Kapaciteti i nxehtësisë është aftësia për të thithur sasi të caktuara të nxehtësisë gjatë ngrohjes ose për të lëshuar kur ftohet. Kapaciteti i nxehtësisë i një trupi është raporti i një sasie infinite të vogël të nxehtësisë që merr një trup me rritjen përkatëse të treguesve të tij të temperaturës. Vlera matet në J/K. Në praktikë, përdoret një vlerë paksa e ndryshme - nxehtësia specifike.
Përkufizim
Çfarë do të thotë nxehtësia specifike? Kjo është një sasi e lidhur me një sasi të vetme të një substance. Prandaj, sasia e një lënde mund të matet në metra kub, kilogramë, apo edhe në mol. Nga çfarë varet? Në fizikë, kapaciteti i nxehtësisë varet drejtpërdrejt se cilës njësi sasiore i referohet, që do të thotë se ata bëjnë dallimin midis kapacitetit termik molar, masiv dhe vëllimor. Në industrinë e ndërtimit, nuk do të shihni matje molare, por do të shihni të tjera gjatë gjithë kohës.
Çfarë ndikon në kapacitetin specifik të nxehtësisë?
Çfarë është kapaciteti i nxehtësisë, ju e dini, por cilat vlera ndikojnë në tregues nuk është ende e qartë. Vlera e kapacitetit specifik të nxehtësisë ndikohet drejtpërdrejt nga disa komponentë:temperatura e substancës, presioni dhe karakteristika të tjera termodinamike.
Ndërsa temperatura e një produkti rritet, kapaciteti i tij specifik i nxehtësisë rritet, por substanca të caktuara shfaqin një kurbë krejtësisht jolineare në këtë marrëdhënie. Për shembull, me një rritje të treguesve të temperaturës nga zero në tridhjetë e shtatë gradë, kapaciteti specifik i nxehtësisë së ujit fillon të ulet, dhe nëse kufiri është midis tridhjetë e shtatë dhe njëqind gradë, atëherë treguesi, përkundrazi, do të rritje.
Vlen të përmendet se parametri varet gjithashtu nga mënyra se si lejohen të ndryshojnë karakteristikat termodinamike të produktit (presioni, vëllimi, etj.). Për shembull, nxehtësia specifike në presion të qëndrueshëm dhe në vëllim të qëndrueshëm do të jetë e ndryshme.
Si të llogarisni parametrin?
Ju intereson sa është kapaciteti i nxehtësisë? Formula e llogaritjes është si më poshtë: C \u003d Q / (m ΔT). Cilat janë këto vlera? Q është sasia e nxehtësisë që merr produkti kur nxehet (ose lëshohet nga produkti gjatë ftohjes). m është masa e produktit, dhe ΔT është diferenca midis temperaturave përfundimtare dhe fillestare të produktit. Më poshtë është një tabelë e kapacitetit të nxehtësisë së disa materialeve.
Po në lidhje me llogaritjen e kapacitetit të nxehtësisë?
Llogaritja e kapacitetit të nxehtësisë nuk është një detyrë e lehtë, veçanërisht nëse përdoren vetëm metoda termodinamike, është e pamundur të bëhet më saktë. Prandaj, fizikantët përdorin metodat e fizikës statistikore ose njohuritë e mikrostrukturës së produkteve. Si të llogarisni gazin? Kapaciteti termik i gazitllogaritet nga llogaritja e energjisë mesatare të lëvizjes termike të molekulave individuale në një substancë. Lëvizjet e molekulave mund të jenë të një lloji përkthimor dhe rrotullues, dhe brenda një molekule mund të ketë një atom të tërë ose dridhje atomesh. Statistikat klasike thonë se për secilën shkallë të lirisë së lëvizjeve rrotulluese dhe përkthimore, ekziston një vlerë në kapacitetin molar të nxehtësisë së gazit, e cila është e barabartë me R / 2, dhe për çdo shkallë lirie vibruese, vlera është e barabartë me R. Ky rregull quhet edhe ligji i barazisë.
Në të njëjtën kohë, një grimcë e një gazi monoatomik ndryshon vetëm me tre shkallë lirie përkthimore, dhe për këtë arsye kapaciteti i saj i nxehtësisë duhet të jetë i barabartë me 3R/2, që është në përputhje të shkëlqyer me eksperimentin. Çdo molekulë gazi diatomik ka tre shkallë lirie përkthimore, dy rrotulluese dhe një vibruese, që do të thotë se ligji i barazndarjes do të jetë 7R/2 dhe përvoja ka treguar se kapaciteti i nxehtësisë së një moli të një gazi diatomik në temperaturë të zakonshme është 5R/ 2. Pse kishte një mospërputhje të tillë në teori? Gjithçka është për faktin se gjatë vendosjes së kapacitetit të nxehtësisë, do të jetë e nevojshme të merren parasysh efekte të ndryshme kuantike, me fjalë të tjera, të përdoren statistikat kuantike. Siç mund ta shihni, kapaciteti i nxehtësisë është një koncept mjaft i ndërlikuar.
Mekanika kuantike thotë se çdo sistem grimcash që lëkunden ose rrotullohen, duke përfshirë një molekulë gazi, mund të ketë vlera të caktuara të energjisë diskrete. Nëse energjia e lëvizjes termike në sistemin e instaluar është e pamjaftueshme për të ngacmuar lëkundjet e frekuencës së kërkuar, atëherë këto lëkundje nuk kontribuojnë nëkapaciteti termik i sistemit.
Në trupat e ngurtë, lëvizja termike e atomeve është një lëkundje e dobët pranë pozicioneve të caktuara të ekuilibrit, kjo vlen për nyjet e rrjetës kristalore. Një atom ka tre shkallë lirie vibruese dhe, sipas ligjit, kapaciteti molar i nxehtësisë së një trupi të ngurtë është i barabartë me 3nR, ku n është numri i atomeve ekzistuese në molekulë. Në praktikë, kjo vlerë është kufiri në të cilin priret kapaciteti termik i trupit në temperatura të larta. Vlera arrihet me ndryshime normale të temperaturës në shumë elementë, kjo vlen për metalet, si dhe përbërjet e thjeshta. Përcaktohet gjithashtu kapaciteti termik i plumbit dhe i substancave të tjera.
Po temperaturat e ulëta?
E dimë tashmë se çfarë është kapaciteti i nxehtësisë, por nëse flasim për temperatura të ulëta, si do të llogaritet vlera atëherë? Nëse po flasim për tregues të temperaturës së ulët, atëherë kapaciteti i nxehtësisë i një trupi të ngurtë atëherë rezulton të jetë proporcional me T 3 ose të ashtuquajturin ligj të kapacitetit të nxehtësisë Debye. Kriteri kryesor për dallimin e temperaturave të larta nga ato të ulëta është krahasimi i zakonshëm i tyre me një parametër karakteristik për një substancë të caktuar - kjo mund të jetë temperatura karakteristike ose Debye qD. Vlera e paraqitur përcaktohet nga spektri i dridhjeve të atomeve në produkt dhe varet ndjeshëm nga struktura kristalore.
Në metale, elektronet përçuese japin një kontribut të caktuar në kapacitetin e nxehtësisë. Kjo pjesë e kapacitetit të nxehtësisë llogaritet duke përdorurStatistikat e Fermi-Dirac, e cila merr parasysh elektronet. Kapaciteti elektronik i nxehtësisë së një metali, i cili është proporcional me kapacitetin e zakonshëm të nxehtësisë, është një vlerë relativisht e vogël dhe kontribuon në kapacitetin e nxehtësisë së metalit vetëm në temperatura afër zeros absolute. Atëherë kapaciteti i nxehtësisë së rrjetës bëhet shumë i vogël dhe mund të neglizhohet.
Kapaciteti i ngrohjes në masë
Nxehtësia specifike e masës është sasia e nxehtësisë që duhet të sillet në një njësi masë të një substance për të ngrohur produktin për njësi të temperaturës. Kjo vlerë shënohet me shkronjën C dhe matet në xhaul të ndarë me një kilogram për kelvin - J / (kg K). Kjo ka të bëjë me kapacitetin masiv të nxehtësisë.
Çfarë është kapaciteti vëllimor i nxehtësisë?
Kapaciteti i nxehtësisë vëllimore është një sasi e caktuar nxehtësie që duhet t'i shtohet një njësie vëllimi të një produkti për ta ngrohur atë për njësi temperaturë. Ky tregues matet në joule të ndarë me një metër kub për kelvin ose J / (m³ K). Në shumë libra referimi për ndërtesat, është marrë parasysh kapaciteti specifik i nxehtësisë në masë në punë.
Zbatimi praktik i kapacitetit të nxehtësisë në industrinë e ndërtimit
Shumë materiale intensive ndaj nxehtësisë përdoren në mënyrë aktive në ndërtimin e mureve rezistente ndaj nxehtësisë. Kjo është jashtëzakonisht e rëndësishme për shtëpitë që karakterizohen nga ngrohje periodike. Për shembull, furrë. Produktet me intensitet të nxehtësisë dhe muret e ndërtuara prej tyre grumbullojnë në mënyrë të përsosur nxehtësinë, e ruajnë atë gjatë periudhave kohore të ngrohjes dhe lëshojnë gradualisht nxehtësinë pas fikjes.sistem, duke lejuar kështu ruajtjen e një temperature të pranueshme gjatë gjithë ditës.
Pra, sa më shumë nxehtësi të ruhet në strukturë, aq më e rehatshme dhe e qëndrueshme do të jetë temperatura në dhoma.
Vlen të përmendet se tullat dhe betoni i zakonshëm i përdorur në ndërtimin e banesave kanë një kapacitet shumë më të ulët të nxehtësisë se polistireni i zgjeruar. Nëse marrim ecowool, atëherë ai konsumon tre herë më shumë nxehtësi se betoni. Duhet të theksohet se në formulën për llogaritjen e kapacitetit të nxehtësisë, jo më kot ka masë. Për shkak të masës së madhe të madhe të betonit ose tullave, në krahasim me ecowool, lejon akumulimin e sasive të mëdha të nxehtësisë në muret prej guri të strukturave dhe zbutjen e të gjitha luhatjeve të temperaturës ditore. Vetëm një masë e vogël izolimi në të gjitha shtëpitë me kornizë, pavarësisht nga kapaciteti i mirë i nxehtësisë, është zona më e dobët për të gjitha teknologjitë e kornizës. Për të zgjidhur këtë problem, në të gjitha shtëpitë janë instaluar akumulatorë mbresëlënës të nxehtësisë. Cfare eshte? Këto janë pjesë strukturore që karakterizohen nga një masë e madhe me një indeks mjaft të mirë të kapacitetit të nxehtësisë.
Shembuj të akumulatorëve të nxehtësisë në jetë
Çfarë mund të jetë? Për shembull, një lloj muresh të brendshme me tulla, një sobë ose oxhak i madh, malla betoni.
Mobiljet në çdo shtëpi apo apartament janë një akumulues i shkëlqyeshëm i nxehtësisë, sepse kompensata, dërrasa dhe druri mund të ruajnë nxehtësinë vetëm për kilogram peshë tre herë më shumë se tulla famëkeqe.
A ka ndonjë disavantazh në akumulatorët e nxehtësisë? Sigurisht, disavantazhi kryesor i kësaj qasjeje ështëfakti që akumulatori i nxehtësisë duhet të projektohet në fazën e krijimit të një plan urbanistik të shtëpisë kornizë. E gjitha për faktin se është shumë e rëndë, dhe kjo do të duhet të merret parasysh gjatë krijimit të themelit, dhe më pas imagjinoni se si do të integrohet ky objekt në brendësi. Vlen të thuhet se është e nevojshme të merret parasysh jo vetëm masa, do të jetë e nevojshme të vlerësohen të dy karakteristikat në punë: masa dhe kapaciteti i nxehtësisë. Për shembull, nëse përdorni ar me një peshë të pabesueshme prej njëzet tonësh për metër kub si një ruajtje nxehtësie, atëherë produkti do të funksionojë ashtu siç duhet vetëm njëzet e tre përqind më mirë se një kub betoni, i cili peshon dy tonë e gjysmë.
Cila substancë është më e përshtatshme për ruajtjen e nxehtësisë?
Produkti më i mirë për një akumulator nxehtësie nuk është aspak betoni dhe tulla! Bakri, bronzi dhe hekuri bëjnë një punë të mirë për këtë, por ato janë shumë të rënda. Mjaft e çuditshme, por akumuluesi më i mirë i nxehtësisë është uji! Lëngu ka një kapacitet mbresëlënës të nxehtësisë, më i madhi ndër substancat që kemi në dispozicion. Vetëm gazet e heliumit (5190 J / (kg K) dhe hidrogjeni (14300 J / (kg K)) kanë më shumë kapacitet nxehtësie, por ato janë problematike për t'u aplikuar në praktikë. Nëse dëshironi dhe është e nevojshme, shihni tabelën e kapacitetit termik të substancave që ju duhet.
