ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำเป็นเท่าใด ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ หรือ ทำไมเราถึงเป็นอย่างที่เราเป็น

วันนี้เราจะมาพูดถึงความจุความร้อน (รวมถึงน้ำ) ความจุความร้อนประเภทใด และคำศัพท์ทางกายภาพนี้ใช้ที่ไหน นอกจากนี้เรายังจะแสดงให้เห็นว่ามูลค่าของน้ำและไอน้ำนี้มีประโยชน์อย่างไร ทำไมคุณต้องรู้ และส่งผลต่อชีวิตประจำวันของเราอย่างไร

แนวคิดเรื่องความจุความร้อน

ปริมาณทางกายภาพนี้ถูกใช้บ่อยมากในโลกภายนอกและในวิทยาศาสตร์ ซึ่งก่อนอื่นเราจำเป็นต้องพูดถึงมัน คำจำกัดความแรกสุดจะต้องให้ผู้อ่านต้องเตรียมพร้อม อย่างน้อยก็ในส่วนต่าง ดังนั้น ความจุความร้อนของร่างกายจึงถูกกำหนดไว้ในฟิสิกส์ว่าเป็นอัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของปริมาณความร้อนเพียงเล็กน้อยต่ออุณหภูมิที่มีปริมาณน้อยที่สุดที่สอดคล้องกัน

ปริมาณความร้อน

เกือบทุกคนเข้าใจว่าอุณหภูมิคืออะไรไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ขอให้เราระลึกว่า "ปริมาณความร้อน" ไม่ใช่แค่วลี แต่เป็นคำที่แสดงถึงพลังงานที่ร่างกายสูญเสียหรือได้รับจากการแลกเปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อม ค่านี้วัดเป็นแคลอรี่ หน่วยนี้คุ้นเคยกับผู้หญิงทุกคนที่ควบคุมอาหาร สาวๆ ที่รัก ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าสิ่งที่คุณเผาบนลู่วิ่งไฟฟ้า และอาหารแต่ละชิ้นที่คุณกิน (หรือทิ้งไว้บนจาน) มีค่าแค่ไหน ดังนั้นร่างกายใดก็ตามที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะมีปริมาณความร้อนเพิ่มขึ้นหรือลดลง อัตราส่วนของปริมาณเหล่านี้คือความจุความร้อน

การประยุกต์ใช้ความจุความร้อน

อย่างไรก็ตามคำจำกัดความที่เข้มงวดของสิ่งที่เรากำลังพิจารณา แนวคิดทางกายภาพค่อนข้างไม่ค่อยได้ใช้ด้วยตัวเอง เรากล่าวข้างต้นว่ามันถูกใช้บ่อยมากใน ชีวิตประจำวัน. คนที่ไม่ชอบฟิสิกส์ที่โรงเรียนคงสับสนไปแล้ว และเราจะเปิดม่านแห่งความลับและบอกคุณว่าน้ำร้อน (และแม้แต่น้ำเย็น) ในก๊อกน้ำและในท่อทำความร้อนจะปรากฏขึ้นก็ต่อเมื่อคำนวณความจุความร้อนเท่านั้น

สภาพอากาศซึ่งเป็นตัวกำหนดว่าฤดูกาลว่ายน้ำสามารถเปิดได้แล้วหรือคุ้มค่าที่จะอยู่บนฝั่งในตอนนี้ก็นำค่านี้มาพิจารณาด้วย อุปกรณ์ใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับการทำความร้อนหรือความเย็น (หม้อน้ำน้ำมัน ตู้เย็น) ต้นทุนพลังงานทั้งหมดเมื่อเตรียมอาหาร (เช่น ในร้านกาแฟ) หรือไอศกรีมซอฟต์เสิร์ฟริมถนนจะได้รับผลกระทบจากการคำนวณเหล่านี้ อย่างที่คุณเข้าใจ เรากำลังพูดถึงปริมาณ เช่น ความจุความร้อนของน้ำ คงเป็นเรื่องโง่ที่จะสรุปว่าผู้ขายและผู้บริโภคทั่วไปทำสิ่งนี้ แต่วิศวกร นักออกแบบ และผู้ผลิตได้คำนึงถึงทุกสิ่งทุกอย่างและใส่พารามิเตอร์ที่เหมาะสมลงไป เครื่องใช้ในครัวเรือน. อย่างไรก็ตาม การคำนวณความจุความร้อนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น: ในกังหันไฮดรอลิกและการผลิตซีเมนต์ ในการทดสอบโลหะผสมสำหรับเครื่องบินหรือทางรถไฟ ในการก่อสร้าง การถลุง และการทำความเย็น แม้แต่การสำรวจอวกาศก็ต้องอาศัยสูตรที่มีค่านี้

ประเภทของความจุความร้อน

ดังนั้นในทั้งหมด การใช้งานจริงใช้ความจุความร้อนสัมพัทธ์หรือความจำเพาะ มันถูกกำหนดให้เป็นปริมาณความร้อน (หมายเหตุ ไม่มีปริมาณที่น้อยที่สุด) ที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่สารหนึ่งหน่วยโดยหนึ่งองศา องศาของสเกลเคลวินและเซลเซียสจะเท่ากัน แต่ในทางฟิสิกส์ เป็นเรื่องปกติที่จะเรียกค่านี้ในหน่วยแรก ขึ้นอยู่กับวิธีการแสดงหน่วยปริมาณของสาร มวล ปริมาตร และความจุความร้อนจำเพาะของโมลจะแตกต่างกัน โปรดจำไว้ว่าหนึ่งโมลคือปริมาณของสารที่ประกอบด้วยโมเลกุลกำลังประมาณหกถึงสิบถึงยี่สิบสาม ความจุความร้อนที่สอดคล้องกันนั้นถูกใช้ขึ้นอยู่กับงานการกำหนดในวิชาฟิสิกส์นั้นแตกต่างกัน ความจุความร้อนโดยมวลถูกกำหนดเป็น C และแสดงเป็น J/kg*K ความจุความร้อนโดยปริมาตรคือ C` (J/m 3 *K) ความจุความร้อนโมลาร์คือ C μ (J/mol*K)

ก๊าซในอุดมคติ

หากปัญหาของก๊าซในอุดมคติกำลังได้รับการแก้ไข การแสดงออกของก๊าซในอุดมคติก็จะแตกต่างออกไป เราขอเตือนคุณว่าในสารนี้ซึ่งไม่มีอยู่จริง อะตอม (หรือโมเลกุล) จะไม่โต้ตอบกัน คุณภาพนี้เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของก๊าซในอุดมคติอย่างรุนแรง ดังนั้นวิธีการคำนวณแบบเดิมจึงไม่ให้ผลลัพธ์ที่ต้องการ ก๊าซอุดมคติเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเป็นแบบจำลองในการอธิบายอิเล็กตรอนในโลหะ เป็นต้น ความจุความร้อนถูกกำหนดให้เป็นจำนวนองศาอิสระของอนุภาคที่ประกอบขึ้น

สถานะของการรวมตัว

ดูเหมือนว่าสำหรับสารหนึ่งๆ ลักษณะทางกายภาพทั้งหมดจะเหมือนกันในทุกสภาวะ แต่นั่นไม่เป็นความจริง เมื่อเปลี่ยนไปสู่สถานะการรวมตัวอื่น (ระหว่างการละลายและการแช่แข็งของน้ำแข็ง การระเหย หรือการแข็งตัวของอะลูมิเนียมหลอมเหลว) ค่านี้จะเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน ดังนั้นความจุความร้อนของน้ำและไอน้ำจึงแตกต่างกัน ดังที่เราจะเห็นด้านล่างนี้อย่างมีนัยสำคัญ ความแตกต่างนี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อการใช้ส่วนประกอบของเหลวและก๊าซของสารนี้

เครื่องทำความร้อนและความจุความร้อน

ดังที่ผู้อ่านสังเกตเห็นแล้วส่วนใหญ่มักจะเข้า โลกแห่งความจริงความจุความร้อนของน้ำปรากฏขึ้น เธอเป็นแหล่งกำเนิดของชีวิต หากไม่มีเธอ การดำรงอยู่ของเราคงเป็นไปไม่ได้ บุคคลต้องการมัน ดังนั้นตั้งแต่สมัยโบราณจนถึงปัจจุบัน ภารกิจส่งน้ำให้บ้านเรือน โรงงานอุตสาหกรรม หรือทุ่งนา จึงเป็นความท้าทายมาโดยตลอด ดีสำหรับประเทศเหล่านั้นที่ได้ ตลอดทั้งปีอุณหภูมิบวก ชาวโรมันโบราณสร้างท่อระบายน้ำเพื่อจัดหาทรัพยากรอันมีค่านี้ให้กับเมืองของตน แต่ที่ใดมีฤดูหนาววิธีนี้คงไม่เหมาะ ดังที่ทราบกันว่าน้ำแข็งมีปริมาตรจำเพาะมากกว่าน้ำ ซึ่งหมายความว่าเมื่อมันแข็งตัวในท่อ มันจะทำลายท่อเนื่องจากการขยายตัว ดังนั้นก่อนที่วิศวกร ระบบความร้อนกลางและจัดส่งแบบร้อนและ น้ำเย็นความท้าทายที่บ้านคือจะหลีกเลี่ยงสิ่งนี้ได้อย่างไร

ความจุความร้อนของน้ำโดยคำนึงถึงความยาวของท่อจะให้อุณหภูมิที่ต้องการซึ่งหม้อไอน้ำจะต้องได้รับความร้อน อย่างไรก็ตาม หน้าหนาวของเราอาจมีอากาศหนาวมาก และที่อุณหภูมิหนึ่งร้อยองศาเซลเซียสก็เกิดการเดือดแล้ว ในสถานการณ์เช่นนี้ ความจุความร้อนจำเพาะของไอน้ำจะช่วยได้ ตามที่ระบุไว้ข้างต้น สถานะของการรวมจะเปลี่ยนค่านี้ หม้อไอน้ำที่นำความร้อนมาสู่บ้านของเรามีไอน้ำร้อนยวดยิ่งสูง เนื่องจากมีอุณหภูมิสูง จึงสร้างแรงดันได้อย่างไม่น่าเชื่อ ดังนั้นหม้อไอน้ำและท่อที่นำไปสู่หม้อไอน้ำจึงต้องมีความคงทนมาก ใน ในกรณีนี้แม้แต่รูเล็ก ๆ การรั่วไหลเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดการระเบิดได้ ความจุความร้อนของน้ำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและไม่เป็นเชิงเส้น นั่นคือการให้ความร้อนจากยี่สิบถึงสามสิบองศาจะต้องใช้พลังงานในปริมาณที่แตกต่างจากที่พูดจากหนึ่งร้อยห้าสิบถึงหนึ่งร้อยหกสิบ

สำหรับการกระทำใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการทำน้ำร้อนควรคำนึงถึงสิ่งนี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเรากำลังพูดถึงปริมาณมาก เช่นเดียวกับคุณสมบัติอื่นๆ ความจุความร้อนของไอน้ำ ขึ้นอยู่กับแรงดัน ที่อุณหภูมิเดียวกันกับสถานะของเหลว สถานะก๊าซจะมีความจุความร้อนน้อยกว่าเกือบสี่เท่า

ข้างต้น เราได้ยกตัวอย่างมากมายว่าเหตุใดจึงจำเป็นต้องให้ความร้อนกับน้ำ และเหตุใดจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงขนาดของความจุความร้อน อย่างไรก็ตาม เรายังไม่ได้บอกคุณว่าในบรรดาทรัพยากรทั้งหมดที่มีอยู่บนโลกนี้ ของเหลวนี้มีอัตราการใช้พลังงานในการทำความร้อนค่อนข้างสูง คุณสมบัตินี้มักใช้ในการทำความเย็น

เนื่องจากความจุความร้อนของน้ำสูง จึงดูดซับพลังงานส่วนเกินได้อย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็ว ใช้ในการผลิตในอุปกรณ์ไฮเทค (เช่น ในเลเซอร์) และทางบ้านเราคงจะรู้เรื่องนี้มากที่สุด วิธีการที่มีประสิทธิภาพไข่ต้มเย็นหรือกระทะร้อน - ล้างโดยใช้ก๊อกน้ำเย็น

และหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ปรมาณูโดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับความจุความร้อนสูงของน้ำ โซนร้อนนั้นมีอุณหภูมิสูงอย่างไม่น่าเชื่อตามชื่อเลย การให้ความร้อนกับตัวเองจะทำให้ระบบเย็นลง ป้องกันไม่ให้ปฏิกิริยาควบคุมไม่ได้ ดังนั้นเราจึงได้รับไฟฟ้าที่จำเป็น (ไอน้ำร้อนหมุนกังหัน) และไม่มีภัยพิบัติเกิดขึ้น

น้ำเป็นหนึ่งในสารที่น่าทึ่งที่สุด ถึงอย่างไรก็ตาม ใช้งานได้กว้างและการนำไปใช้อย่างแพร่หลาย ถือเป็นความลึกลับแห่งธรรมชาติอย่างแท้จริง เนื่องจากน้ำเป็นหนึ่งในสารประกอบออกซิเจน ดูเหมือนว่าน้ำควรมีลักษณะที่ต่ำมาก เช่น การแช่แข็ง ความร้อนของการระเหย เป็นต้น แต่สิ่งนี้ไม่เกิดขึ้น ความจุความร้อนของน้ำเพียงอย่างเดียวนั้นสูงมากถึงแม้จะมีทุกอย่างก็ตาม

น้ำสามารถดูดซับได้ เป็นจำนวนมากความร้อนในขณะที่แทบไม่ร้อนขึ้น - นี่แหละ คุณสมบัติทางกายภาพ. น้ำมีมากกว่าความจุความร้อนของทรายประมาณห้าเท่า และสูงกว่าเหล็กประมาณสิบเท่า ดังนั้นน้ำจึงเป็นสารหล่อเย็นตามธรรมชาติ ความสามารถในการสะสม จำนวนมากพลังงานทำให้สามารถลดความผันผวนของอุณหภูมิบนพื้นผิวโลกและควบคุมระบอบการระบายความร้อนทั่วโลกได้ และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นโดยไม่คำนึงถึงช่วงเวลาของปี

นี้ คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์น้ำช่วยให้สามารถใช้เป็นสารหล่อเย็นในอุตสาหกรรมและที่บ้านได้ นอกจากนี้น้ำยังเป็นวัตถุดิบที่หาได้ทั่วไปและมีราคาค่อนข้างถูกอีกด้วย

ความจุความร้อนหมายถึงอะไร? ดังที่ทราบจากหลักสูตรอุณหพลศาสตร์ การถ่ายเทความร้อนมักเกิดขึ้นจากวัตถุที่ร้อนไปสู่วัตถุที่เย็น ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงการถ่ายเทความร้อนจำนวนหนึ่ง และอุณหภูมิของวัตถุทั้งสองซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของสถานะนั้น แสดงให้เห็นทิศทางของการแลกเปลี่ยนนี้ ในกระบวนการของตัวโลหะที่มีน้ำที่มีมวลเท่ากันที่อุณหภูมิเริ่มต้นเท่ากัน โลหะจะเปลี่ยนอุณหภูมิมากกว่าน้ำหลายเท่า

หากเรายึดถือหลักการพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ - ของวัตถุทั้งสอง (แยกออกจากกัน) ในระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อน วัตถุหนึ่งจะปล่อยออกมาและอีกวัตถุหนึ่งจะได้รับความร้อนในปริมาณที่เท่ากัน จะเห็นได้ชัดว่าโลหะและน้ำมีความร้อนที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ความจุ

ดังนั้นความจุความร้อนของน้ำ (เช่นเดียวกับสารใด ๆ ) จึงเป็นตัวบ่งชี้ที่แสดงถึงความสามารถของสารที่กำหนดในการให้ (หรือรับ) บางสิ่งบางอย่างเมื่อทำความเย็น (ความร้อน) ต่ออุณหภูมิหน่วย

ความจุความร้อนจำเพาะของสารคือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำความร้อนหน่วยของสารนี้ (1 กิโลกรัม) ขึ้น 1 องศา

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับโดยร่างกายจะเท่ากับผลคูณของความจุความร้อนจำเพาะ มวล และอุณหภูมิที่ต่างกัน มันวัดเป็นแคลอรี่ หนึ่งแคลอรี่คือปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 กรัมร้อนขึ้น 1 องศาพอดี สำหรับการเปรียบเทียบ: ความจุความร้อนจำเพาะของอากาศคือ 0.24 cal/g ∙°C อะลูมิเนียม - 0.22 เหล็ก - 0.11 ปรอท - 0.03

ความจุความร้อนของน้ำไม่คงที่ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง 40 องศา อุณหภูมิจะลดลงเล็กน้อย (จาก 1.0074 เป็น 0.9980) ในขณะที่สารอื่น ๆ คุณลักษณะนี้จะเพิ่มขึ้นในระหว่างการทำความร้อน นอกจากนี้ยังสามารถลดลงได้ด้วยแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น (ที่ระดับความลึก)

ดังที่คุณทราบ น้ำมีการรวมตัวสามสถานะ ได้แก่ ของเหลว ของแข็ง (น้ำแข็ง) และก๊าซ (ไอน้ำ) ในขณะเดียวกัน ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำแข็งก็ต่ำกว่าน้ำประมาณ 2 เท่า นี่คือความแตกต่างที่สำคัญระหว่างน้ำกับสารอื่นๆ ซึ่งความจุความร้อนจำเพาะซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงในสถานะของแข็งและสถานะหลอมเหลว ความลับคืออะไร?

ความจริงก็คือน้ำแข็งมีโครงสร้างผลึกซึ่งไม่ยุบตัวทันทีเมื่อถูกความร้อน น้ำประกอบด้วยอนุภาคน้ำแข็งขนาดเล็กที่ประกอบด้วยโมเลกุลหลายโมเลกุลที่เรียกว่าสารร่วม เมื่อน้ำร้อน ส่วนหนึ่งของน้ำจะถูกใช้เพื่อทำลายพันธะไฮโดรเจนในรูปแบบเหล่านี้ สิ่งนี้อธิบายถึงความจุความร้อนที่สูงผิดปกติของน้ำ พันธะระหว่างโมเลกุลจะถูกทำลายอย่างสมบูรณ์เมื่อน้ำเปลี่ยนเป็นไอน้ำเท่านั้น

ความจุความร้อนจำเพาะที่อุณหภูมิ 100° C แทบไม่ต่างจากความจุความร้อนของน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0° C นี่เป็นการยืนยันความถูกต้องของคำอธิบายนี้อีกครั้ง ความจุความร้อนของไอน้ำ เช่นเดียวกับความจุความร้อนของน้ำแข็ง ปัจจุบันได้รับการศึกษาได้ดีกว่าน้ำมาก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถบรรลุฉันทามติได้

เอนทาลปีเป็นคุณสมบัติของสารที่ระบุปริมาณพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้

เอนทาลปีเป็นคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของสารที่บ่งชี้ ระดับพลังงานเก็บรักษาไว้ในโครงสร้างโมเลกุลของมัน ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าสารอาจมีพลังงานเป็นพื้นฐาน แต่ก็ไม่ใช่ทั้งหมดที่สามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ ส่วนหนึ่ง กำลังภายใน คงอยู่ในสารอยู่เสมอและรักษาโครงสร้างโมเลกุลของมันไว้ ส่วนหนึ่งของสารไม่สามารถเข้าถึงได้เมื่ออุณหภูมิเข้าใกล้อุณหภูมิ สิ่งแวดล้อม. เพราะฉะนั้น, เอนทาลปีคือปริมาณพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้ที่ อุณหภูมิที่แน่นอนและแรงกดดัน หน่วยเอนทาลปี- หน่วยความร้อนบริติชหรือจูลสำหรับพลังงาน และ Btu/lbm หรือ J/kg สำหรับพลังงานจำเพาะ

ปริมาณเอนทาลปี

ปริมาณ เอนทัลปีของสสารขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่กำหนด อุณหภูมิเท่านี้- นี่คือค่าที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรเลือกไว้เป็นพื้นฐานในการคำนวณ คืออุณหภูมิที่เอนทาลปีของสารมีค่าเป็นศูนย์ J กล่าวอีกนัยหนึ่ง สารนี้ไม่มีพลังงานที่สามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ อุณหภูมินี้คือ สารต่างๆแตกต่าง. ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิของน้ำคือจุดสามจุด (0 °C) ไนโตรเจน -150 °C และสารทำความเย็นที่มีเทนและอีเทน -40 °C

หากอุณหภูมิของสารสูงกว่าอุณหภูมิที่กำหนดหรือเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซที่อุณหภูมิที่กำหนด เอนทาลปีจะแสดงออกมา จำนวนบวก. ในทางกลับกัน ที่อุณหภูมิต่ำกว่าเอนทาลปีของสารจะแสดงออกมา จำนวนลบ. เอนทัลปีใช้ในการคำนวณเพื่อกำหนดความแตกต่างของระดับพลังงานระหว่างสองสถานะ นี่เป็นสิ่งจำเป็นในการตั้งค่าอุปกรณ์และกำหนดผลประโยชน์ของกระบวนการ

เอนทาลปีมักถูกกำหนดให้เป็น พลังงานทั้งหมดของสสารเนื่องจากมันเท่ากับผลรวมของพลังงานภายใน (u) ในสถานะที่กำหนดพร้อมกับความสามารถในการทำงาน (pv) แต่ในความเป็นจริง เอนทาลปีไม่ได้ระบุพลังงานทั้งหมดของสารที่อุณหภูมิที่กำหนดสูงกว่านั้น เป็นศูนย์สัมบูรณ์(-273°ซ) ดังนั้นแทนที่จะกำหนด เอนทาลปีเนื่องจากความร้อนรวมของสาร จึงถูกกำหนดให้แม่นยำยิ่งขึ้นด้วยปริมาณพลังงานทั้งหมดที่มีอยู่ของสารที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้
H = U + พีวี

ความร้อนจำเพาะน้ำช่วยให้คุณสะสมและกักเก็บความร้อนได้จำนวนมาก

ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือปริมาณความร้อนที่น้ำสามารถสะสมได้ต่อหน่วยน้ำหนัก
โดยปราศจากความรู้เรื่องความจุความร้อนของน้ำและ วัสดุก่อสร้างไม่สามารถสร้างได้ บ้านที่อบอุ่น.
ความจุความร้อนของน้ำและ โครงสร้างอาคารมีบทบาทสำคัญในการทำความร้อนจากแสงอาทิตย์และการสะสมความร้อนสำรองจากแสงอาทิตย์ในตัวสะสมพื้นดินและน้ำ
ต้องคำนึงถึงความจุความร้อนจำเพาะของของแข็งต่างๆ เมื่อสร้างบ้านที่อบอุ่น
ค่ามาตรฐานความจุความร้อนจำเพาะที่ใช้ในการสร้างบ้าน
วิธีกำหนดความจุความร้อนของน้ำ โดยไม่ทราบความจุความร้อนของน้ำ จึงไม่สามารถคำนวณระบบได้ เครื่องทำความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ที่บ้านความจุความร้อนของน้ำเล่น บทบาทสำคัญในโซลูชันการจัดเก็บความร้อนจากแสงอาทิตย์
หากไม่ทราบความจุความร้อนของน้ำ จึงไม่สามารถคำนวณระบบทำความร้อนของบ้านได้เนื่องจากมีขนาดใหญ่ ความจุความร้อนของน้ำ ช่วยให้เราใช้ในระบบทำความร้อนและความเย็นได้

ระบบทำความร้อนของบ้าน, อพาร์ทเมนท์อาจเป็นไฟฟ้า, แก๊ส, เชื้อเพลิงแข็ง, ระบบปิดทำความร้อนด้วยน้ำและไอน้ำด้วยไอน้ำ ความร้อนจำเพาะสูงกว่าน้ำ

ระบบทำความร้อนส่วนใหญ่ของบ้านส่วนตัว อาคารที่พักอาศัย ไอน้ำ หรือ เครื่องทำน้ำร้อนโดยที่ความจุความร้อนของน้ำช่วยให้คุณลดต้นทุนน้ำหล่อเย็นได้

น้ำร้อนและไอน้ำเป็นสารหล่อเย็นเพื่อให้ความร้อน การก่อตัวของไอน้ำจะเกิดขึ้นอย่างหนาแน่นหลังจากการเริ่มเดือด ยิ่งแรงดันไอน้ำสูง อุณหภูมิและความจุความร้อนก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย

ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำที่ 4 °С, 4200 กิโลจูล/กก. °C
การทำความร้อนด้วยไอน้ำด้วยแก๊สของบ้านส่วนตัว, พื้นน้ำ, ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการทำความเย็นเท่าใดหากสารหล่อเย็นเป็นน้ำร้อน
ในการทำเช่นนี้ เราจำเป็นต้องทราบค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของน้ำระหว่างการทำงาน ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนในระบบทำความร้อน
การทำน้ำร้อนในบ้านส่วนตัว ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำมีความสำคัญอย่างยิ่งในการคำนวณระบบ น้ำ และ เครื่องทำความร้อนด้วยไอน้ำ.
น้ำเป็นตัวนำความร้อนในอุดมคติโดยมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูง - ค่าการนำความร้อน ปริมาณน้ำไม่ จำกัด เนื่องจากราคาถูก

วิธีคำนวณและวัดความจุความร้อนของน้ำ สร้างบ้าน สร้างความร้อน โดยไม่รู้ว่าความจุความร้อนคืออะไร?
เมื่อสร้างบ้านโดยคำนวณระบบทำความร้อน เงื่อนไขหลักสำหรับความสะดวกสบายของที่อยู่อาศัยคือความจุความร้อนจำเพาะของน้ำและอากาศ
ด้วยความหนาแน่นของน้ำที่แตกต่างกัน กิโลกรัม ลบ.ม. ความจุความร้อนและปริมาณความร้อนของพลังงานที่อาจเกิดขึ้นจะเปลี่ยนไป
ความร้อนในน้ำถูกถ่ายโอนเนื่องจากการแพร่กระจาย อุณหภูมิของน้ำเพิ่มขึ้น ปริมาณความร้อนเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของน้ำลดลง น้ำมีความจุความร้อนจำเพาะสูง ซึ่งเป็นสารหล่อเย็นที่พบมากที่สุดในระบบทำความร้อน
การนำความร้อนสูง พลังงานความร้อนถูกถ่ายโอนเนื่องจากการเสียดสีภายในและการชนกันของโมเลกุล
ความจุความร้อนของอากาศมีลำดับความสำคัญต่ำกว่าน้ำแต่ ระบบอากาศการทำความร้อนไม่ได้สูญเสียความสำคัญไป
พลังงานภายในของไอน้ำเนื่องจากมีความจุความร้อนสูง จึงมีการนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง เศรษฐกิจของประเทศ,รับไฟฟ้า.
ความจุความร้อนจำเพาะของของแข็งต่างๆ ที่ 20°C

ชื่อ	ครจ กิโลจูล/กก. °C	ชื่อ	ครจ กิโลจูล/กก.°C
แผ่นซีเมนต์ใยหิน	0,96	หินอ่อน	0,80
หินบะซอลต์	0,84	ดินหินทราย - ปูน	0,96
คอนกรีต	1,00	หินทรายเซรามิก	0,75-0,84
เส้นใยแร่	0,84	หินทรายแดง	0,71
ยิปซั่ม	1,09	กระจก	0,75-0,82
ดินเหนียว	0,88	พีท	1,67...2,09
แผ่นหินแกรนิต	0,75	ปูนซีเมนต์	0,80
ดินทราย	1.1...3.2	เหล็กหล่อ	0,55
ไม้โอ๊ค	2,40	กระดานชนวน	0,75
ไม้เฟอร์	2,70	หินบด	0,75...1,00
แผ่นใยไม้อัด	2,30	ดินเปียก

ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน.

โดยที่ срж = 4.1877 kJ / (กก⋅K) คือความจุความร้อนไอโซบาริกของน้ำ
ต้มน้ำ 1 ลิตรให้ร้อน 1 องศา" = 1 กิโลแคลอรี
1 kW/h = 865 kcal พลังงานนี้เพียงพอที่จะทำให้น้ำ 865 ลิตรร้อนขึ้น 1 องศา หรือ 8.65 ลิตรถึง 100°C \
ค่าปัดเศษ 1 kWh = 3600 kJ ~ 860 kcal = 860000 cal
1 กิโลแคลอรี ~ 4187 จูล = 4.187 กิโลจูล ~ 0.001163 กิโลวัตต์ชั่วโมง
ต้มน้ำให้ร้อนขึ้น 1°C 5,000 ลิตร *1 Kcal/ 865 Kcal = 0.578 kW/h * หากอยู่ที่ 60 °C = 290 kW/h
ปริมาณความร้อนวัดเป็นแคลอรี่
หนึ่งแคลอรี่คือปริมาณความร้อนที่ใช้ในการทำให้น้ำหนึ่งกรัมร้อนขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียส ที่ ความดันบรรยากาศ(101325 ป่า). ทุกที่ที่พวกเขาเขียนด้วยเคลวิน และคุณสามารถพูดแบบเดียวกันได้
แต่ฉันจะบอกว่าการเปลี่ยนแปลงหนึ่งองศาเซลเซียสจะทำให้เกิดความแตกต่างหนึ่งองศาเคลวิน
ความแตกต่างระหว่างเคลวินและเซลเซียสมีเพียงความต่างกะที่ 273.15 หน่วยเท่านั้น นั่นคือ °C = เคลวิน-273.15
1 แคลอรี่ = 4.1868 เจ
1 จูล = 0.2388 แคลอรี่
วิธีการแปลงหน่วยการวัด
1 แคลอรี่ = 4.1868 เจ
1 จูล = 0.2388 แคลอรี่
วิธีแปลงทั้งหมดนี้ให้เป็นวัตต์-ชั่วโมง
1 แคลอรี่ = 0.001163 วัตต์ชั่วโมง
1 กิโลแคลอรี = 1.163 วัตต์ชั่วโมง

ตามคำนิยาม แคลอรี่คือปริมาณความร้อนที่ต้องทำให้น้ำหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรอุ่นขึ้น 1 องศาเซลเซียส Gcal ใช้ในการวัดพลังงานความร้อนในงานวิศวกรรมพลังงานความร้อนและ สาธารณูปโภคนั่นคือหนึ่งพันล้านแคลอรี่ 1 เมตรมี 100 เซนติเมตร ดังนั้นจึงมี 1 เมตร ลูกบาศก์เมตร- 100 x 100 x 100 = 1000000 ซม.3 ดังนั้น ในการอุ่นน้ำ M3 ขึ้น 1 องศา จะต้องใช้ 1,000,000 แคลอรี่หรือ 0.001 Gcal
ที่อุณหภูมิน้ำ T1 = 5°C - หากอุ่นถึง T2 = 50°C เพื่อให้ความร้อนกับน้ำ M3 (1,000 กิโลกรัม) เราพิจารณาพลังงาน Q = C ความจุความร้อนของน้ำ * ความแตกต่างของอุณหภูมิ T1-T2 * 1,000 กิโลกรัม เรามี 4.183 kJ/(kg.K) * 45 ° C * 1,000 กิโลกรัม = 188235 กิโลจูล (188.235 MJ) มีหน่วยเป็น kWh = 188235/3600 = 52.2875 kWh
กล่าวคือ หากต้องการให้น้ำ 1 ลบ.ม. อุณหภูมิตั้งแต่ 5°C ถึง 50°C คุณต้องใช้แก๊สประมาณ 6 ลบ.ม.

ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิจาก Tn ถึง Tk ของวัตถุที่มีมวล m สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้: Q = C x (Tn - Tk) x m, kJ
โดยที่ m คือน้ำหนักตัวกิโลกรัม; C - ความจุความร้อนจำเพาะ kJ/(kg*K)

ความจุความร้อนจำเพาะของสารบางชนิดจะวัดอุณหภูมิเป็นเคลวิน (K) ตารางที่ 1: ค่าความจุความร้อนจำเพาะมาตรฐาน
ความจุความร้อนจำเพาะแสดงไว้ที่นี่โดยใช้หน่วย	สถานะของการรวมตัว	เฉพาะเจาะจง ความจุความร้อน กิโลจูล/(กก. เคลวิน)
อากาศ (แห้ง)	แก๊ส	1,005
อลูมิเนียม	แข็ง	0,930
ทองเหลือง	แข็ง	0,377
ทองแดง	แข็ง	0,385
เหล็ก	แข็ง	0,500
เหล็ก	แข็ง	0,444
เหล็กหล่อ	แข็ง	0,540
แก้วควอทซ์	แข็ง	0,703
น้ำ 373K (100 °C)	แก๊ส	2,020
น้ำ	ของเหลว	4,183

ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ ความจุความร้อนจำเพาะของของแข็งต่างๆ ค่าความจุความร้อนจำเพาะมาตรฐาน

ตารางแสดง คุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ไอน้ำบนเส้นอิ่มตัวขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ คุณสมบัติของไอน้ำแสดงไว้ในตารางในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 0.01 ถึง 370°C

แต่ละอุณหภูมิสอดคล้องกับความดันที่ไอน้ำอยู่ในสถานะอิ่มตัว ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิไอน้ำ 200°C ความดันจะเท่ากับ 1.555 MPa หรือประมาณ 15.3 Atm

ความจุความร้อนจำเพาะของไอน้ำ ค่าการนำความร้อน และไอน้ำจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนาแน่นของไอน้ำก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ไอน้ำจะร้อน หนัก และหนืด โดยมีความจุความร้อนจำเพาะสูง ซึ่งส่งผลเชิงบวกต่อการเลือกใช้ไอน้ำเป็นสารหล่อเย็นในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนบางประเภท

ตัวอย่างเช่น ตามตาราง ความจุความร้อนจำเพาะของไอน้ำ ซีพีที่อุณหภูมิ 20°C จะเท่ากับ 1877 J/(kg deg) และเมื่อถูกความร้อนถึง 370°C ความจุความร้อนของไอน้ำจะเพิ่มขึ้นเป็นค่า 56520 J/(kg deg)

ตารางแสดงคุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ของไอน้ำบนเส้นอิ่มตัวดังต่อไปนี้:

• ความดันไอที่อุณหภูมิที่กำหนด หน้า·10 -5, ป้า;
• ความหนาแน่นของไอ ρ″ , กก./ลบ.ม. 3 ;
• เอนทาลปีจำเพาะ (มวล) ชม", กิโลจูล/กก.;
• ร, กิโลจูล/กก.;
• ความจุความร้อนจำเพาะของไอน้ำ ซีพี, กิโลจูล/(กก.องศา);
• ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน เล·10 2, W/(ม. องศา);
• ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายความร้อน ก·10 6, ม.2 /วินาที;
• ความหนืดแบบไดนามิก μ·10 6, ปา·ส;
• ความหนืดจลนศาสตร์ ν·10 6, ม.2 /วินาที;
• หมายเลขปราณฑล ปร.

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ เอนทาลปี การแพร่กระจายความร้อน และความหนืดจลนศาสตร์ของไอน้ำจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนืดไดนามิกและจำนวน Prandtl ของไอน้ำเพิ่มขึ้น

ระวัง! ค่าการนำความร้อนในตารางแสดงเป็นกำลัง 10 2 อย่าลืมหารด้วย 100! ตัวอย่างเช่น ค่าการนำความร้อนของไอน้ำที่อุณหภูมิ 100°C เท่ากับ 0.02372 W/(m deg)

การนำความร้อนของไอน้ำที่อุณหภูมิและความดันต่างๆ

ตารางแสดงค่าการนำความร้อนของน้ำและไอน้ำที่อุณหภูมิ 0 ถึง 700°C และความดัน 0.1 ถึง 500 atm มิติการนำความร้อน W/(m องศา)

เส้นใต้ค่าในตารางหมายถึงการเปลี่ยนเฟสของน้ำเป็นไอน้ำ กล่าวคือ ตัวเลขด้านล่างเส้นหมายถึงไอน้ำ และตัวเลขที่อยู่ด้านบนหมายถึงน้ำ จากตารางจะเห็นได้ว่าค่าสัมประสิทธิ์และไอน้ำจะเพิ่มขึ้นเมื่อความดันเพิ่มขึ้น

หมายเหตุ: ค่าการนำความร้อนในตารางแสดงไว้ในกำลัง 10 3 อย่าลืมหารด้วย 1,000!

การนำความร้อนของไอน้ำที่อุณหภูมิสูง

ตารางแสดงค่าการนำความร้อนของไอน้ำที่แยกออกจากกันในมิติ W/(m องศา) ที่อุณหภูมิ 1,400 ถึง 6,000 K และความดัน 0.1 ถึง 100 atm

ตามตาราง ค่าการนำความร้อนของไอน้ำที่ อุณหภูมิสูงเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดในภูมิภาค 3,000...5,000 K. At ค่าสูงความดันสัมประสิทธิ์การนำความร้อนสูงสุดจะทำได้ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น

ระวัง! ค่าการนำความร้อนในตารางระบุถึงกำลัง 10 3 อย่าลืมหารด้วย 1,000!