Ang kapasidad ng init ay ang kakayahang sumipsip ng ilang partikular na halaga ng init sa panahon ng pag-init o paglabas kapag pinalamig. Ang kapasidad ng init ng isang katawan ay ang ratio ng isang napakaliit na halaga ng init na natatanggap ng isang katawan sa katumbas na pagtaas ng mga tagapagpahiwatig ng temperatura nito. Ang halaga ay sinusukat sa J/K. Sa pagsasagawa, ginagamit ang isang bahagyang naiibang halaga - tiyak na init.
Definition
Ano ang ibig sabihin ng tiyak na init? Ito ay isang dami na nauugnay sa isang solong halaga ng isang sangkap. Alinsunod dito, ang dami ng isang substance ay maaaring masukat sa cubic meters, kilo, o kahit sa mga moles. Ano ang nakasalalay dito? Sa pisika, ang kapasidad ng init ay direktang nakasalalay sa kung aling quantitative unit ang tinutukoy nito, na nangangahulugan na nakikilala nila ang pagitan ng molar, masa at volumetric na kapasidad ng init. Sa industriya ng konstruksiyon, hindi ka makakakita ng mga sukat ng molar, ngunit makikita mo ang iba sa lahat ng oras.
Ano ang nakakaimpluwensya sa partikular na kapasidad ng init?
Ano ang kapasidad ng init, alam mo, ngunit kung anong mga halaga ang nakakaapekto sa tagapagpahiwatig ay hindi pa malinaw. Ang halaga ng tiyak na kapasidad ng init ay direktang apektado ng ilang mga bahagi:temperatura ng sangkap, presyon at iba pang katangian ng thermodynamic.
Habang tumataas ang temperatura ng isang produkto, tumataas ang tiyak na kapasidad ng init nito, ngunit ang ilang partikular na substance ay nagpapakita ng ganap na non-linear curve sa relasyong ito. Halimbawa, sa pagtaas ng mga tagapagpahiwatig ng temperatura mula sa zero hanggang tatlumpu't pitong degree, ang tiyak na kapasidad ng init ng tubig ay nagsisimulang bumaba, at kung ang limitasyon ay nasa pagitan ng tatlumpu't pito at isang daang degree, kung gayon ang tagapagpahiwatig, sa kabaligtaran, ay dagdagan.
Nararapat tandaan na ang parameter ay nakasalalay din sa kung paano pinapayagang magbago ang mga thermodynamic na katangian ng produkto (pressure, volume, at iba pa). Halimbawa, ang partikular na init sa stable pressure at sa stable volume ay mag-iiba.
Paano kalkulahin ang parameter?
Interesado ka ba sa kung ano ang kapasidad ng init? Ang formula ng pagkalkula ay ang mga sumusunod: C \u003d Q / (m ΔT). Ano ang mga halagang ito? Ang Q ay ang dami ng init na natatanggap ng produkto kapag pinainit (o inilabas ng produkto habang pinapalamig). m ay ang masa ng produkto, at ang ΔT ay ang pagkakaiba sa pagitan ng pangwakas at paunang temperatura ng produkto. Nasa ibaba ang isang talahanayan ng kapasidad ng init ng ilang materyales.
Paano ang pagkalkula ng kapasidad ng init?
Ang pagkalkula ng kapasidad ng init ay hindi isang madaling gawain, lalo na kung thermodynamic na pamamaraan lamang ang ginagamit, imposibleng gawin ito nang mas tumpak. Samakatuwid, ginagamit ng mga physicist ang mga pamamaraan ng statistical physics o kaalaman sa microstructure ng mga produkto. Paano makalkula ang gas? Kapasidad ng init ng gasay kinakalkula mula sa pagkalkula ng average na enerhiya ng thermal motion ng mga indibidwal na molekula sa isang sangkap. Ang mga paggalaw ng mga molekula ay maaaring isang uri ng pagsasalin at pag-ikot, at sa loob ng isang molekula ay maaaring mayroong isang buong atom o panginginig ng boses ng mga atomo. Sinasabi ng mga klasikal na istatistika na para sa bawat antas ng kalayaan ng rotational at translational motions, mayroong isang halaga sa molar heat capacity ng gas, na katumbas ng R / 2, at para sa bawat vibrational degree ng kalayaan, ang halaga ay katumbas ng R. Ang panuntunang ito ay tinatawag ding equipartition law.
Kasabay nito, ang isang particle ng isang monatomic gas ay nagkakaiba lamang ng tatlong translational degrees ng kalayaan, at samakatuwid ang kapasidad ng init nito ay dapat na katumbas ng 3R/2, na napakahusay na sumasang-ayon sa eksperimento. Ang bawat molekula ng diatomic gas ay may tatlong translational, dalawang rotational at isang vibrational degrees ng kalayaan, na nangangahulugan na ang equipartition law ay magiging 7R/2, at ipinakita ng karanasan na ang heat capacity ng isang mole ng isang diatomic gas sa ordinaryong temperatura ay 5R/ 2. Bakit nagkaroon ng ganoong pagkakaiba sa teorya? Ang lahat ay dahil sa ang katunayan na kapag nagtatatag ng kapasidad ng init, kakailanganing isaalang-alang ang iba't ibang mga epekto ng kabuuan, sa madaling salita, upang gumamit ng mga istatistika ng kabuuan. Tulad ng nakikita mo, ang kapasidad ng init ay isang medyo kumplikadong konsepto.
Sinasabi ng Quantum mechanics na ang anumang sistema ng mga particle na nag-o-oscillate o umiikot, kabilang ang isang molekula ng gas, ay maaaring magkaroon ng ilang partikular na discrete na halaga ng enerhiya. Kung ang enerhiya ng thermal motion sa naka-install na sistema ay hindi sapat upang pukawin ang mga oscillations ng kinakailangang dalas, kung gayon ang mga oscillations na ito ay hindi nakakatulong sakapasidad ng init ng system.
Sa solids, ang thermal motion ng atoms ay mahinang oscillation malapit sa ilang equilibrium positions, nalalapat ito sa mga node ng crystal lattice. Ang isang atom ay may tatlong vibrational degrees ng kalayaan at, ayon sa batas, ang molar heat capacity ng isang solid ay katumbas ng 3nR, kung saan ang n ay ang bilang ng mga umiiral na atom sa molekula. Sa pagsasagawa, ang halagang ito ay ang limitasyon kung saan ang kapasidad ng init ng katawan ay may kaugaliang mataas na temperatura. Ang halaga ay nakamit sa mga normal na pagbabago sa temperatura sa maraming elemento, nalalapat ito sa mga metal, pati na rin ang mga simpleng compound. Natutukoy din ang kapasidad ng init ng lead at iba pang substance.
Kumusta naman ang mababang temperatura?
Alam na natin kung ano ang kapasidad ng init, ngunit kung pag-uusapan natin ang tungkol sa mababang temperatura, paano kakalkulahin ang halaga? Kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga tagapagpahiwatig ng mababang temperatura, kung gayon ang kapasidad ng init ng isang solidong katawan ay magiging proporsyonal sa T 3 o ang tinatawag na Debye heat capacity law. Ang pangunahing criterion para sa pagkilala sa matataas na temperatura mula sa mababa ay ang karaniwang paghahambing ng mga ito sa isang katangian na parameter para sa isang partikular na sangkap - ito ay maaaring katangian o Debye temperatura qD. Ang ipinakitang halaga ay itinakda ng vibration spectrum ng mga atom sa produkto at nakadepende ito nang malaki sa istrukturang kristal.
Sa mga metal, ang mga conduction electron ay gumagawa ng isang tiyak na kontribusyon sa kapasidad ng init. Ang bahaging ito ng kapasidad ng init ay kinakalkula gamitMga istatistika ng Fermi-Dirac, na isinasaalang-alang ang mga electron. Ang elektronikong kapasidad ng init ng isang metal, na proporsyonal sa karaniwang kapasidad ng init, ay medyo maliit na halaga, at ito ay nag-aambag sa kapasidad ng init ng metal lamang sa mga temperatura na malapit sa absolute zero. Pagkatapos ang kapasidad ng init ng sala-sala ay nagiging napakaliit at maaaring mapabayaan.
Mass heat capacity
Mass specific heat ay ang dami ng init na kailangang dalhin sa isang unit mass ng isang substance upang mapainit ang produkto sa bawat unit temperature. Ang halagang ito ay tinutukoy ng titik C at ito ay sinusukat sa joules na hinati sa isang kilo bawat kelvin - J / (kg K). Ito ay tungkol sa mass heat capacity.
Ano ang volumetric heat capacity?
Volume heat capacity ay isang tiyak na dami ng init na kailangang idagdag sa isang unit volume ng isang produkto upang mapainit ito sa bawat unit temperature. Ang indicator na ito ay sinusukat sa joules na hinati sa isang cubic meter kada kelvin o J / (m³ K). Sa maraming mga sangguniang aklat ng gusali, ang mass specific na kapasidad ng init sa trabaho ang isinasaalang-alang.
Praktikal na paggamit ng kapasidad ng init sa industriya ng konstruksiyon
Maraming heat-intensive na materyales ang aktibong ginagamit sa pagtatayo ng mga pader na lumalaban sa init. Napakahalaga nito para sa mga bahay na nailalarawan sa pana-panahong pag-init. Halimbawa, oven. Ang mga produkto at pader na masinsinang init na binuo mula sa mga ito ay perpektong nag-iipon ng init, iniimbak ito sa mga panahon ng pag-init at unti-unting naglalabas ng init pagkatapos patayinsystem, kaya nagbibigay-daan upang mapanatili ang isang katanggap-tanggap na temperatura sa buong araw.
Kaya, kung mas maraming init na nakaimbak sa istraktura, magiging mas komportable at matatag ang temperatura sa mga silid.
Nararapat tandaan na ang ordinaryong ladrilyo at kongkreto na ginagamit sa pagtatayo ng pabahay ay may mas mababang kapasidad ng init kaysa sa pinalawak na polystyrene. Kung kukuha tayo ng ecowool, ito ay tatlong beses na mas nakakaubos ng init kaysa sa kongkreto. Dapat pansinin na sa formula para sa pagkalkula ng kapasidad ng init, hindi walang kabuluhan na mayroong masa. Dahil sa malaking malaking masa ng kongkreto o ladrilyo, kung ihahambing sa ecowool, pinapayagan nito ang pag-iipon ng malaking halaga ng init sa mga pader ng bato ng mga istraktura at pinapakinis ang lahat ng pang-araw-araw na pagbabagu-bago ng temperatura. Ang isang maliit na masa ng pagkakabukod lamang sa lahat ng mga frame house, sa kabila ng mahusay na kapasidad ng init, ay ang pinakamahina na lugar para sa lahat ng mga teknolohiya ng frame. Upang malutas ang problemang ito, ang mga kahanga-hangang nagtitipon ng init ay naka-install sa lahat ng mga bahay. Ano ito? Ito ay mga istrukturang bahagi na nailalarawan sa pamamagitan ng malaking masa na may medyo mahusay na index ng kapasidad ng init.
Mga halimbawa ng mga heat accumulator sa buhay
Ano kaya ito? Halimbawa, ilang uri ng panloob na brick wall, malaking kalan o tsiminea, mga concrete screed.
Ang mga muwebles sa anumang bahay o apartment ay isang mahusay na heat accumulator, dahil ang plywood, chipboard at kahoy ay talagang nakapag-imbak lamang ng init bawat kilo ng timbang nang tatlong beses na mas mataas kaysa sa kilalang brick.
Mayroon bang anumang disadvantages sa mga heat accumulator? Siyempre, ang pangunahing kawalan ng diskarte na ito ayang katotohanan na ang heat accumulator ay kailangang idisenyo sa yugto ng paglikha ng isang frame house layout. Ang lahat ay dahil sa ang katunayan na ito ay napakabigat, at ito ay kailangang isaalang-alang kapag lumilikha ng pundasyon, at pagkatapos ay isipin kung paano isasama ang bagay na ito sa interior. Ito ay nagkakahalaga na sabihin na ito ay kinakailangan upang isaalang-alang hindi lamang ang masa, ito ay kinakailangan upang suriin ang parehong mga katangian sa trabaho: masa at init kapasidad. Halimbawa, kung gagamit ka ng ginto na may hindi kapani-paniwalang bigat na dalawampung tonelada bawat metro kubiko bilang isang imbakan ng init, kung gayon ang produkto ay gagana dahil ito ay dapat lamang dalawampu't tatlong porsyento na mas mahusay kaysa sa isang kongkretong kubo, na tumitimbang ng dalawa't kalahating tonelada.
Aling substance ang pinakaangkop para sa isang imbakan ng init?
Ang pinakamahusay na produkto para sa isang heat accumulator ay hindi konkreto at brick sa lahat! Ang tanso, tanso at bakal ay gumagawa ng magandang gawain nito, ngunit ang mga ito ay napakabigat. Kakatwa, ngunit ang pinakamahusay na nagtitipon ng init ay tubig! Ang likido ay may kahanga-hangang kapasidad ng init, ang pinakamalaki sa mga sangkap na magagamit sa amin. Tanging ang mga helium gas (5190 J / (kg K) at hydrogen (14300 J / (kg K)) ang may higit na kapasidad ng init, ngunit may problema silang ilapat sa pagsasanay. Kung nais at kinakailangan, tingnan ang talahanayan ng kapasidad ng init ng mga sangkap na kailangan.
