1 Zagrijavanje vodiča i uređaja u slučaju kratkog spoja
Kratki način rada
kratki spoj (kratki spoj) u strujnom krugu najvećim dijelom
je hitan slučaj, i obično je
eliminirati u kratkom vremenskom razdoblju
- sekunde i djelići sekunde. Tijekom
ovo vremensko razdoblje
toplina je tolika da temperatura
vodiči i aparati nadilaze
postavljene granice za normalno
način rada.
Čak i kratkoročno
porast temperature vodiča i
uređaja tijekom kratkog spoja može dovesti do
omekšavanje i taljenje metala,
goruća izolacija, uništavanje kontakata
i druge štete. Za pouzdane
neophodan je rad električnog sustava
izbjegavajte oštećenja kao npr
postiže odabirom odgovarajućeg
dimenzije strujnih dijelova i postavki
relejna zaštita.
Sposobnost
aparat i dirigent otpor
kratkotrajni toplinski učinak
struja kratkog spoja bez oštećenja, sprječava
daljnji rad naziva se toplinski
upornost. Toplinska
otpor je konačna temperatura,
koja je ograničena na mehaničku
čvrstoća metala, deformacija
dijelovi uređaja, kao i otpornost na toplinu
izolacija. Dopuštene krajnje temperature
za vodiče u slučaju kratkog spoja dati su u
tablica 2.1.
Određena toplina
specifični toplinski kapacitet, klasa specifičnog toplinskog kapaciteta 8Određena toplina - omjer toplinskog kapaciteta prema masi, toplinski kapacitet jedinice mase tvari (različit za različite tvari); fizikalna veličina brojčano jednaka količini topline koja se mora prenijeti na jedinicu mase dane tvari da bi se njezina temperatura promijenila za jedan.
U Međunarodnom sustavu jedinica (SI), specifična toplina se mjeri u džulima po kilogramu po kelvinu, J/(kg K). Ponekad se koriste i nesistemske jedinice: kalorija / (kg K) itd.
Specifični toplinski kapacitet obično se označava slovima c ili C, često s indeksnim oznakama.
Na vrijednost specifične topline utječu temperatura tvari i drugi termodinamički parametri. Na primjer, mjerenje specifičnog toplinskog kapaciteta vode dat će različite rezultate pri 20°C i 60°C.
Osim toga, specifični toplinski kapacitet ovisi o tome kako se termodinamički parametri tvari (tlak, volumen, itd.) smiju mijenjati.
); na primjer, specifična toplina pri konstantnom tlaku (CP) i pri konstantnom volumenu (CV) općenito su različite.
Formula za izračun specifičnog toplinskog kapaciteta: gdje je c specifični toplinski kapacitet, Q je količina topline koju je primila tvar tijekom zagrijavanja (ili oslobođena tijekom hlađenja), m je masa zagrijane (hlađene) tvari, ΔT je razlika između konačne i početne temperature tvari. Specifični toplinski kapacitet može ovisiti (i u principu, strogo govoreći, uvijek - više ili manje jako - ovisi) o temperaturi, pa je sljedeća formula s malim (formalno beskonačno malim) i točnija:
- 1 Vrijednosti specifičnog toplinskog kapaciteta za neke tvari
- 2 Vidi također
- 3 bilješke
- 4 Književnost
- 5 Veze
Vrijednosti specifičnog toplinskog kapaciteta nekih tvari
| suhi zrak) | plin | 1,005 |
| zrak (100% vlažnost) | plin | 1,0301 |
| aluminij | čvrsta | 0,903 |
| berilijum | čvrsta | 1,8245 |
| mjed | čvrsta | 0,377 |
| kositar | čvrsta | 0,218 |
| bakar | čvrsta | 0,385 |
| molibden | čvrsta | 0,250 |
| željezo | čvrsta | 0,462 |
| dijamant | čvrsta | 0,502 |
| etanol | tekućina | 2,460 |
| zlato | čvrsta | 0,129 |
| grafit | čvrsta | 0,720 |
| helij | plin | 5,190 |
| vodik | plin | 14,300 |
| željezo | čvrsta | 0,444 |
| voditi | čvrsta | 0,130 |
| lijevano željezo | čvrsta | 0,540 |
| volfram | čvrsta | 0,134 |
| litij | čvrsta | 3,582 |
| Merkur | tekućina | 0,139 |
| dušik | plin | 1,042 |
| naftna ulja | tekućina | 1,67 — 2,01 |
| kisik | plin | 0,920 |
| kvarcno staklo | čvrsta | 0,703 |
| voda 373 K (100 °C) | plin | 2,020 |
| voda | tekućina | 4,187 |
| led | čvrsta | 2,060 |
| pivska sladovina | tekućina | 3,927 |
| asfalt | 0,92 |
| čvrsta cigla | 0,84 |
| silikatna cigla | 1,00 |
| betonski | 0,88 |
| kronglas (staklo) | 0,67 |
| optička leća) | 0,503 |
| prozorsko staklo | 0,84 |
| granit | 0,790 |
| kamen sapunice | 0,98 |
| gips | 1,09 |
| mramor, liskun | 0,880 |
| pijesak | 0,835 |
| željezo | 0,47 |
| tlo | 0,80 |
| drvo | 1,7 |
vidi također
- Toplinski kapacitet
- Volumetrijski toplinski kapacitet
- Molarni toplinski kapacitet
- Latentna toplina
- Toplinski kapacitet idealnog plina
- Specifična toplina isparavanja i kondenzacije
- Specifična toplina fuzije
Bilješke
-
↑ Za nehomogen (u smislu kemijskog sastava) uzorak, specifična toplina je diferencijalna karakteristika koja varira od točke do točke.
U principu ovisi i o temperaturi (iako se u mnogim slučajevima dosta slabo mijenja s dovoljno velikim promjenama temperature), dok se strogo gledano određuje - prateći toplinski kapacitet - kao diferencijalna veličina i duž temperaturne osi, t.j.
Strogo govoreći, treba uzeti u obzir promjenu temperature u definiciji specifične topline ne za jedan stupanj (pogotovo ne za neku veću jedinicu temperature), već za malu s odgovarajućom količinom prenesene topline. (Vidi glavni tekst ispod).
- ↑ Kelvini (K) se ovdje mogu zamijeniti stupnjevima Celzijusa (°C), budući da se ove temperaturne ljestvice (apsolutna i Celzijeva ljestvica) međusobno razlikuju samo po početnoj točki, ali ne i po vrijednosti mjerne jedinice.
Linkovi
- Tablice fizičkih veličina. Priručnik, ur. I. K. Kikoina, M., 1976.
- Sivukhin DV Opći tečaj fizike. - T. II. Termodinamika i molekularna fizika.
- E. M. Lifshits Toplinski kapacitet // pod. izd. Fizička enciklopedija AM Prokhorova. - M .: "Sovjetska enciklopedija", 1998. - T. 2.
Tablica toplinskog kapaciteta materijala
U građevinarstvu je vrlo važna karakteristika toplinski kapacitet građevinskih materijala. O tome ovise karakteristike toplinske izolacije zidova zgrade, a samim tim i mogućnost ugodnog boravka unutar zgrade
O tome ovise karakteristike toplinske izolacije zidova zgrade, a time i mogućnost ugodnog boravka unutar zgrade.
Prije nego što nastavite s upoznavanjem toplinskih izolacijskih karakteristika pojedinih građevinskih materijala, potrebno je razumjeti koliki je toplinski kapacitet i kako se on određuje.
Specifični toplinski kapacitet materijala
Toplinski kapacitet je fizička veličina koja opisuje sposobnost materijala da akumulira temperaturu iz zagrijanog okoliša.
Kvantitativno, specifična toplina jednaka je količini energije, mjerenoj u J, potrebnoj da se tijelo mase 1 kg zagrije za 1 stupanj.
Ispod je tablica specifičnog toplinskog kapaciteta najčešćih građevinskih materijala.
Za izračunavanje toplinskog kapaciteta materijala potrebno je imati sljedeće podatke:
- vrsta i volumen zagrijanog materijala (V);
- pokazatelj specifičnog toplinskog kapaciteta ovog materijala (Sud);
- specifična težina (msp);
- početne i krajnje temperature materijala.
Toplinski kapacitet građevinskih materijala
Toplinski kapacitet materijala, čija je tablica navedena gore, ovisi o gustoći i toplinskoj vodljivosti materijala.
A koeficijent toplinske vodljivosti, zauzvrat, ovisi o veličini i zatvaranju pora. Fino porozan materijal sa zatvorenim sustavom pora ima veću toplinsku izolaciju i, sukladno tome, nižu toplinsku vodljivost od grubo poroznog.
To je vrlo lako pratiti na primjeru najčešćih materijala u građevinarstvu. Donja slika pokazuje kako koeficijent toplinske vodljivosti i debljina materijala utječu na svojstva toplinske zaštite vanjskih ograda.
Slika pokazuje da građevinski materijali manje gustoće imaju niži koeficijent toplinske vodljivosti.
Međutim, to nije uvijek slučaj. Na primjer, postoje vlaknaste vrste toplinske izolacije za koje vrijedi suprotan obrazac: što je manja gustoća materijala, to je veća toplinska vodljivost.
Stoga se ne može osloniti samo na pokazatelj relativne gustoće materijala, već je vrijedno razmotriti njegove druge karakteristike.
Usporedne karakteristike toplinskog kapaciteta glavnih građevinskih materijala
Kako bi se usporedio toplinski kapacitet najpopularnijih građevinskih materijala, kao što su drvo, cigla i beton, potrebno je izračunati toplinski kapacitet za svaki od njih.
Prije svega, morate odrediti specifičnu težinu drva, cigle i betona. Poznato je da 1 m3 drva teži 500 kg, cigle - 1700 kg, a betona - 2300 kg. Ako uzmemo zid čija je debljina 35 cm, onda jednostavnim izračunima dobivamo da je specifična težina od 1 sq.
m drva bit će 175 kg, cigle - 595 kg, a betona - 805 kg. Zatim odabiremo temperaturnu vrijednost pri kojoj će doći do nakupljanja toplinske energije u zidovima. Na primjer, to će se dogoditi u vrućem ljetnom danu s temperaturom zraka od 270C.
Za odabrane uvjete izračunavamo toplinski kapacitet odabranih materijala:
- Drveni zid: C=SudhmudhΔT; Cder \u003d 2,3x175x27 \u003d 10867,5 (kJ);
- Betonski zid: C=SudhmudhΔT; Cbet \u003d 0,84x805x27 \u003d 18257,4 (kJ);
- Zid od opeke: C=SudhmudhΔT; Skirp \u003d 0,88x595x27 \u003d 14137,2 (kJ).
Iz napravljenih proračuna vidi se da uz istu debljinu stijenke, beton ima najveći toplinski kapacitet, a drvo najmanji. Što kaže? To sugerira da će se u vrućem ljetnom danu maksimalna količina topline akumulirati u kući od betona, a najmanje - od drveta.
To objašnjava činjenicu da je u drvenoj kući hladno na vrućem vremenu i toplo u hladnom vremenu. Cigla i beton lako akumuliraju dovoljno veliku količinu topline iz okoline, ali se jednako tako lako odvajaju od nje.
Toplinski kapacitet i toplinska vodljivost materijala
Toplinska vodljivost je fizička količina materijala koja opisuje sposobnost temperature da prodire s jedne zidne površine na drugu.
Za stvaranje ugodnih uvjeta u prostoriji potrebno je da zidovi imaju visok toplinski kapacitet i nisku toplinsku vodljivost. U tom slučaju, zidovi kuće moći će akumulirati toplinsku energiju okoliša, ali istodobno spriječiti prodor toplinskog zračenja u prostoriju.
Toplinski kapacitet za različite procese i stanja tvari
Pojam toplinskog kapaciteta definiran je i za tvari u različitim agregacijskim stanjima (krutine, tekućine, plinovi) i za ansamble čestica i kvazičestica (u metalnoj fizici, na primjer, govori se o toplinskom kapacitetu elektronskog plina).
Toplinski kapacitet idealnog plina
Glavni članak: Toplinski kapacitet idealnog plina
Toplinski kapacitet sustava čestica koje nisu u interakciji (na primjer, idealnog plina) određen je brojem stupnjeva slobode čestica.
Molarni toplinski kapacitet pri konstantnom volumenu:
- CV=dUdT=i2R,{\displaystyle C_{V}={dU \over dT}={\frac {i}{2}}R,}
gdje je R{\displaystyle R} ≈ 8,31 J/(mol K) univerzalna plinska konstanta, i{\displaystyle i} je broj.
Molarni toplinski kapacitet pri konstantnom tlaku povezan je s Mayerovom relacijom CV{\displaystyle C_{V}}:
- CP=CV+R=i+22R.{\displaystyle C_{P}=C_{V}+R={{i+2} \preko 2}R.}
Toplinski kapacitet kristala
Usporedba Debye i Einstein modela za toplinski kapacitet krute tvari
Postoji nekoliko teorija o toplinskom kapacitetu čvrste tvari:
- Dulong-Petitov zakon i Joule-Koppov zakon. Oba zakona izvedena su iz klasičnih koncepata i vrijede s određenom točnošću samo za normalne temperature (otprilike od 15°C do 100°C).
- Einsteinova kvantna teorija toplinskih kapaciteta. Prva primjena kvantnih zakona na opis toplinskog kapaciteta.
- Kvantna teorija Debyeovih toplinskih kapaciteta. Sadrži najpotpuniji opis i dobro se slaže s eksperimentom.
Specifični, molarni i volumetrijski toplinski kapaciteti
Glavni članci: Određena toplina, Molarni toplinski kapacitet i Volumetrijski toplinski kapacitet
Očito, što je veća masa tijela, to je potrebno više topline za njegovo zagrijavanje, a toplinski kapacitet tijela proporcionalan je količini tvari koja se u njemu nalazi. Količina tvari može se okarakterizirati masom ili brojem molova. Stoga je prikladno koristiti koncepte specifičnog toplinskog kapaciteta (toplinski kapacitet po jedinici mase tijela):
- c=Cm{\displaystyle c={C \preko m}}
i molarni toplinski kapacitet (toplinski kapacitet jednog mola tvari):
- Cμ=Cν,{\displaystyle C_{\mu}={C \over \nu},}
gdje je ν=mμ{\displaystyle \nu ={m \over \mu}} količina tvari u tijelu; m{\displaystyle m} je tjelesna težina; μ{\displaystyle \mu} je molarna masa. Molarni i specifični toplinski kapaciteti povezani su Cμ=cμ{\displaystyle C_{\mu}=c\mu}.
Volumetrijski toplinski kapacitet (toplinski kapacitet po jedinici volumena tijela):
- C'=CV.{\displaystyle C'={C \preko V}.}
Toplinska vodljivost obojenih metala, toplinski kapacitet i gustoća legura
U tablici su prikazane vrijednosti toplinske vodljivosti metala (obojenih), kao i kemijski sastav metala i tehničkih legura u temperaturnom rasponu od 0 do 600°C.
Obojeni metali i legure: nikal Ni, monel, nihrom; legure nikla (prema GOST 492-58): bakronikl NM81, NM70, konstantan NMMts 58,5-1,54, kopel NM 56,5, monel NMZhMts i K-monel, alumel, kromel, manganin NMMts 85-12; legure magnezija (prema GOST 2856-68), elektron, platina-rodij; meki lemovi (prema GOST 1499-70): čisti kositar, olovo, POS-90, POS-40, POS-30, legura ruže, legura drveta.
Prema tablici, može se vidjeti da legure magnezija i nikal imaju visoku toplinsku vodljivost (na sobnoj temperaturi). Niska toplinska vodljivost karakteristična je za nihrom, invar i Woodovu leguru.
Koeficijenti toplinske vodljivosti legura aluminija, bakra i nikla
Toplinska vodljivost metala, aluminija, legura bakra i nikla u tablici je data u temperaturnom rasponu od 0 do 600 ° C u jedinicama W / (m deg) Metali i legure: aluminij, legure aluminija, duralumin, mesing , bakar, monel, nikal srebro, nikrom, željezni nihrom, mekani čelik. Aluminijske legure imaju veću toplinsku vodljivost od legura mjedi i nikla.
Koeficijenti toplinske vodljivosti legura
U tablici su prikazane vrijednosti toplinske vodljivosti legura u temperaturnom rasponu od 20 do 200ºS Legure: aluminijska bronca, bronca, fosforna bronca, invar, konstantan, manganin, legure magnezija, legure bakra, legura Rose, Woodova legura, legure nikla , nikal srebro, platina-iridij, legura elektrona, platina-rodij.
U tablici su prikazane vrijednosti električne otpornosti i CTE metalne žice izrađene od različitih metala i legura.
Materijal žice: aluminij, volfram, željezo, zlato, mjed, manganin, bakar, nikal, konstantan, nikrom, kositar, platina, olovo, srebro, cink.
Kao što se može vidjeti iz tablice, nikromna žica ima visoku električnu otpornost i uspješno se koristi kao užarene spirale grijaćih elemenata u mnogim kućanskim i industrijskim uređajima.
Specifični toplinski kapacitet obojenih legura
U tablici su prikazane vrijednosti specifičnog (masenog) toplinskog kapaciteta dvokomponentnih i višekomponentnih obojenih legura koje ne sadrže željezo na temperaturama od 123 do 1000K. Toplinski kapacitet je naznačen u jedinicama kJ/(kg deg).
Naveden je toplinski kapacitet sljedećih legura: legure koje sadrže aluminij, bakar, magnezij, vanadij, cink, bizmut, zlato, olovo, kositar, kadmij, nikal, iridij, platinu, kalij, natrij, mangan, titan, bizmut-olovo- legura kositra, legura bizmut-olovo, bizmut-olovo-kadmij, alumel, legura lipe, nihrom, legura ruže.
Postoji i posebna tablica koja prikazuje specifični toplinski kapacitet metala pri različitim temperaturama.
Specifični toplinski kapacitet višekomponentnih specijalnih legura
Specifični (maseni) toplinski kapacitet višekomponentnih specijalnih legura dat je u tablici pri temperaturama od 0 do 1300ºS. Jedinica toplinskog kapaciteta je cal/(g deg) Toplinski kapacitet specijalnih legura: alumel, zvonasti metal, Woodova legura, invar, legura lipe, manganin, monel, legura ruže, fosforna bronca, kromel, Na-K legura, Pb-Bi legura, Pb - Bi - Sn, Zn - Sn - Ni - Fe - Mn.
Gustoća legura
Prikazana je tablica vrijednosti gustoće legure na sobnoj temperaturi. Navedene su sljedeće legure: bronca, kositar, fosfor, duralumin, invar, konstantan, mjed, magnezij, manganin, monel - metal, platina - iridijeva legura, Woodova legura, valjani čelik, lijevani.
NAPOMENA: Budite oprezni! Gustoća legura u tablici je naznačena u stupnju 10-3. Ne zaboravite pomnožiti s 1000! Na primjer, gustoća valjanog čelika varira od 7850 do 8000 kg/m3.
- Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Osnove prijenosa topline.
- Fizičke veličine. Imenik. A.P. Babičev, N.A. Babuškina, A.M. Bratkovsky i drugi; Ed. JE. Grigorieva, E.Z. Meilihov. — M.: Energoatomizdat, 1991. — 1232 str.
- Tablice fizičkih veličina. Imenik. Ed. akad. I.K. Kikoin. M.: Atomizdat, 1976. - 1008 str.
- Sheludyak Yu.E., Kashporov L.Ya. i dr. Termofizička svojstva komponenti gorivih sustava. M. 1992. - 184 str.
- Industrijske peći. Referentni vodič za izračune i dizajn. 2. izdanje, dopunjeno i revidirano, Kazantsev E.I. M.: "Metalurgija", 1975.- 368 str.
