1 Zahřívání vodičů a zařízení při zkratu
krátký režim
zkrat (zkrat) v obvodu z větší části
je nouzový stav a obvykle je
v krátké době odstraněny
- sekundy a zlomky sekundy. Po dobu
toto časové období
teplo je tak velké, že teplota
vodičů a přístrojů přesahuje
limity stanovené pro normální
režimu.
I krátkodobě
zvýšení teploty vodičů a
zařízení během zkratu může vést k
změkčování a tavení kovů,
spálení izolace, zničení kontaktů
a další škody. Pro spolehlivé
je nutný provoz elektrického systému
vyhnout se poškození, jako je např
dosaženo výběrem vhodného
rozměry dílů vedoucích proud a nastavení
reléová ochrana.
Schopnost
přístroje a vodiče odpor
krátkodobý tepelný efekt
zkratový proud bez poškození, zabraňující
další práce se nazývá tepelná
houževnatost. Tepelný
odpor je konečná teplota,
který je omezen na mechanické
pevnost kovu, deformace
části zařízení, stejně jako tepelná odolnost
izolace. Přípustné koncové teploty
pro vodiče při zkratu jsou uvedeny v
tabulka 2.1.
Specifické teplo
měrná tepelná kapacita, třída měrné tepelné kapacity 8Specifické teplo - poměr tepelné kapacity k hmotnosti, tepelná kapacita jednotkové hmotnosti látky (různá pro různé látky); fyzikální veličina, která se číselně rovná množství tepla, které se musí předat jednotkové hmotnosti dané látky, aby se její teplota změnila o jedničku.
V mezinárodní soustavě jednotek (SI) se specifické teplo měří v joulech na kilogram na kelvin, J / (kg K). Někdy se používají také nesystémové jednotky: kalorie / (kg K) atd.
Měrná tepelná kapacita se obvykle označuje písmeny c nebo C, často s dolními indexy.
Hodnotu měrného tepla ovlivňuje teplota látky a další termodynamické parametry. Například měření měrné tepelné kapacity vody poskytne různé výsledky při 20 °C a 60 °C.
Kromě toho měrná tepelná kapacita závisí na tom, jak se termodynamické parametry látky (tlak, objem atd.) nechají změnit.
); například měrné teplo při konstantním tlaku (CP) a při konstantním objemu (CV) se obecně liší.
Vzorec pro výpočet měrné tepelné kapacity: kde c je měrná tepelná kapacita, Q je množství tepla přijatého látkou při ohřevu (nebo uvolněného při ochlazování), m je hmotnost ohřívané (ochlazující) látky, ΔT je rozdíl mezi konečnou a počáteční teplotou látky. Specifické teplo může záviset (a v zásadě, přísně vzato, vždy - více či méně silně - závisí) na teplotě, takže následující vzorec s malým (formálně nekonečně malým) a je správnější:
- 1 Hodnoty měrné tepelné kapacity pro některé látky
- 2 Viz také
- 3 poznámky
- 4 Literatura
- 5 odkazů
Hodnoty měrné tepelné kapacity některých látek
| vzduch (suchý) | plyn | 1,005 |
| vzduch (100% vlhkost) | plyn | 1,0301 |
| hliník | pevný | 0,903 |
| beryllium | pevný | 1,8245 |
| mosaz | pevný | 0,377 |
| cín | pevný | 0,218 |
| měď | pevný | 0,385 |
| molybden | pevný | 0,250 |
| ocel | pevný | 0,462 |
| diamant | pevný | 0,502 |
| ethanol | kapalný | 2,460 |
| zlato | pevný | 0,129 |
| grafit | pevný | 0,720 |
| hélium | plyn | 5,190 |
| vodík | plyn | 14,300 |
| žehlička | pevný | 0,444 |
| Vést | pevný | 0,130 |
| litina | pevný | 0,540 |
| wolfram | pevný | 0,134 |
| lithium | pevný | 3,582 |
| Rtuť | kapalný | 0,139 |
| dusík | plyn | 1,042 |
| ropné oleje | kapalný | 1,67 — 2,01 |
| kyslík | plyn | 0,920 |
| křemenné sklo | pevný | 0,703 |
| voda 373 K (100 °C) | plyn | 2,020 |
| voda | kapalný | 4,187 |
| led | pevný | 2,060 |
| pivní mladina | kapalný | 3,927 |
| asfalt | 0,92 |
| masivní cihla | 0,84 |
| silikátové cihly | 1,00 |
| beton | 0,88 |
| kronglas (sklo) | 0,67 |
| pazourek (sklo) | 0,503 |
| okenní sklo | 0,84 |
| žula | 0,790 |
| mastek | 0,98 |
| sádra | 1,09 |
| mramor, slída | 0,880 |
| písek | 0,835 |
| ocel | 0,47 |
| půda | 0,80 |
| dřevo | 1,7 |
viz také
- Tepelná kapacita
- Objemová tepelná kapacita
- Molární tepelná kapacita
- Latentní teplo
- Tepelná kapacita ideálního plynu
- Měrné výparné a kondenzační teplo
- Měrné teplo tání
Poznámky
-
↑ U nehomogenního (z hlediska chemického složení) vzorku je specifické teplo diferenciální charakteristikou, která se bod od bodu mění.
V zásadě také závisí na teplotě (i když se při dostatečně velkých změnách teploty v mnoha případech mění dosti slabě), striktně vzato se určuje - podle tepelné kapacity - jako diferenciální veličina a podél teplotní osy, tzn.
Přísně vzato je třeba uvažovat změnu teploty v definici měrného tepla nikoli o jeden stupeň (zejména ne o nějakou větší jednotku teploty), ale o malou s odpovídajícím množstvím předaného tepla. (Viz hlavní text níže).
- ↑ Kelviny (K) zde mohou být nahrazeny stupni Celsia (°C), protože tyto teplotní stupnice (absolutní a Celsiova stupnice) se od sebe liší pouze výchozím bodem, nikoli však hodnotou měrné jednotky.
Odkazy
- Tabulky fyzikálních veličin. Příručka, ed. I. K. Kikoina, M., 1976.
- Sivukhin DV Obecný kurz fyziky. - T. II. Termodynamika a molekulární fyzika.
- E. M. Lifshits Tepelná kapacita // pod. vyd. AM Prokhorova fyzikální encyklopedie. - M .: "Sovětská encyklopedie", 1998. - T. 2.
Tabulka tepelné kapacity materiálů
Ve stavebnictví je velmi důležitou charakteristikou tepelná kapacita stavebních materiálů. Závisí na tom tepelně izolační vlastnosti stěn budovy, a tedy i možnost pohodlného pobytu uvnitř budovy
Na tom závisí tepelně izolační vlastnosti stěn budovy, a tedy i možnost pohodlného pobytu uvnitř budovy.
Než přistoupíme k seznámení se s tepelně izolačními vlastnostmi jednotlivých stavebních materiálů, je nutné pochopit, co je tepelná kapacita a jak se určuje.
Měrná tepelná kapacita materiálů
Tepelná kapacita je fyzikální veličina, která popisuje schopnost materiálu akumulovat teplotu z vytápěného prostředí.
Kvantitativně se měrné teplo rovná množství energie, měřené v J, potřebné k zahřátí tělesa o hmotnosti 1 kg o 1 stupeň.
Níže je uvedena tabulka měrné tepelné kapacity nejběžnějších stavebních materiálů.
Pro výpočet tepelné kapacity materiálu je nutné mít údaje jako:
- druh a objem ohřívaného materiálu (V);
- ukazatel měrné tepelné kapacity tohoto materiálu (Soud);
- měrná hmotnost (msp);
- počáteční a konečné teploty materiálu.
Tepelná kapacita stavebních materiálů
Tepelná kapacita materiálů, jejichž tabulka je uvedena výše, závisí na hustotě a tepelné vodivosti materiálu.
A součinitel tepelné vodivosti zase závisí na velikosti a uzavření pórů. Jemně porézní materiál s uzavřeným systémem pórů má větší tepelnou izolaci a tím i nižší tepelnou vodivost než hrubě porézní.
To je velmi snadné sledovat na příkladu nejběžnějších materiálů ve stavebnictví. Níže uvedený obrázek ukazuje, jak součinitel tepelné vodivosti a tloušťka materiálu ovlivňují tepelnou ochranu vnějších plotů.
Obrázek ukazuje, že stavební materiály s nižší hustotou mají nižší tepelnou vodivost.
Není tomu však vždy tak. Existují například vláknité typy tepelné izolace, pro které platí opačný vzorec: čím nižší hustota materiálu, tím vyšší tepelná vodivost.
Nelze se tedy spoléhat pouze na ukazatel relativní hustoty materiálu, ale stojí za to zvážit jeho další vlastnosti.
Srovnávací charakteristiky tepelné kapacity hlavních stavebních materiálů
Aby bylo možné porovnat tepelnou kapacitu nejoblíbenějších stavebních materiálů, jako je dřevo, cihla a beton, je nutné vypočítat tepelnou kapacitu pro každý z nich.
Nejprve je třeba určit měrnou hmotnost dřeva, cihel a betonu. Je známo, že 1 m3 dřeva váží 500 kg, cihla - 1700 kg a beton - 2300 kg. Vezmeme-li stěnu o tloušťce 35 cm, pak jednoduchými výpočty dostaneme, že měrná hmotnost 1 m2.
m dřeva bude 175 kg, cihla - 595 kg a beton - 805 kg. Dále zvolíme hodnotu teploty, při které dojde k akumulaci tepelné energie ve stěnách. Například k tomu dojde v horkém letním dni s teplotou vzduchu 270C.
Pro zvolené podmínky vypočítáme tepelnou kapacitu vybraných materiálů:
- Dřevěná stěna: C=SudhmudhΔT; Cder \u003d 2,3x175x27 \u003d 10867,5 (kJ);
- Betonová stěna: C=SudhmudhΔT; Cbet \u003d 0,84x805x27 \u003d 18257,4 (kJ);
- Cihlová zeď: C=SudhmudhΔT; Skirp \u003d 0,88x595x27 \u003d 14137,2 (kJ).
Z provedených výpočtů je vidět, že při stejné tloušťce stěny má beton nejvyšší tepelnou kapacitu a dřevo nejnižší. Co to říká? To naznačuje, že v horkém letním dni se v domě z betonu akumuluje maximální množství tepla a nejméně ze dřeva.
To vysvětluje skutečnost, že v dřevěném domě je v horkém počasí chladno a v chladném počasí teplo. Cihla a beton snadno naakumulují dostatečně velké množství tepla z okolí, ale stejně snadno se s ním rozloučí.
Tepelná kapacita a tepelná vodivost materiálů
Tepelná vodivost je fyzikální veličina materiálů, která popisuje schopnost teploty pronikat z jednoho povrchu stěny na druhý.
Pro vytvoření pohodlných podmínek v místnosti je nutné, aby stěny měly vysokou tepelnou kapacitu a nízkou tepelnou vodivost. V tomto případě budou stěny domu schopny akumulovat tepelnou energii prostředí, ale zároveň zamezit pronikání tepelného záření do místnosti.
Tepelná kapacita pro různé procesy a skupenství látek
Pojem tepelná kapacita je definován jak pro látky v různém stavu agregace (pevné látky, kapaliny, plyny), tak pro soubory částic a kvazičástic (ve fyzice kovů se např. hovoří o tepelné kapacitě elektronového plynu).
Tepelná kapacita ideálního plynu
Hlavní článek: Tepelná kapacita ideálního plynu
Tepelná kapacita systému neinteragujících částic (například ideálního plynu) je určena počtem stupňů volnosti částic.
Molární tepelná kapacita při konstantním objemu:
- CV=dUdT=i2R,{\displaystyle C_{V}={dU \over dT}={\frac {i}{2}}R,}
kde R{\displaystyle R} ≈ 8,31 J/(mol K) je univerzální plynová konstanta, i{\displaystyle i} je číslo .
Molární tepelná kapacita při konstantním tlaku souvisí s Mayerovým vztahem CV{\displaystyle C_{V}}:
- CP=CV+R=i+22R.{\displaystyle C_{P}=C_{V}+R={{i+2} \over 2}R.}
Tepelná kapacita krystalů
Porovnání modelů Debye a Einstein pro tepelnou kapacitu pevné látky
Existuje několik teorií tepelné kapacity pevné látky:
- Dulong-Petitův zákon a Joule-Koppův zákon. Oba zákony jsou odvozeny z klasických koncepcí a platí s určitou přesností pouze pro normální teploty (přibližně od 15 °C do 100 °C).
- Einsteinova kvantová teorie tepelných kapacit. První aplikace kvantových zákonů na popis tepelné kapacity.
- Kvantová teorie Debyeových tepelných kapacit. Obsahuje nejúplnější popis a dobře souhlasí s experimentem.
Měrné, molární a objemové tepelné kapacity
Hlavní články: Specifické teplo, Molární tepelná kapacita a Objemová tepelná kapacita
Je zřejmé, že čím větší je hmotnost tělesa, tím více tepla je potřeba k jeho zahřátí a tepelná kapacita tělesa je úměrná množství látky v něm obsažené. Množství látky lze charakterizovat hmotností nebo počtem molů. Proto je vhodné použít koncepty měrné tepelné kapacity (tepelná kapacita na jednotku hmotnosti tělesa):
- c=Cm{\displaystyle c={C \over m}}
a molární tepelná kapacita (tepelná kapacita jednoho molu látky):
- Cμ=Cν,{\displaystyle C_{\mu }={C \over \nu },}
kde ν=mμ{\displaystyle \nu ={m \over \mu }} je množství látky v těle; m{\displaystyle m} je tělesná hmotnost; μ{\displaystyle \mu } je molární hmotnost. Molární a měrné tepelné kapacity jsou ve vztahu Cμ=cμ{\displaystyle C_{\mu }=c\mu }.
Objemová tepelná kapacita (tepelná kapacita na jednotku objemu tělesa):
- C′=CV.{\displaystyle C'={C \over V}.}
Tepelná vodivost neželezných kovů, tepelná kapacita a hustota slitin
V tabulce jsou uvedeny hodnoty tepelné vodivosti kovů (neželezných), jakož i chemické složení kovů a technických slitin v teplotním rozsahu od 0 do 600°C.
Neželezné kovy a slitiny: nikl Ni, monel, nichrom; slitiny niklu (podle GOST 492-58): cupronickel NM81, NM70, konstantan NMMts 58,5-1,54, kopel NM 56,5, monel NMZhMts a K-monel, alumel, chromel, manganin NMMts 85-12, invar; slitiny hořčíku (podle GOST 2856-68), elektron, platina-rhodium; měkké pájky (podle GOST 1499-70): čistý cín, olovo, POS-90, POS-40, POS-30, slitina růže, slitina dřeva.
Podle tabulky je vidět, že slitiny hořčíku a nikl mají vysokou tepelnou vodivost (při pokojové teplotě). Nízká tepelná vodivost je charakteristická pro nichrom, invar a Woodovu slitinu.
Součinitele tepelné vodivosti slitin hliníku, mědi a niklu
Tepelná vodivost kovů, hliníku, mědi a slitin niklu v tabulce je uvedena v teplotním rozsahu od 0 do 600 ° C v jednotkách W / (m deg.) Kovy a slitiny: hliník, slitiny hliníku, dural, mosaz , měď, monel, nikl-stříbro, nichrom, železitý nichrom, měkká ocel. Slitiny hliníku mají větší tepelnou vodivost než slitiny mosazi a niklu.
Součinitele tepelné vodivosti slitin
Tabulka ukazuje hodnoty tepelné vodivosti slitin v teplotním rozsahu od 20 do 200ºС. Slitiny: hliníkový bronz, bronz, fosforový bronz, invar, konstantan, manganin, slitiny hořčíku, slitiny mědi, slitina růže, Woodova slitina, slitiny niklu , niklové stříbro, platina-iridium, slitinový elektron, platina-rhodium.
Tabulka ukazuje hodnoty elektrického odporu a CTE kovového drátu vyrobeného z různých kovů a slitin.
Materiál drátu: hliník, wolfram, železo, zlato, mosaz, manganin, měď, nikl, konstantan, nichrom, cín, platina, olovo, stříbro, zinek.
Jak je vidět z tabulky, nichromový drát má vysoký elektrický odpor a úspěšně se používá jako žhavicí spirály topných těles v mnoha domácích a průmyslových zařízeních.
Měrná tepelná kapacita neželezných slitin
V tabulce jsou uvedeny hodnoty měrné (hmotnostní) tepelné kapacity dvousložkových a vícesložkových neželezných slitin, které neobsahují železo, při teplotách od 123 do 1000 K. Tepelná kapacita se udává v jednotkách kJ/(kg deg).
Udává se tepelná kapacita následujících slitin: slitiny obsahující hliník, měď, hořčík, vanad, zinek, vizmut, zlato, olovo, cín, kadmium, nikl, iridium, platina, draslík, sodík, mangan, titan, vizmut-olovo- slitina cínu, slitina bismut-olovo, vizmut-olovo-kadmium, alumel, lipová slitina, nichrom, růžová slitina.
Existuje také samostatná tabulka, která ukazuje měrnou tepelnou kapacitu kovů při různých teplotách.
Měrná tepelná kapacita vícesložkových speciálních slitin
Měrná (hmotnostní) tepelná kapacita vícesložkových speciálních slitin je uvedena v tabulce při teplotách od 0 do 1300ºС. Jednotkou tepelné kapacity je cal/(g deg) Tepelná kapacita speciálních slitin: alumel, zvonový kov, Woodova slitina, invar, lipová slitina, manganin, monel, Růžová slitina, fosforový bronz, chromel, slitina Na-K, Slitina Pb-Bi, Pb - Bi - Sn, Zn - Sn - Ni - Fe - Mn.
Hustota slitin
Je uvedena tabulka hodnot hustoty slitiny při pokojové teplotě. Jsou uvedeny slitiny: bronz, cín, fosfor, dural, invar, konstantan, mosaz, magnalium, manganin, monel - kov, platina - slitina iridium, Woodova slitina, válcovaná ocel, litá.
POZNÁMKA: Buďte opatrní! Hustota slitin v tabulce je uvedena v mocnině 10-3. Nezapomeňte vynásobit 1000! Například hustota válcované oceli se pohybuje od 7850 do 8000 kg/m3.
- Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Základy přenosu tepla.
- Fyzikální veličiny. Adresář. A.P. Babichev, N.A. Babushkina, A.M. Bratkovský a další; Ed. JE. Grigorieva, E.Z. Meilikhov. — M.: Energoatomizdat, 1991. — 1232 s.
- Tabulky fyzikálních veličin. Adresář. Ed. akad. I.K. kikoin. M.: Atomizdat, 1976. - 1008 s.
- Sheludyak Yu.E., Kašporov L.Ya. a další Termofyzikální vlastnosti součástí hořlavých systémů. M. 1992. - 184 s.
- Průmyslové pece. Referenční příručka pro výpočty a návrh. 2. vydání, doplněné a revidované, Kazantsev E.I. M.: "Hutnictví", 1975.- 368 s.
