Wärmeleitfähigkeit von Gesteinen und Mineralien, ihre Dichte und Wärmekapazität

1 Erwärmung von Leitern und Geräten im Kurzschlussfall

Kurzer Modus
Kurzschluss (Kurzschluss) im Stromkreis zum größten Teil
ist ein Notfall, und das ist es normalerweise
in kurzer Zeit eliminiert
- Sekunden und Sekundenbruchteile. Während
diese Zeiteinteilung
Hitze ist so groß, dass die Temperatur
Dirigenten und Apparaten geht darüber hinaus
Grenzen gesetzt für normal
Modus.

Auch kurzfristig
Erwärmung von Leitern u
Geräte während eines Kurzschlusses führen kann
Erweichen und Schmelzen von Metall,
brennende Isolierung, Zerstörung von Kontakten
und andere Schäden. Für zuverlässig
Betrieb der elektrischen Anlage erforderlich ist
Vermeiden Sie Schäden wie z
erreicht, indem man das Passende auswählt
Abmessungen stromführender Teile und Einstellungen
Relaisschutz.

Fähigkeit
Apparat und Leiter widerstehen
kurzzeitige thermische Wirkung
Kurzschlussstrom ohne Beschädigung, verhindert
weitere Arbeit heißt thermisch
Beharrlichkeit. Thermal
Widerstand ist die Endtemperatur,
die auf mechanische beschränkt ist
Metallfestigkeit, Verformung
Teile von Geräten sowie Hitzebeständigkeit
Isolation. Zulässige Endtemperaturen
für Leiter im Kurzschlussfall sind angegeben
Tabelle 2.1.

Spezifische Wärme

spezifische Wärmekapazität, spezifische Wärmekapazitätsklasse 8Spezifische Wärme - das Verhältnis von Wärmekapazität zu Masse, die Wärmekapazität einer Masseneinheit eines Stoffes (für verschiedene Stoffe unterschiedlich); eine physikalische Größe, die numerisch gleich der Wärmemenge ist, die auf eine Masseneinheit einer bestimmten Substanz übertragen werden muss, damit sich ihre Temperatur um eins ändert.

Im Internationalen Einheitensystem (SI) wird die spezifische Wärme in Joule pro Kilogramm pro Kelvin, J / (kg·K), gemessen. Manchmal werden auch nicht systemische Einheiten verwendet: Kalorien / (kg K) usw.

Die spezifische Wärmekapazität wird normalerweise mit den Buchstaben c oder C bezeichnet, oft mit tiefgestellten Indizes.

Der Wert der spezifischen Wärme wird durch die Temperatur der Substanz und andere thermodynamische Parameter beeinflusst. Beispielsweise ergibt die Messung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser bei 20 °C und 60 °C unterschiedliche Ergebnisse.

Außerdem hängt die spezifische Wärmekapazität davon ab, wie sich die thermodynamischen Parameter des Stoffes (Druck, Volumen usw.) ändern dürfen.

); Beispielsweise sind die spezifische Wärme bei konstantem Druck (CP) und bei konstantem Volumen (CV) im Allgemeinen unterschiedlich.

Die Formel zur Berechnung der spezifischen Wärmekapazität: wobei c die spezifische Wärmekapazität ist, Q die Wärmemenge ist, die der Stoff beim Erhitzen aufnimmt (oder beim Abkühlen freisetzt), m die Masse des erhitzten (abkühlenden) Stoffes ist, ΔT ist die Differenz zwischen End- und Anfangstemperatur des Stoffes. Die spezifische Wärmekapazität kann (und ist im Prinzip streng genommen immer - mehr oder weniger stark - abhängig) von der Temperatur abhängen, daher ist folgende Formel mit klein (formal infinitesimal) und richtiger:

• 1 Spezifische Wärmekapazitätswerte für einige Substanzen
• 2 Siehe auch
• 3 Noten
• 4 Literatur
• 5 Verknüpfungen

Die Werte der spezifischen Wärmekapazität einiger Substanzen

luftgetrocknet)	Gas	1,005
Luft (100 % Luftfeuchtigkeit)	Gas	1,0301
Aluminium	fest	0,903
Beryllium	fest	1,8245
Messing	fest	0,377
Zinn	fest	0,218
Kupfer	fest	0,385
Molybdän	fest	0,250
Stahl	fest	0,462
Diamant	fest	0,502
Äthanol	flüssig	2,460
Gold	fest	0,129
Graphit	fest	0,720
Helium	Gas	5,190
Wasserstoff	Gas	14,300
Eisen	fest	0,444
führen	fest	0,130
Gusseisen	fest	0,540
Wolfram	fest	0,134
Lithium	fest	3,582
Merkur	flüssig	0,139
Stickstoff-	Gas	1,042
Erdöle	flüssig	1,67 — 2,01
Sauerstoff	Gas	0,920
Quarzglas	fest	0,703
Wasser 373 K (100 °C)	Gas	2,020
Wasser	flüssig	4,187
Eis	fest	2,060
Bierwürze	flüssig	3,927

Asphalt	0,92
massiver Ziegel	0,84
Silikatstein	1,00
Beton	0,88
Kronglas (Glas)	0,67
Flintglas)	0,503
Fensterglas	0,84
Granit	0,790
Speckstein	0,98
Gips	1,09
Marmor, Glimmer	0,880
Sand	0,835
Stahl	0,47
die Erde	0,80
Holz	1,7

siehe auch

• Wärmekapazität
• Volumetrische Wärmekapazität
• Molare Wärmekapazität
• Latente Hitze
• Wärmekapazität eines idealen Gases
• Spezifische Verdampfungs- und Kondensationswärme
• Spezifische Schmelzwärme

Anmerkungen

1. ↑ Bei einer (in Bezug auf die chemische Zusammensetzung) inhomogenen Probe ist die spezifische Wärme eine differenzielle Eigenschaft, die von Punkt zu Punkt variiert.

   Sie ist im Prinzip auch temperaturabhängig (in vielen Fällen ändert sie sich aber bei ausreichend großen Temperaturänderungen recht schwach), während sie streng genommen - der Wärmekapazität folgend - als Differenzgröße bestimmt wird und entlang der Temperaturachse, d.h.

   Genau genommen sollte man bei der Definition der spezifischen Wärme die Temperaturänderung nicht um ein Grad (vor allem nicht um eine größere Temperatureinheit), sondern um ein kleines mit entsprechend übertragener Wärmemenge berücksichtigen. (Siehe Haupttext unten).

2. ↑ Kelvin (K) kann hier durch Grad Celsius (°C) ersetzt werden, da sich diese Temperaturskalen (Absolut- und Celsius-Skala) nur im Ausgangspunkt, nicht aber im Wert der Maßeinheit voneinander unterscheiden.

Verknüpfungen

• Tabellen physikalischer Größen. Handbuch, Hrsg. I. K. Kikoina, M., 1976.
• Sivukhin DV Allgemeiner Physikkurs. - T.II. Thermodynamik und Molekularphysik.
• E. M. Lifshits Wärmekapazität // unter. ed. Physische Enzyklopädie von AM Prokhorova. - M .: "Sowjetische Enzyklopädie", 1998. - T. 2.

Wärmekapazität von Materialien Tabelle

Eine sehr wichtige Eigenschaft im Bauwesen ist die Wärmekapazität von Baustoffen. Die Wärmedämmeigenschaften der Gebäudewände hängen davon ab und dementsprechend die Möglichkeit eines komfortablen Aufenthalts im Gebäude

Die Wärmedämmeigenschaften der Gebäudewände hängen davon ab und dementsprechend die Möglichkeit eines komfortablen Aufenthalts im Gebäude.

Bevor Sie sich mit den Wärmedämmeigenschaften einzelner Baustoffe vertraut machen, müssen Sie verstehen, was die Wärmekapazität ist und wie sie bestimmt wird.

Spezifische Wärmekapazität von Materialien

Die Wärmekapazität ist eine physikalische Größe, die die Fähigkeit eines Materials beschreibt, Temperatur aus einer erwärmten Umgebung zu speichern.

Quantitativ entspricht die spezifische Wärme der Energiemenge, gemessen in J, die erforderlich ist, um einen Körper der Masse 1 kg um 1 Grad zu erwärmen.

Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit der spezifischen Wärmekapazität der gängigsten Baustoffe.

Um die Wärmekapazität eines Materials zu berechnen, sind folgende Daten erforderlich:

• Art und Volumen des erhitzten Materials (V);
• ein Indikator für die spezifische Wärmekapazität dieses Materials (Gericht);
• spezifisches Gewicht (msp);
• Anfangs- und Endtemperatur des Materials.

Wärmekapazität von Baustoffen

Die Wärmekapazität von Materialien, deren Tabelle oben angegeben ist, hängt von der Dichte und Wärmeleitfähigkeit des Materials ab.

Und der Wärmeleitkoeffizient wiederum hängt von der Größe und dem Verschluss der Poren ab. Ein feinporöses Material mit geschlossenem Porensystem hat eine höhere Wärmedämmung und dementsprechend eine geringere Wärmeleitfähigkeit als ein grobporöses.

Am Beispiel der gängigsten Materialien im Bauwesen lässt sich dies sehr gut nachvollziehen. Die folgende Abbildung zeigt, wie sich der Wärmeleitkoeffizient und die Materialstärke auf die Hitzeschutzeigenschaften von Außenzäunen auswirken.

Die Abbildung zeigt, dass Baustoffe mit geringerer Dichte eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Dies ist jedoch nicht immer der Fall. So gibt es beispielsweise faserige Wärmedämmungen, bei denen das umgekehrte Muster gilt: Je geringer die Dichte des Materials, desto höher die Wärmeleitfähigkeit.

Daher kann man sich nicht nur auf den Indikator der relativen Dichte des Materials verlassen, aber es lohnt sich, seine anderen Eigenschaften zu berücksichtigen.

Vergleichende Eigenschaften der Wärmekapazität der Hauptbaustoffe

Um die Wärmekapazität der gängigsten Baumaterialien wie Holz, Ziegel und Beton zu vergleichen, ist es notwendig, die Wärmekapazität für jeden von ihnen zu berechnen.

Zunächst müssen Sie das spezifische Gewicht von Holz, Ziegeln und Beton bestimmen. Es ist bekannt, dass 1 m3 Holz 500 kg, Ziegel 1700 kg und Beton 2300 kg wiegt. Wenn wir eine Wand nehmen, deren Dicke 35 cm beträgt, dann erhalten wir durch einfache Berechnungen das spezifische Gewicht von 1 m².

m Holz wird 175 kg betragen, Ziegel - 595 kg und Beton - 805 kg. Als nächstes wählen wir den Temperaturwert aus, bei dem die Ansammlung von Wärmeenergie in den Wänden auftritt. Dies geschieht beispielsweise an einem heißen Sommertag mit einer Lufttemperatur von 270 °C.

Für die ausgewählten Bedingungen berechnen wir die Wärmekapazität der ausgewählten Materialien:

1. Holzwand: C=SudhmudhΔT; Cder \u003d 2,3 x 175 x 27 \u003d 10867,5 (kJ);
2. Betonwand: C=SudhmudhΔT; Cbet \u003d 0,84 x 805 x 27 \u003d 18257,4 (kJ);
3. Backsteinmauer: C = SudhmudhΔT; Überspringen \u003d 0,88 x 595 x 27 \u003d 14137,2 (kJ).

Aus den durchgeführten Berechnungen ist ersichtlich, dass Beton bei gleicher Wandstärke die höchste Wärmekapazität und Holz die niedrigste hat. Was sagt es? Dies deutet darauf hin, dass sich an einem heißen Sommertag die maximale Wärmemenge in einem Haus aus Beton ansammelt und die geringste - aus Holz.

Dies erklärt die Tatsache, dass es in einem Holzhaus bei heißem Wetter kühl und bei kaltem Wetter warm ist. Ziegel und Beton sammeln leicht eine ausreichend große Menge an Wärme aus der Umgebung, trennen sich aber genauso leicht davon.

Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Materialien

Die Wärmeleitfähigkeit ist eine physikalische Größe von Materialien, die die Fähigkeit der Temperatur beschreibt, von einer Wandoberfläche zur anderen zu dringen.

Um angenehme Bedingungen im Raum zu schaffen, müssen die Wände eine hohe Wärmekapazität und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. In diesem Fall können die Wände des Hauses die Wärmeenergie der Umgebung speichern, gleichzeitig aber das Eindringen von Wärmestrahlung in den Raum verhindern.

Wärmekapazität für verschiedene Prozesse und Aggregatzustände

Der Begriff der Wärmekapazität wird sowohl für Stoffe in verschiedenen Aggregatzuständen (Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase) als auch für Ensembles von Teilchen und Quasiteilchen definiert (in der Metallphysik spricht man beispielsweise von der Wärmekapazität eines Elektronengases).

Wärmekapazität eines idealen Gases

Hauptartikel: Wärmekapazität eines idealen Gases

Die Wärmekapazität eines Systems nicht wechselwirkender Teilchen (z. B. eines idealen Gases) wird durch die Anzahl der Freiheitsgrade der Teilchen bestimmt.

Molare Wärmekapazität bei konstantem Volumen:

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

wobei R{\displaystyle R} ≈ 8,31 J/(mol K) die universelle Gaskonstante ist, i{\displaystyle i} die Zahl .

Die molare Wärmekapazität bei konstantem Druck hängt mit der Mayer-Beziehung CV{\displaystyle C_{V}} zusammen:

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

Wärmekapazität von Kristallen

Vergleich der Debye- und Einstein-Modelle für die Wärmekapazität eines Festkörpers

Es gibt mehrere Theorien über die Wärmekapazität eines Festkörpers:

• Das Dulong-Petit-Gesetz und das Joule-Kopp-Gesetz. Beide Gesetze sind aus klassischen Begriffen abgeleitet und gelten mit einer gewissen Genauigkeit nur für normale Temperaturen (ca. von 15 °C bis 100 °C).
• Einsteins Quantentheorie der Wärmekapazitäten. Die erste Anwendung von Quantengesetzen zur Beschreibung der Wärmekapazität.
• Quantentheorie der Wärmekapazitäten von Debye. Enthält die vollständigste Beschreibung und stimmt gut mit dem Experiment überein.

Spezifische, molare und volumetrische Wärmekapazitäten

Hauptartikel: Spezifische Wärme, Molare Wärmekapazität und Volumetrische Wärmekapazität

Je größer die Masse des Körpers ist, desto mehr Wärme ist natürlich erforderlich, um ihn zu erhitzen, und die Wärmekapazität des Körpers ist proportional zu der Menge an darin enthaltener Substanz. Die Menge eines Stoffes kann durch Masse oder Molzahl charakterisiert werden. Daher ist es zweckmäßig, die Konzepte der spezifischen Wärmekapazität (Wärmekapazität pro Masseneinheit eines Körpers) zu verwenden:

c=Cm{\displaystyle c={C\über m}}

und molare Wärmekapazität (Wärmekapazität von einem Mol eines Stoffes):

Cμ=Cν,{\displaystyle C_{\mu}={C\over\nu},}

wobei ν=mμ{\displaystyle \nu ={m \over \mu }} die Substanzmenge im Körper ist; m{\displaystyle m} ist das Körpergewicht; μ{\displaystyle \mu } ist die Molmasse. Molare und spezifische Wärmekapazitäten stehen in Beziehung zu Cμ=cμ{\displaystyle C_{\mu }=c\mu }.

Volumetrische Wärmekapazität (Wärmekapazität pro Volumeneinheit eines Körpers):

C'=CV.{\displaystyle C'={C\über V}.}

Wärmeleitfähigkeit von Nichteisenmetallen, Wärmekapazität und Dichte von Legierungen

Die Tabelle zeigt die Werte der Wärmeleitfähigkeit von Metallen (Nichteisen), sowie die chemische Zusammensetzung von Metallen und technischen Legierungen im Temperaturbereich von 0 bis 600°C.

Nichteisenmetalle und -legierungen: Nickel Ni, Monel, Nichrom; Nickellegierungen (nach GOST 492-58): Kupfernickel NM81, NM70, Konstantan NMMts 58,5-1,54, Kopel NM 56,5, Monel NMZhMts und K-Monel, Alumel, Chromel, Manganin NMMts 85-12, Invar; Magnesiumlegierungen (nach GOST 2856-68), Elektron, Platin-Rhodium; Weichlote (nach GOST 1499-70): reines Zinn, Blei, POS-90, POS-40, POS-30, Rosenlegierung, Holzlegierung.

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass Magnesiumlegierungen und Nickel eine hohe Wärmeleitfähigkeit (bei Raumtemperatur) aufweisen. Eine niedrige Wärmeleitfähigkeit ist charakteristisch für Nichrom-, Invar- und Wood-Legierungen.

Wärmeleitzahlen von Aluminium-, Kupfer- und Nickellegierungen

Die Wärmeleitfähigkeit von Metallen, Aluminium, Kupfer- und Nickellegierungen in der Tabelle ist im Temperaturbereich von 0 bis 600 ° C in der Einheit W / (m Grad) angegeben. Metalle und Legierungen: Aluminium, Aluminiumlegierungen, Duraluminium, Messing , Kupfer, Monel, Neusilber, Nichrom, eisenhaltiges Nichrom, weicher Stahl. Aluminiumlegierungen haben eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Messing- und Nickellegierungen.

Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Legierungen

Die Tabelle zeigt die Wärmeleitfähigkeitswerte von Legierungen im Temperaturbereich von 20 bis 200 ° C. Legierungen: Aluminiumbronze, Bronze, Phosphorbronze, Invar, Konstantan, Mangan, Magnesiumlegierungen, Kupferlegierungen, Rosenlegierung, Holzlegierung, Nickellegierungen , Neusilber, Platin-Iridium, Legierungselektron, Platin-Rhodium.

Die Tabelle zeigt die Werte des spezifischen elektrischen Widerstands und des CTE eines Metalldrahts aus verschiedenen Metallen und Legierungen.

Drahtmaterial: Aluminium, Wolfram, Eisen, Gold, Messing, Mangan, Kupfer, Nickel, Konstantan, Nichrom, Zinn, Platin, Blei, Silber, Zink.

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, hat Nichromdraht einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand und wird erfolgreich als Glühwendel von Heizelementen in vielen Haushalts- und Industriegeräten verwendet.

Spezifische Wärmekapazität von Nichteisenlegierungen

Die Tabelle zeigt die Werte der spezifischen (Massen-) Wärmekapazität von Zweikomponenten- und Mehrkomponenten-Nichteisenlegierungen, die kein Eisen enthalten, bei Temperaturen von 123 bis 1000 K. Die Wärmekapazität wird in kJ/(kg deg) angegeben.

Angegeben ist die Wärmekapazität folgender Legierungen: Legierungen mit Aluminium, Kupfer, Magnesium, Vanadium, Zink, Wismut, Gold, Blei, Zinn, Cadmium, Nickel, Iridium, Platin, Kalium, Natrium, Mangan, Titan, Wismut-Blei- Zinnlegierung, Legierung Wismut-Blei, Wismut-Blei-Cadmium, Alumel, Lindenlegierung, Nichrom, Rosenlegierung.

Es gibt auch eine separate Tabelle, die die spezifische Wärmekapazität von Metallen bei verschiedenen Temperaturen zeigt.

Spezifische Wärmekapazität von Mehrkomponenten-Sonderlegierungen

Die spezifische (Massen-) Wärmekapazität von Mehrkomponenten-Sonderlegierungen ist in der Tabelle bei Temperaturen von 0 bis 1300 ° C angegeben. Die Einheit der Wärmekapazität ist cal/(g Grad) Wärmekapazität von speziellen Legierungen: Alumel, Glockenmetall, Holzlegierung, Invar, Lindenlegierung, Manganin, Monel, Rosenlegierung, Phosphorbronze, Chromel, Na-K-Legierung, Pb-Bi-Legierung, Pb - Bi - Sn, Zn - Sn - Ni - Fe - Mn.

Dichte von Legierungen

Eine Tabelle mit Legierungsdichtewerten bei Raumtemperatur wird vorgestellt. Folgende Legierungen sind angegeben: Bronze, Zinn, Phosphor, Duraluminium, Invar, Konstantan, Messing, Magnalium, Manganin, Monel - Metall, Platin - Iridiumlegierung, Woodsche Legierung, Walzstahl, Guss.

HINWEIS: Seien Sie vorsichtig! Die Dichte der Legierungen in der Tabelle ist in der Potenz von 10-3 angegeben. Vergiss nicht, mit 1000 zu multiplizieren! Beispielsweise variiert die Dichte von Walzstahl zwischen 7850 und 8000 kg/m3.

1. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Grundlagen der Wärmeübertragung.
2. Physikalische Quantitäten. Verzeichnis. A.P. Babichev, N.A. Babuschkina, A.M. Bratkovsky und andere; Ed. IST. Grigorieva, E.Z. Meilikhov. — M.: Energoatomizdat, 1991. — 1232 p.
3. Tabellen physikalischer Größen. Verzeichnis. Ed. akad. ICH K. Kikoin. M.: Atomisdat, 1976. - 1008 p.
4. Sheludyak Yu.E., Kashporov L.Ya. und andere thermophysikalische Eigenschaften von Komponenten brennbarer Systeme. M. 1992. - 184 S.
5. Industrieöfen. Referenzhandbuch für Berechnungen und Design. 2. Auflage, ergänzt und überarbeitet, Kazantsev E.I. M.: "Metallurgie", 1975.- 368 S.