الموصلية الحرارية للصخور والمعادن وكثافتها وقدرتها الحرارية

1 تسخين الموصلات والأجهزة في حالة حدوث ماس كهربائي

الوضع القصير
ماس كهربائى (ماس كهربائى) في الدائرة في الغالب
هي حالة طارئة ، وعادة ما تكون كذلك
تم التخلص منه في فترة زمنية قصيرة
- ثواني وأجزاء من الثانية. أثناء
هذه الفترة من تخصيص الوقت
الحرارة كبيرة لدرجة أن درجة الحرارة
الموصلات والجهاز يتجاوز
الحدود الموضوعة على الوضع الطبيعي
الوضع.

حتى على المدى القصير
ارتفاع درجة حرارة الموصلات و
الأجهزة أثناء ماس كهربائى يمكن أن يؤدي إلى
تليين وانصهار المعدن ،
حرق العزل ، تدمير الاتصالات
وأضرار أخرى. موثوقة
تشغيل النظام الكهربائي ضروري
تجنب الضرر مثل
يتحقق عن طريق اختيار المناسب
أبعاد الأجزاء الحاملة الحالية والإعدادات
حماية التتابع.

قدرة
جهاز ومقاومة موصل
تأثير حراري قصير المدى
ماس كهربائى الحالي دون ضرر ، منع
مزيد من العمل يسمى الحرارية
عناد. حراري
المقاومة هي درجة الحرارة النهائية ،
الذي يقتصر على الميكانيكية
القوة المعدنية والتشوه
أجزاء من الأجهزة ، وكذلك مقاومة الحرارة
عزلة. درجات الحرارة النهائية المسموح بها
للموصلات في حالة ماس كهربائى وترد في
الجدول 2.1.

حرارة نوعية

السعة الحرارية المحددة ، فئة السعة الحرارية المحددة 8حرارة نوعية - نسبة السعة الحرارية إلى الكتلة ، السعة الحرارية لوحدة كتلة مادة (تختلف باختلاف المواد) ؛ كمية فيزيائية مساوية عدديًا لكمية الحرارة التي يجب نقلها إلى وحدة كتلة من مادة معينة حتى تتغير درجة حرارتها بمقدار واحد.

في النظام الدولي للوحدات (SI) ، تُقاس الحرارة النوعية بالجول لكل كيلوغرام لكل كلفن ، J / (كجم كلفن). في بعض الأحيان يتم استخدام الوحدات غير النظامية أيضًا: السعرات الحرارية / (كجم · K) ، إلخ.

عادةً ما يتم الإشارة إلى السعة الحرارية المحددة بالحرفين c أو C ، وغالبًا ما يكون ذلك مع رموز منخفضة.

تتأثر قيمة الحرارة النوعية بدرجة حرارة المادة والمعلمات الديناميكية الحرارية الأخرى. على سبيل المثال ، سيعطي قياس السعة الحرارية النوعية للماء نتائج مختلفة عند 20 درجة مئوية و 60 درجة مئوية.

بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد السعة الحرارية المحددة على كيفية السماح بتغيير المعلمات الديناميكية الحرارية للمادة (الضغط والحجم وما إلى ذلك).

) ؛ على سبيل المثال ، تختلف الحرارة النوعية عند الضغط الثابت (CP) والحجم الثابت (CV) بشكل عام.

معادلة حساب السعة الحرارية النوعية: حيث c هي السعة الحرارية النوعية ، Q هي كمية الحرارة التي تتلقاها المادة أثناء التسخين (أو تنطلق أثناء التبريد) ، m هي كتلة المادة المسخنة (التبريد) ، T هي الفرق بين درجات الحرارة النهائية والأولية للمادة. يمكن أن تعتمد السعة الحرارية المحددة (ومن حيث المبدأ ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، دائمًا - بدرجة أكبر أو أقل - تعتمد) على درجة الحرارة ، لذا فإن الصيغة التالية ذات الحجم الصغير (المتناهية الصغر رسميًا) والأصح:

• 1 قيم السعة الحرارية المحددة لبعض المواد
• 2 انظر أيضا
• 3 ملاحظات
• 4 الأدب
• 5 وصلات

قيم السعة الحرارية النوعية لبعض المواد

مجفف هواء)	غاز	1,005
هواء (رطوبة 100٪)	غاز	1,0301
الألومنيوم	صلب	0,903
البريليوم	صلب	1,8245
نحاس	صلب	0,377
القصدير	صلب	0,218
نحاس	صلب	0,385
الموليبدينوم	صلب	0,250
الصلب	صلب	0,462
الماس	صلب	0,502
الإيثانول	سائل	2,460
ذهب	صلب	0,129
الجرافيت	صلب	0,720
الهيليوم	غاز	5,190
هيدروجين	غاز	14,300
حديد	صلب	0,444
قيادة	صلب	0,130
الحديد الزهر	صلب	0,540
التنغستن	صلب	0,134
الليثيوم	صلب	3,582
الزئبق	سائل	0,139
نتروجين	غاز	1,042
زيوت بترولية	سائل	1,67 — 2,01
الأكسجين	غاز	0,920
زجاج الكوارتز	صلب	0,703
ماء 373 كلفن (100 درجة مئوية)	غاز	2,020
ماء	سائل	4,187
جليد	صلب	2,060
نبتة البيرة	سائل	3,927

أسفلت	0,92
لبنة صلبة	0,84
طوب سيليكات	1,00
أسمنت	0,88
kronglas (زجاج)	0,67
زجاج الصوان)	0,503
زجاج النافذة	0,84
الجرانيت	0,790
الحجر الأملس	0,98
جبس	1,09
الرخام والميكا	0,880
رمل	0,835
الصلب	0,47
التربة	0,80
خشب	1,7

أنظر أيضا

• السعة الحرارية
• السعة الحرارية الحجمية
• السعة الحرارية المولية
• الحرارة الكامنة
• السعة الحرارية للغاز المثالي
• الحرارة النوعية للتبخير والتكثيف
• الحرارة النوعية للانصهار

ملحوظات

1. ↑ بالنسبة لعينة غير متجانسة (من حيث التركيب الكيميائي) ، فإن الحرارة النوعية هي خاصية تفاضلية تختلف من نقطة إلى أخرى.

   من حيث المبدأ ، تعتمد أيضًا على درجة الحرارة (على الرغم من أنها في كثير من الحالات تتغير بشكل ضعيف جدًا مع تغيرات كبيرة بدرجة كافية في درجة الحرارة) ، بينما يتم تحديدها بالمعنى الدقيق للكلمة - بعد السعة الحرارية - ككمية تفاضلية وعلى طول محور درجة الحرارة ، أي

   بالمعنى الدقيق للكلمة ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار التغير في درجة الحرارة في تعريف الحرارة النوعية ليس بدرجة واحدة (لا سيما من خلال وحدة درجة حرارة أكبر) ، ولكن بدرجة صغيرة مع كمية الحرارة المقابلة. (انظر النص الرئيسي أدناه).

2. ↑ يمكن استبدال Kelvins (K) هنا بالدرجات المئوية (° C) ، لأن مقاييس درجة الحرارة هذه (مقياس مطلق ودرجة مئوية) تختلف عن بعضها البعض فقط في نقطة البداية ، ولكن ليس في قيمة وحدة القياس.

الروابط

• جداول الكميات الفيزيائية. كتيب ، محرر. إ.ك. كيكوينا ، م. ، 1976.
• Sivukhin DV الدورة العامة للفيزياء. - T. II. الديناميكا الحرارية والفيزياء الجزيئية.
• E. M. Lifshits السعة الحرارية // تحت. إد. الموسوعة الفيزيائية AM Prokhorova. - م: الموسوعة السوفيتية 1998. - ت 2.

جدول السعة الحرارية للمواد

في البناء ، تعتبر السعة الحرارية لمواد البناء خاصية مهمة للغاية. تعتمد خصائص العزل الحراري لجدران المبنى عليه ، وبالتالي إمكانية الإقامة المريحة داخل المبنى

تعتمد خصائص العزل الحراري لجدران المبنى عليه ، وبالتالي إمكانية الإقامة المريحة داخل المبنى.

قبل الشروع في التعرف على خصائص العزل الحراري لمواد البناء الفردية ، من الضروري فهم ماهية السعة الحرارية وكيف يتم تحديدها.

السعة الحرارية النوعية للمواد

السعة الحرارية هي كمية فيزيائية تصف قدرة مادة ما على تراكم درجة الحرارة من بيئة ساخنة.

من الناحية الكمية ، الحرارة النوعية تساوي كمية الطاقة المقاسة بوحدة J والمطلوبة لتسخين جسم كتلته 1 كجم بمقدار 1 درجة.

يوجد أدناه جدول بالسعة الحرارية المحددة لمواد البناء الأكثر شيوعًا.

من أجل حساب السعة الحرارية للمادة ، من الضروري الحصول على بيانات مثل:

• نوع وحجم المواد المسخنة (V) ؛
• مؤشر السعة الحرارية النوعية لهذه المادة (محكمة) ؛
• الجاذبية النوعية (مللي أمبير) ؛
• درجات الحرارة الأولية والنهائية للمادة.

السعة الحرارية لمواد البناء

تعتمد السعة الحرارية للمواد ، التي ورد جدولها أعلاه ، على الكثافة والتوصيل الحراري للمادة.

ويعتمد معامل التوصيل الحراري بدوره على حجم المسام وانغلاقها. تحتوي المادة المسامية بدقة مع نظام مغلق من المسام على عزل حراري أكبر ، وبالتالي ، الموصلية الحرارية أقل من تلك التي يسهل اختراقها.

من السهل جدًا اتباع مثال المواد الأكثر شيوعًا في البناء. يوضح الشكل أدناه كيف يؤثر معامل التوصيل الحراري وسمك المادة على صفات الحماية من الحرارة للأسوار الخارجية.

يوضح الشكل أن مواد البناء ذات الكثافة المنخفضة لها موصلية حرارية أقل.

ومع ذلك ، هذا ليس هو الحال دائما. على سبيل المثال ، هناك أنواع ليفية من العزل الحراري ينطبق عليها النمط المعاكس: كلما انخفضت كثافة المادة ، زادت الموصلية الحرارية.

لذلك ، لا يمكن الاعتماد فقط على مؤشر الكثافة النسبية للمادة ، ولكن الأمر يستحق النظر في خصائصها الأخرى.

الخصائص المقارنة للسعة الحرارية لمواد البناء الرئيسية

من أجل مقارنة السعة الحرارية لمواد البناء الأكثر شيوعًا ، مثل الخشب والطوب والخرسانة ، من الضروري حساب السعة الحرارية لكل منها.

بادئ ذي بدء ، تحتاج إلى تحديد الثقل النوعي للخشب والطوب والخرسانة. من المعروف أن 1 م 3 من الخشب تزن 500 كجم ، والطوب - 1700 كجم ، والخرسانة - 2300 كجم. إذا أخذنا جدارًا يبلغ سمكه 35 سم ، فعندئذٍ من خلال الحسابات البسيطة نحصل على الثقل النوعي البالغ 1 متر مربع.

سيكون م من الخشب 175 كجم ، والطوب - 595 كجم ، والخرسانة - 805 كجم. بعد ذلك ، نختار قيمة درجة الحرارة التي سيحدث عندها تراكم الطاقة الحرارية في الجدران. على سبيل المثال ، سيحدث هذا في يوم صيفي حار بدرجة حرارة هواء تبلغ 270 درجة مئوية.

بالنسبة للظروف المحددة ، نحسب السعة الحرارية للمواد المختارة:

1. الجدار الخشبي: C = SudhmudhΔT ؛ Cder \ u003d 2.3x175x27 = 10867.5 (كيلو جول) ؛
2. الجدار الخرساني: C = SudhmudhΔT ؛ Cbet = 0.84x805x27 = 18257.4 (كيلوجول) ؛
3. جدار من الطوب: C = SudhmudhΔT ؛ Skirp = 0.88x595x27 = 14137.2 (كيلوجول).

من الحسابات التي تم إجراؤها ، يمكن ملاحظة أنه مع نفس سماكة الجدار ، تتمتع الخرسانة بأعلى سعة حرارية ، والخشب هو الأقل. ماذا يقول؟ يشير هذا إلى أنه في يوم صيفي حار ، سيتراكم الحد الأقصى من الحرارة في منزل مصنوع من الخرسانة ، والأقل من الخشب.

هذا ما يفسر حقيقة أنه في المنزل الخشبي يكون الجو باردًا في الطقس الحار ودافئًا في الطقس البارد. يتراكم الطوب والخرسانة بسهولة قدرًا كبيرًا من الحرارة من البيئة ، ولكن بنفس السهولة جزء منها.

السعة الحرارية والتوصيل الحراري للمواد

الموصلية الحرارية هي كمية فيزيائية للمواد التي تصف قدرة درجة الحرارة على الاختراق من سطح جدار إلى آخر.

لتهيئة ظروف مريحة في الغرفة ، من الضروري أن تتمتع الجدران بسعة حرارية عالية وموصلية حرارية منخفضة. في هذه الحالة ، ستكون جدران المنزل قادرة على تجميع الطاقة الحرارية للبيئة ، ولكن في نفس الوقت تمنع تغلغل الإشعاع الحراري في الغرفة.

السعة الحرارية لمختلف العمليات وحالات المادة

يتم تعريف مفهوم السعة الحرارية لكل من المواد في حالات التجميع المختلفة (المواد الصلبة والسوائل والغازات) ومجموعات الجسيمات وأشباه الجسيمات (في فيزياء المعادن ، على سبيل المثال ، يتحدث المرء عن السعة الحرارية لغاز الإلكترون).

السعة الحرارية للغاز المثالي

مقالة مفصلة: السعة الحرارية للغاز المثالي

يتم تحديد السعة الحرارية لنظام من الجسيمات غير المتفاعلة (على سبيل المثال ، غاز مثالي) من خلال عدد درجات حرية الجسيمات.

السعة الحرارية المولية عند حجم ثابت:

CV = dUdT = i2R، {\ displaystyle C_ {V} = {dU \ over dT} = {\ frac {i} {2}} R،}

حيث R {\ displaystyle R} ≈ 8.31 J / (mol K) هو ثابت الغاز العالمي ، i {\ displaystyle i} هو رقم.

ترتبط السعة الحرارية المولية عند ضغط ثابت بعلاقة السيرة الذاتية {\ displaystyle C_ {V}} Mayer:

CP = CV + R = i + 22R. {\ displaystyle C_ {P} = C_ {V} + R = {{i + 2} \ over 2} R.}

السعة الحرارية للبلورات

مقارنة بين نماذج ديباي وآينشتاين للسعة الحرارية لمادة صلبة

هناك عدة نظريات حول السعة الحرارية لمادة صلبة:

• قانون Dulong-Petit وقانون Joule-Kopp. كلا القانونين مستمدان من المفاهيم الكلاسيكية وهما صالحان بدقة معينة فقط لدرجات الحرارة العادية (من 15 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية تقريبًا).
• نظرية الكم لأينشتاين للسعات الحرارية. أول تطبيق لقوانين الكم على وصف السعة الحرارية.
• نظرية الكم للقدرات الحرارية لديباي. يحتوي على الوصف الأكثر اكتمالا ويتفق جيدًا مع التجربة.

السعات الحرارية النوعية والمولية والحجمية

المقالات الرئيسية: حرارة نوعية, السعة الحرارية المولية و السعة الحرارية الحجمية

من الواضح أنه كلما زادت كتلة الجسم ، زادت الحرارة المطلوبة لتسخينها ، وتتناسب السعة الحرارية للجسم مع كمية المادة الموجودة فيه. يمكن تمييز كمية المادة بالكتلة أو بعدد الشامات. لذلك ، من الملائم استخدام مفاهيم السعة الحرارية المحددة (السعة الحرارية لكل وحدة كتلة من الجسم):

ج = سم {\ displaystyle c = {C \ over m}}

والسعة الحرارية المولية (السعة الحرارية لمول واحد من المادة):

Cμ = Cν، {\ displaystyle C _ {\ mu} = {C \ over \ nu}،}

حيث ν = mμ {\ displaystyle \ nu = {m \ over \ mu}} هي كمية المادة في الجسم ؛ م {displaystyle m} هو وزن الجسم ؛ μ {\ displaystyle \ mu} هي الكتلة المولية. ترتبط السعات الحرارية المولارية والخاصة بـ Cμ = cμ {\ displaystyle C _ {\ mu} = c \ mu}.

السعة الحرارية الحجمية (السعة الحرارية لكل وحدة حجم للجسم):

C '= CV. {\ displaystyle C' = {C \ over V}.}

الموصلية الحرارية للمعادن غير الحديدية ، السعة الحرارية وكثافة السبائك

يوضح الجدول قيم التوصيل الحراري للمعادن (غير الحديدية) ، وكذلك التركيب الكيميائي للمعادن والسبائك التقنية في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 600 درجة مئوية.

معادن غير حديدية وسبائك: نيكل نيكل ، مونيل ، نيتشروم ؛ سبائك النيكل (وفقًا لـ GOST 492-58): cupronickel NM81 و NM70 و Constantan NMMts 58.5-1.54 و kopel NM 56.5 و monel NMZhMts و K-monel و alumel و chromel و manganin NMMts 85-12 ، invar ؛ سبائك المغنيسيوم (وفقًا لـ GOST 2856-68) والإلكترون والبلاتين والروديوم ؛ الجنود الناعمون (وفقًا لـ GOST 1499-70): القصدير النقي ، والرصاص ، و POS-90 ، و POS-40 ، و POS-30 ، وسبائك الورد ، وسبائك الخشب.

وفقًا للجدول ، يمكن ملاحظة أن سبائك المغنيسيوم والنيكل لها موصلية حرارية عالية (في درجة حرارة الغرفة). الموصلية الحرارية المنخفضة هي سمة من سمات نيتشروم ، وسبائك الخشب.

معاملات التوصيل الحراري للألمنيوم والنحاس وسبائك النيكل

الموصلية الحرارية للمعادن والألومنيوم والنحاس وسبائك النيكل الواردة في الجدول في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 600 درجة مئوية في وحدات W / (م درجة) المعادن والسبائك: الألومنيوم وسبائك الألومنيوم والدورالومين والنحاس والنحاس والمونيل والنيكل والفضة والنيكروم والنيكروم الحديدي والفولاذ اللين. تتمتع سبائك الألومنيوم بموصلية حرارية أكبر من سبائك النحاس والنيكل.

معاملات التوصيل الحراري للسبائك

يوضح الجدول قيم التوصيل الحراري للسبائك في نطاق درجة الحرارة من 20 إلى 200 درجة مئوية. السبائك: برونز الألومنيوم ، البرونز ، البرونز الفوسفوري ، Invar ، Constantan ، المنغانين ، سبائك المغنيسيوم ، سبائك النحاس ، سبائك الورد ، سبائك الخشب ، سبائك النيكل والنيكل الفضي والبلاتينيوم الإيريديوم وسبائك الإلكترون والبلاتين والروديوم.

يوضح الجدول قيم المقاومة الكهربائية و CTE لسلك معدني مصنوع من معادن وسبائك مختلفة.

مادة الأسلاك: الألومنيوم ، التنغستن ، الحديد ، الذهب ، النحاس الأصفر ، المنغانين ، النحاس ، النيكل ، كونستانتان ، النيتشروم ، القصدير ، البلاتين ، الرصاص ، الفضة ، الزنك.

كما يتضح من الجدول ، يتمتع سلك النيتشروم بمقاومة كهربائية عالية ويتم استخدامه بنجاح كحلول لولبية متوهجة لعناصر التسخين في العديد من الأجهزة المنزلية والصناعية.

السعة الحرارية النوعية للسبائك غير الحديدية

يوضح الجدول قيم السعة الحرارية المحددة (الكتلة) للسبائك غير الحديدية المكونة من مركبين ومتعدد المكونات التي لا تحتوي على حديد عند درجات حرارة تتراوح من 123 إلى 1000 كلفن. يشار إلى السعة الحرارية بوحدات kJ / (kg deg).

تعطى السعة الحرارية للسبائك التالية: السبائك المحتوية على الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم والفاناديوم والزنك والبزموت والذهب والرصاص والقصدير والكادميوم والنيكل والإيريديوم والبلاتين والبوتاسيوم والصوديوم والمنغنيز والتيتانيوم والبزموت والرصاص- سبائك القصدير ، سبائك البزموت الرصاص ، البزموت الرصاص والكادميوم ، الألومنيوم ، سبائك الزيزفون ، نيتشروم ، سبائك الورد.

يوجد أيضًا جدول منفصل يوضح السعة الحرارية المحددة للمعادن في درجات حرارة مختلفة.

السعة الحرارية النوعية للسبائك الخاصة متعددة المكونات

السعة الحرارية النوعية (الكتلة) للسبائك الخاصة متعددة المكونات معطاة في الجدول عند درجات حرارة من 0 إلى 1300 درجة مئوية. وحدة السعة الحرارية هي cal / (g deg) السعة الحرارية للسبائك الخاصة: الألوميل ، الجرس المعدني ، سبائك الخشب ، Invar ، سبيكة الزيزفون ، المنغانين ، المونيل ، سبائك الورد ، الفوسفور البرونزي ، الكروم ، سبائك Na-K ، سبيكة Pb-Bi ، Pb - Bi - Sn ، Zn - Sn - Ni - Fe - Mn.

كثافة السبائك

يتم تقديم جدول لقيم كثافة السبائك في درجة حرارة الغرفة. يتم إعطاء السبائك التالية: البرونز ، القصدير ، الفوسفور ، الدورالومين ، إينفار ، كونستانتان ، النحاس ، المغناليوم ، المنجانين ، المونيل - المعدن ، البلاتين - سبائك الإيريديوم ، سبائك الخشب ، الفولاذ المدلفن ، المصبوب.

ملاحظة: انتبه! يشار إلى كثافة السبائك في الجدول بقوة 10-3. لا تنسى الضرب بـ 1000! على سبيل المثال ، تتراوح كثافة الفولاذ المدلفن من 7850 إلى 8000 كجم / م 3.

1. ميخيف إم إيه ، ميخيفا آي إم. أساسيات انتقال الحرارة.
2. كميات فيزيائية. الدليل. أ. بابيتشيف ، ن. بابوشكينا ، أ.م. براتكوفسكي وآخرين ؛ إد. يكون. غريغوريفا ، إي. ميليكوف. - م: Energoatomizdat ، 1991. - 1232 ص.
3. جداول الكميات الفيزيائية. الدليل. إد. أكاد. ك. كيكوين. م: أتوميزدات ، 1976. - 1008 ص.
4. شيلودياك يو إي ، كاشبوروف L.Ya. وغيرها من الخصائص الحرارية الفيزيائية لمكونات الأنظمة القابلة للاحتراق. 1992. - 184 ص.
5. أفران صناعية. دليل مرجعي للحسابات والتصميم. الطبعة الثانية ، المكملة والمراجعة ، Kazantsev E.I. م: "علم المعادن" 1975. - 368 ص.