревания 1-го килограмма вещества на 1 градус
  6. Теплоемкости разных веществ различаются.
  7. Даже одно и то же вещество в разных агрегатных состояниях имеет разные теплоемкости.
  8. Если масса вещества известна, удельную теплоемкость можно определить из графика Q(t) количества теплоты от температуры.

Как по графику нагревания или охлаждения определить удельную теплоемкость

На примере покажем, как находить удельную теплоемкость по графику нагревания или охлаждения тела.

Дано твердое тело массой 2 килограмма. На рисунке 5 указано, как зависит температура этого тела от полученного количества теплоты. По горизонтали отложено количество теплоты, а по вертикали – температура некоторого тела, находящегося в твердом состоянии.

Определить удельную теплоемкость вещества, из которого состоит данное твердое тело.

На рисунке представлен график зависимости температуры твердого тела от полученного им количества теплоты

Решение:

Тело нагрелось от \(\large t_{1} = 0 \left( С \right) \) до температуры \(\large t_{2} = 60 \left( С \right) \);

Разность температур равна 60 градусам Цельсия.

Масса тела 2 килограмма.

Полученное количество теплоты \(\large Q = 15000 \left( \text{Дж} \right) \).

Выпишем формулу, по которой можно посчитать тепловую энергию Q:

\[\large Q = c \cdot m \cdot (t_{\text{конеч}} — t_{\text{нач}}) \]

Подставим теперь значения в эту формулу для определения количества теплоты:

\[\large 15000 = c \cdot 2 \cdot 60 \]

Разделим обе части уравнения на число 10:

\[\large 1500 = c \cdot 2 \cdot 6 \]

Теперь разделим обе части уравнения на число 6:

\[\large 250 = c \cdot 2 \]

Разделив обе части на число 2, получим удельную теплоемкость твердого вещества:

\[\large 125 \left( \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{град}} \right) = c \]

Ответ: Удельная теплоемкость твердого вещества \(\large 125 \left( \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{град}} \right) \)

Примечание: Тела могут обмениваться тепловой энергией с другими телами. Обмен энергией прекратится при наступлении теплового равновесия. Для решения задач нужно использовать удельные теплоемкости материалов, из которых изготовлены тела. А чтобы рассчитать переданное или полученное телом количество теплоты, нужно уметь применять закон сохранения энергии и составлять уравнение теплового баланса.

Понятие теплоемкости

теплоемкость воды

Эта физическая величина настолько часто используется в окружающем мире и науке, что прежде всего надо рассказать о ней. Самое первое определение потребует от читателя некоторой подготовленности как минимум в дифференциалах. Итак, теплоемкость тела определяется в физике как отношение приращений бесконечно малого количества теплоты к соответствующему ему бесконечно малому количеству температуры.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: