Kapasiti haba ialah keupayaan untuk menyerap sejumlah haba semasa pemanasan atau terhasil apabila disejukkan. Muatan haba suatu jasad ialah nisbah jumlah haba yang tidak terhingga yang diterima oleh jasad kepada peningkatan yang sepadan dalam penunjuk suhunya. Nilai diukur dalam J/K. Dalam amalan, nilai yang sedikit berbeza digunakan - haba tentu.
Definisi
Apakah maksud haba tentu? Ini ialah kuantiti yang berkaitan dengan satu jumlah bahan. Sehubungan itu, jumlah bahan boleh diukur dalam meter padu, kilogram, atau bahkan dalam tahi lalat. Bergantung pada apa? Dalam fizik, kapasiti haba bergantung secara langsung pada unit kuantitatif yang dirujuk, yang bermaksud bahawa mereka membezakan antara kapasiti haba molar, jisim dan isipadu. Dalam industri pembinaan, anda tidak akan melihat ukuran molar, tetapi anda akan melihat yang lain sepanjang masa.
Apakah yang mempengaruhi kapasiti haba tentu?
Apakah kapasiti haba, anda tahu, tetapi apakah nilai yang mempengaruhi penunjuk masih belum jelas. Nilai muatan haba tentu dipengaruhi secara langsung oleh beberapa komponen:suhu bahan, tekanan dan ciri termodinamik lain.
Apabila suhu produk meningkat, kapasiti haba tentunya meningkat, tetapi bahan tertentu mempamerkan lengkung tidak linear sepenuhnya dalam hubungan ini. Sebagai contoh, dengan peningkatan penunjuk suhu dari sifar hingga tiga puluh tujuh darjah, kapasiti haba tentu air mula berkurangan, dan jika hadnya adalah antara tiga puluh tujuh dan seratus darjah, maka penunjuk, sebaliknya, akan meningkat.
Perlu diperhatikan bahawa parameter juga bergantung pada cara ciri termodinamik produk (tekanan, isipadu dan sebagainya) dibenarkan untuk berubah. Contohnya, haba tentu pada tekanan stabil dan pada isipadu stabil akan berbeza.
Bagaimana untuk mengira parameter?
Adakah anda berminat dengan apakah kapasiti haba? Formula pengiraan adalah seperti berikut: C \u003d Q / (m ΔT). Apakah nilai-nilai ini? Q ialah jumlah haba yang diterima produk apabila dipanaskan (atau dilepaskan oleh produk semasa penyejukan). m ialah jisim produk, dan ΔT ialah perbezaan antara suhu akhir dan awal produk. Di bawah ialah jadual kapasiti haba sesetengah bahan.
Bagaimana pula dengan pengiraan kapasiti haba?
Mengira kapasiti haba bukanlah satu tugas yang mudah, terutamanya jika hanya kaedah termodinamik digunakan, adalah mustahil untuk melakukannya dengan lebih tepat. Oleh itu, ahli fizik menggunakan kaedah fizik statistik atau pengetahuan tentang struktur mikro produk. Bagaimana untuk mengira gas? Kapasiti haba gasdikira daripada pengiraan tenaga purata pergerakan haba molekul individu dalam bahan. Pergerakan molekul boleh menjadi jenis translasi dan putaran, dan di dalam molekul boleh terdapat seluruh atom atau getaran atom. Statistik klasik mengatakan bahawa untuk setiap darjah kebebasan gerakan putaran dan translasi, terdapat nilai dalam kapasiti haba molar gas, yang sama dengan R / 2, dan untuk setiap darjah kebebasan getaran, nilainya adalah sama dengan R.. Peraturan ini juga dipanggil undang-undang equipartition.
Pada masa yang sama, zarah gas monatomik berbeza dengan hanya tiga darjah kebebasan translasi, dan oleh itu kapasiti habanya hendaklah sama dengan 3R/2, yang sangat sesuai dengan eksperimen. Setiap molekul gas diatomik mempunyai tiga darjah kebebasan translasi, dua putaran dan satu getaran, yang bermaksud bahawa undang-undang kesetaraan akan menjadi 7R/2, dan pengalaman telah menunjukkan bahawa kapasiti haba mol gas diatomik pada suhu biasa ialah 5R/ 2. Mengapakah terdapat percanggahan dalam teori? Segala-galanya disebabkan oleh fakta bahawa apabila menubuhkan kapasiti haba, perlu mengambil kira pelbagai kesan kuantum, dengan kata lain, untuk menggunakan statistik kuantum. Seperti yang anda lihat, kapasiti haba ialah konsep yang agak rumit.
Mekanik kuantum mengatakan bahawa mana-mana sistem zarah yang berayun atau berputar, termasuk molekul gas, boleh mempunyai nilai tenaga diskret tertentu. Jika tenaga gerakan terma dalam sistem yang dipasang tidak mencukupi untuk merangsang ayunan frekuensi yang diperlukan, maka ayunan ini tidak menyumbang kepadakapasiti haba sistem.
Dalam pepejal, gerakan terma atom ialah ayunan lemah berhampiran kedudukan keseimbangan tertentu, ini digunakan pada nod kekisi kristal. Atom mempunyai tiga darjah kebebasan getaran dan, mengikut undang-undang, kapasiti haba molar pepejal adalah sama dengan 3nR, di mana n ialah bilangan atom sedia ada dalam molekul. Dalam amalan, nilai ini ialah had yang kapasiti haba badan cenderung pada suhu tinggi. Nilai itu dicapai dengan perubahan suhu biasa dalam banyak unsur, ini terpakai kepada logam, serta sebatian mudah. Kapasiti haba plumbum dan bahan lain juga ditentukan.
Bagaimana pula dengan suhu rendah?
Kita sudah tahu apa itu kapasiti haba, tetapi jika kita bercakap tentang suhu rendah, bagaimanakah nilai itu akan dikira? Jika kita bercakap tentang penunjuk suhu rendah, maka kapasiti haba badan pepejal kemudiannya berkadar dengan T 3 atau yang dipanggil undang-undang kapasiti haba Debye. Kriteria utama untuk membezakan suhu tinggi daripada suhu rendah ialah perbandingan biasa mereka dengan parameter ciri untuk bahan tertentu - ini boleh menjadi ciri atau suhu Debye qD. Nilai yang dibentangkan ditetapkan oleh spektrum getaran atom dalam produk dan bergantung dengan ketara pada struktur kristal.
Dalam logam, elektron pengaliran memberi sumbangan tertentu kepada kapasiti haba. Bahagian kapasiti haba ini dikira menggunakanStatistik Fermi-Dirac, yang mengambil kira elektron. Kapasiti haba elektronik logam, yang berkadar dengan kapasiti haba biasa, adalah nilai yang agak kecil, dan ia menyumbang kepada kapasiti haba logam hanya pada suhu yang hampir kepada sifar mutlak. Kemudian kapasiti haba kekisi menjadi sangat kecil dan boleh diabaikan.
Kapasiti haba jisim
Haba tentu jisim ialah jumlah haba yang perlu dibawa ke unit jisim bahan untuk memanaskan produk per unit suhu. Nilai ini dilambangkan dengan huruf C dan ia diukur dalam joule dibahagikan dengan kilogram per kelvin - J / (kg K). Ini semua tentang kapasiti haba jisim.
Apakah kapasiti haba isipadu?
Kapasiti haba isipadu ialah sejumlah haba tertentu yang perlu ditambah kepada unit isipadu produk untuk memanaskannya bagi setiap unit suhu. Penunjuk ini diukur dalam joule dibahagikan dengan meter padu per kelvin atau J / (m³ K). Dalam kebanyakan buku rujukan bangunan, kapasiti haba tentu jisim di tempat kerja yang dipertimbangkan.
Aplikasi praktikal kapasiti haba dalam industri pembinaan
Banyak bahan intensif haba digunakan secara aktif dalam pembinaan dinding tahan haba. Ini amat penting untuk rumah yang dicirikan oleh pemanasan berkala. Sebagai contoh, ketuhar. Produk dan dinding intensif haba yang dibina daripadanya mengumpul haba dengan sempurna, menyimpannya semasa tempoh pemanasan dan melepaskan haba secara beransur-ansur selepas dimatikansistem, sekali gus membolehkan mengekalkan suhu yang boleh diterima sepanjang hari.
Jadi, lebih banyak haba disimpan dalam struktur, lebih selesa dan stabil suhu di dalam bilik.
Perlu diperhatikan bahawa bata dan konkrit biasa yang digunakan dalam pembinaan perumahan mempunyai kapasiti haba yang jauh lebih rendah daripada polistirena kembang. Jika kita mengambil ecowool, maka ia adalah tiga kali lebih memakan haba daripada konkrit. Perlu diingatkan bahawa dalam formula untuk mengira kapasiti haba, tidak sia-sia bahawa terdapat jisim. Oleh kerana jisim konkrit atau bata yang besar, berbanding dengan ecowool, ia membolehkan terkumpul sejumlah besar haba di dinding batu struktur dan melicinkan semua turun naik suhu harian. Hanya jisim kecil penebat dalam semua rumah bingkai, walaupun kapasiti haba yang baik, adalah kawasan paling lemah untuk semua teknologi bingkai. Untuk menyelesaikan masalah ini, penumpuk haba yang mengagumkan dipasang di semua rumah. Apa ini? Ini adalah bahagian struktur yang dicirikan oleh jisim yang besar dengan indeks kapasiti haba yang agak baik.
Contoh penumpuk haba dalam kehidupan
Apa boleh jadi? Contohnya, beberapa jenis dinding bata dalaman, dapur besar atau pendiang api, senarai yg panjang lebar konkrit.
Perabot di mana-mana rumah atau apartmen ialah penumpuk haba yang sangat baik, kerana papan lapis, papan serpai dan kayu sebenarnya boleh menyimpan haba hanya bagi setiap kilogram berat tiga kali lebih banyak daripada bata yang terkenal.
Adakah terdapat sebarang kelemahan dalam penumpuk haba? Sudah tentu, kelemahan utama pendekatan ini adalahhakikat bahawa penumpuk haba perlu direka pada peringkat mencipta susun atur rumah bingkai. Semuanya disebabkan oleh fakta bahawa ia sangat berat, dan ini perlu diambil kira semasa mencipta asas, dan kemudian bayangkan bagaimana objek ini akan disepadukan ke pedalaman. Perlu dikatakan bahawa adalah perlu untuk mengambil kira bukan sahaja jisim, ia akan menjadi perlu untuk menilai kedua-dua ciri dalam kerja: jisim dan kapasiti haba. Sebagai contoh, jika anda menggunakan emas dengan berat luar biasa dua puluh tan setiap meter padu sebagai simpanan haba, maka produk akan berfungsi kerana ia sepatutnya hanya dua puluh tiga peratus lebih baik daripada kiub konkrit, yang mempunyai berat dua setengah tan.
Bahan manakah yang paling sesuai untuk penyimpanan haba?
Produk terbaik untuk penumpuk haba bukanlah konkrit dan bata sama sekali! Tembaga, gangsa dan besi melakukan tugas ini dengan baik, tetapi ia sangat berat. Cukup aneh, tetapi penumpuk haba terbaik ialah air! Cecair mempunyai kapasiti haba yang mengagumkan, yang terbesar di antara bahan yang tersedia untuk kita. Hanya gas helium (5190 J / (kg K) dan hidrogen (14300 J / (kg K)) mempunyai lebih banyak kapasiti haba, tetapi ia bermasalah untuk digunakan dalam amalan. Jika dikehendaki dan perlu, lihat jadual kapasiti haba bahan yang anda perlu.
