מוליכות תרמית של סלעים ומינרלים, צפיפותם ויכולת החום שלהם

1 חימום מוליכים והתקנים במקרה של קצר חשמלי

מצב קצר
קצר חשמלי (קצר חשמלי) במעגל לרוב
זה מצב חירום, וזה בדרך כלל
נמחק תוך פרק זמן קצר
- שניות ושברירי שנייה. בְּמַהֲלָך
הקצאת פרק זמן זו
החום כל כך גדול שהטמפרטורה
מוליכים ומכשור חורגים
גבולות שנקבעו לרגיל
מצב.

אפילו לטווח קצר
עליית טמפרטורה של מוליכים ו
התקנים במהלך קצר חשמלי עלולים להוביל
ריכוך והתכה של מתכת,
בידוד בוער, הרס של מגעים
ונזקים נוספים. לאמין
יש צורך בהפעלת מערכת החשמל
להימנע מנזק כגון
מושגת על ידי בחירת המתאים
מידות של חלקים והגדרות נושאי זרם
הגנת ממסר.

יְכוֹלֶת
מנגנון ומנצח מתנגדים
השפעה תרמית לטווח קצר
זרם קצר חשמלי ללא נזק, מניעת
עבודה נוספת נקראת תרמית
עַקשָׁנוּת. תֶרמִי
התנגדות היא הטמפרטורה הסופית,
אשר מוגבל למכני
חוזק מתכת, דפורמציה
חלקים של מכשירים, כמו גם עמידות בחום
בידוד. טמפרטורות קצה מותרות
עבור מוליכים במקרה של קצר חשמלי מסופקים
טבלה 2.1.

חום ספציפי

קיבולת חום ספציפית, קיבולת חום ספציפית כיתה 8חום ספציפי - היחס בין קיבולת החום למסה, קיבולת החום של יחידת מסה של חומר (שונה עבור חומרים שונים); כמות פיזיקלית השווה מספרית לכמות החום שיש להעביר ליחידת מסה של חומר נתון כדי שהטמפרטורה שלו תשתנה באחת.

במערכת היחידות הבינלאומית (SI), חום סגולי נמדד בג'אול לקילוגרם לקלווין, J / (ק"ג K). לעיתים משתמשים גם ביחידות לא מערכתיות: קלוריה / (ק"ג K) וכו'.

קיבולת חום ספציפית מסומנת בדרך כלל באותיות c או C, לעתים קרובות עם מנוי.

ערכו של חום סגולי מושפע מטמפרטורת החומר ומפרמטרים תרמודינמיים אחרים. לדוגמה, מדידת קיבולת החום הספציפית של מים תיתן תוצאות שונות ב-20°C ו-60°C.

בנוסף, קיבולת החום הספציפית תלויה בשינוי הפרמטרים התרמודינמיים של החומר (לחץ, נפח וכו').

); לדוגמה, החום הסגולי בלחץ קבוע (CP) ובנפח קבוע (CV) שונים בדרך כלל.

הנוסחה לחישוב קיבולת החום הסגולית: כאשר c היא קיבולת החום הסגולית, Q היא כמות החום שמקבל החומר במהלך החימום (או משתחררת במהלך הקירור), m היא מסת החומר המחומם (הקירור), ΔT היא ההבדל בין הטמפרטורה הסופית וההתחלתית של החומר. קיבולת החום הספציפית יכולה להיות תלויה (ובאופן עקרוני, למהדרין, תמיד - יותר או פחות חזק - תלויה) בטמפרטורה, כך שהנוסחה הבאה עם קטן (פורמלית אינסופית) ונכונה יותר:

• 1 ערכי קיבולת חום ספציפיים עבור חומרים מסוימים
• 2 ראה גם
• 3 הערות
• 4 ספרות
• 5 קישורים

ערכי קיבולת החום הספציפית של חומרים מסוימים

אוויר (יבש)	גַז	1,005
אוויר (100% לחות)	גַז	1,0301
אֲלוּמִינְיוּם	מוצק	0,903
בריליום	מוצק	1,8245
פליז	מוצק	0,377
פַּח	מוצק	0,218
נְחוֹשֶׁת	מוצק	0,385
מוליבדן	מוצק	0,250
פְּלָדָה	מוצק	0,462
יהלום	מוצק	0,502
אתנול	נוזל	2,460
זהב	מוצק	0,129
גרָפִיט	מוצק	0,720
הֶלִיוּם	גַז	5,190
מֵימָן	גַז	14,300
בַּרזֶל	מוצק	0,444
עוֹפֶרֶת	מוצק	0,130
ברזל יצוק	מוצק	0,540
ווֹלפרָם	מוצק	0,134
לִיתִיוּם	מוצק	3,582
כַּספִּית	נוזל	0,139
חַנקָן	גַז	1,042
שמני נפט	נוזל	1,67 — 2,01
חַמצָן	גַז	0,920
זכוכית קוורץ	מוצק	0,703
מים 373 K (100 מעלות צלזיוס)	גַז	2,020
מים	נוזל	4,187
קרח	מוצק	2,060
וורט בירה	נוזל	3,927

אַספַלט	0,92
לבנים מוצקות	0,84
לבני סיליקט	1,00
בֵּטוֹן	0,88
kronglas (זכוכית)	0,67
זכוכית צור)	0,503
חלון זכוכית	0,84
גרָנִיט	0,790
אבן סבון	0,98
גֶבֶס	1,09
שיש, מיקה	0,880
חוֹל	0,835
פְּלָדָה	0,47
הקרקע	0,80
עץ	1,7

ראה גם

• קיבולת חום
• קיבולת חום וולומטרית
• קיבולת חום מולארית
• חום סמוי
• קיבולת חום של גז אידיאלי
• חום ספציפי של אידוי ועיבוי
• חום ספציפי של היתוך

הערות

1. ↑ עבור דגימה לא הומוגנית (מבחינת הרכב כימי), חום סגולי הוא מאפיין דיפרנציאלי המשתנה מנקודה לנקודה.

   באופן עקרוני היא תלויה גם בטמפרטורה (למרות שבמקרים רבים היא משתנה בצורה חלשה למדי עם שינויים גדולים מספיק בטמפרטורה), בעוד שבמהדרין היא נקבעת - בעקבות יכולת החום - ככמות דיפרנציאלית ולאורך ציר הטמפרטורה, כלומר.

   באופן קפדני, יש לשקול את השינוי בטמפרטורה בהגדרת החום הסגולי לא במעלה אחת (במיוחד לא ביחידת טמפרטורה גדולה יותר), אלא באחת קטנה עם כמות החום המועברת המתאימה. (ראה טקסט ראשי למטה).

2. ↑ ניתן להחליף את הקלווינים (K) כאן במעלות צלזיוס (°C), מאחר שסולמות הטמפרטורה הללו (סולם מוחלט וצלזיוס) נבדלים זה מזה רק בנקודת ההתחלה, אך לא בערך יחידת המידה.

קישורים

• טבלאות של כמויות פיזיקליות. מדריך, עורך. I. K. Kikoina, M., 1976.
• Sivukhin DV קורס כללי לפיזיקה. - ת' ב'. תרמודינמיקה ופיזיקה מולקולרית.
• E.M. Lifshits יכולת חום // מתחת. ed. אנציקלופדיה פיזית של AM Prokhorova. - מ .: "האנציקלופדיה הסובייטית", 1998. - ת' 2.

קיבולת חום של טבלת חומרים

בבנייה, מאפיין חשוב מאוד הוא יכולת החום של חומרי בניין. מאפייני הבידוד התרמי של קירות הבניין תלויים בו, ובהתאם, האפשרות לשהייה נוחה בתוך הבניין.

מאפייני הבידוד התרמי של קירות הבניין תלויים בו, ובהתאם לכך האפשרות לשהייה נוחה בתוך הבניין.

לפני שתמשיך להכיר את מאפייני הבידוד התרמי של חומרי בניין בודדים, יש צורך להבין מהי קיבולת החום וכיצד היא נקבעת.

קיבולת חום ספציפית של חומרים

קיבולת חום היא גודל פיזיקלי המתאר את יכולתו של חומר לצבור טמפרטורה מסביבה מחוממת.

מבחינה כמותית, החום הסגולי שווה לכמות האנרגיה, הנמדדת ב-J, הנדרשת לחימום גוף בעל מסה של 1 ק"ג על מעלה אחת.

להלן טבלה של קיבולת החום הספציפית של חומרי הבניין הנפוצים ביותר.

על מנת לחשב את קיבולת החום של חומר, יש צורך בנתונים כגון:

• סוג ונפח של חומר מחומם (V);
• אינדיקטור של קיבולת החום הספציפית של חומר זה (בית משפט);
• משקל סגולי (msp);
• טמפרטורות ראשוניות וסופיות של החומר.

קיבולת חום של חומרי בניין

קיבולת החום של חומרים, שהטבלה שלהם ניתנת לעיל, תלויה בצפיפות ובמוליכות התרמית של החומר.

ומקדם המוליכות התרמית, בתורו, תלוי בגודל ובסגירת הנקבוביות. לחומר נקבובי דק עם מערכת סגורה של נקבוביות יש בידוד תרמי גדול יותר, ובהתאם, מוליכות תרמית נמוכה יותר מאשר לחומר נקבובי גס.

קל מאוד לעקוב אחר הדוגמה של החומרים הנפוצים ביותר בבנייה. האיור שלהלן מראה כיצד מקדם המוליכות התרמית ועובי החומר משפיעים על איכויות מיגון החום של גדרות חיצוניות.

האיור מראה שלחומרי בניין עם צפיפות נמוכה יותר יש מקדם מוליכות תרמית נמוך יותר.

עם זאת, זה לא תמיד המצב. לדוגמה, ישנם סוגים סיביים של בידוד תרמי שעבורם חלה הדפוס ההפוך: ככל שצפיפות החומר נמוכה יותר, כך המוליכות התרמית גבוהה יותר.

לכן, אי אפשר להסתמך רק על האינדיקטור של הצפיפות היחסית של החומר, אבל כדאי לשקול את המאפיינים האחרים שלו.

מאפיינים השוואתיים של קיבולת החום של חומרי הבניין העיקריים

על מנת להשוות את כושר החום של חומרי הבניין הפופולריים ביותר, כמו עץ, לבנים ובטון, יש צורך לחשב את כושר החום עבור כל אחד מהם.

קודם כל, אתה צריך לקבוע את המשקל הסגולי של עץ, לבנים ובטון. זה ידוע כי 1 מ"ק של עץ שוקל 500 ק"ג, לבנים - 1700 ק"ג, ובטון - 2300 ק"ג. אם ניקח קיר שעוביו הוא 35 ס"מ, אז בחישובים פשוטים נקבל את המשקל הסגולי של 1 מ"ר.

מ' של עץ יהיה 175 ק"ג, לבנים - 595 ק"ג, ובטון - 805 ק"ג. לאחר מכן, אנו בוחרים את ערך הטמפרטורה שבו תתרחש הצטברות האנרגיה התרמית בקירות. לדוגמה, זה יקרה ביום קיץ חם עם טמפרטורת אוויר של 270C.

עבור התנאים שנבחרו, אנו מחשבים את קיבולת החום של החומרים הנבחרים:

1. קיר עץ: C=SudhmudhΔT; Cder \u003d 2.3x175x27 \u003d 10867.5 (kJ);
2. קיר בטון: C=SudhmudhΔT; Cbet \u003d 0.84x805x27 \u003d 18257.4 (kJ);
3. קיר לבנים: C=SudhmudhΔT; סקירפ \u003d 0.88x595x27 \u003d 14137.2 (kJ).

מהחישובים שנעשו ניתן לראות כי בעובי דופן זהה לבטון יש את יכולת החום הגבוהה ביותר ולעץ את הנמוכה ביותר. מה זה אומר? הדבר מצביע על כך שביום קיץ חם, כמות החום המקסימלית תצטבר בבית עשוי בטון, והכי פחות - מעץ.

זה מסביר את העובדה שבבית עץ קריר במזג אוויר חם וחם במזג אוויר קר. לבנים ובטון צוברים בקלות כמות גדולה מספיק של חום מהסביבה, אך נפרדים ממנה באותה קלות.

קיבולת חום ומוליכות תרמית של חומרים

מוליכות תרמית היא כמות פיזיקלית של חומרים המתארת ​​את יכולת הטמפרטורה לחדור ממשטח דופן אחד למשנהו.

כדי ליצור תנאים נוחים בחדר, יש צורך שהקירות יהיו בעלי יכולת חום גבוהה ומוליכות תרמית נמוכה. במקרה זה, קירות הבית יוכלו לצבור את האנרגיה התרמית של הסביבה, אך במקביל למנוע חדירת קרינה תרמית לחדר.

קיבולת חום לתהליכים ומצבים שונים של חומר

המושג קיבולת חום מוגדר הן עבור חומרים במצבי צבירה שונים (מוצקים, נוזלים, גזים) והן עבור מכלולים של חלקיקים וקוואזי-חלקיקים (בפיזיקת מתכות, למשל, מדברים על יכולת החום של גז אלקטרונים).

קיבולת חום של גז אידיאלי

מאמר מרכזי: קיבולת חום של גז אידיאלי

קיבולת החום של מערכת של חלקיקים שאינם מקיימים אינטראקציה (לדוגמה, גז אידיאלי) נקבעת לפי מספר דרגות החופש של החלקיקים.

קיבולת חום מולארית בנפח קבוע:

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

כאשר R{\displaystyle R} ≈ 8.31 J/(mol K) הוא קבוע הגז האוניברסלי, i{\displaystyle i} הוא המספר .

קיבולת החום המולארית בלחץ קבוע קשורה ליחס CV{\displaystyle C_{V}} מאייר:

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

קיבולת חום של גבישים

השוואה בין המודלים של דבי ואיינשטיין ליכולת החום של מוצק

קיימות מספר תיאוריות לגבי קיבולת החום של מוצק:

• חוק Dulong-Petit וחוק Joule-Kopp. שני החוקים נגזרים ממושגים קלאסיים והם תקפים עם דיוק מסוים רק לטמפרטורות רגילות (בערך מ-15 מעלות צלזיוס עד 100 מעלות צלזיוס).
• תורת הקוונטים של איינשטיין לגבי יכולות חום. היישום הראשון של חוקי הקוונטים לתיאור קיבולת החום.
• תורת הקוונטים של יכולות החום של דבי. מכיל את התיאור השלם ביותר ומתאים היטב לניסוי.

יכולות חום ספציפיות, טוחנות ונפחיות

מאמרים עיקריים: חום ספציפי, קיבולת חום מולארית ו קיבולת חום וולומטרית

ברור שככל שהמסה של הגוף גדולה יותר, כך נדרש יותר חום כדי לחמם אותו, ויכולת החום של הגוף פרופורציונלית לכמות החומר הכלול בו. ניתן לאפיין את כמות החומר במסה או במספר שומות. לכן, נוח להשתמש במושגים של קיבולת חום ספציפית (קיבולת חום ליחידת מסה של גוף):

c=Cm{\displaystyle c={C \over m}}

וקיבולת חום מולרית (קיבולת חום של שומה אחת של חומר):

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

כאשר ν=mμ{\displaystyle \nu ={m \over \mu }} היא כמות החומר בגוף; m{\displaystyle m} הוא משקל הגוף; μ{\displaystyle \mu } היא המסה הטוחנית. קיבולות טוחנות וחום ספציפי קשורות לפי Cμ=cμ{\displaystyle C_{\mu }=c\mu }.

קיבולת חום נפחית (קיבולת חום ליחידת נפח של גוף):

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

מוליכות תרמית של מתכות לא ברזליות, קיבולת חום וצפיפות סגסוגות

הטבלה מציגה את ערכי המוליכות התרמית של מתכות (לא ברזליות), כמו גם את ההרכב הכימי של מתכות וסגסוגות טכניות בטווח הטמפרטורות שבין 0 ל-600 מעלות צלזיוס.

מתכות וסגסוגות לא ברזליות: ניקל Ni, monel, nichrome; סגסוגות ניקל (לפי GOST 492-58): cupronickel NM81, NM70, constantan NMMts 58.5-1.54, קופל NM 56.5, monel NMZhMts ו-K-monel, alumel, chromel, manganin NMMts 85-12; סגסוגות מגנזיום (על פי GOST 2856-68), אלקטרונים, פלטינה-רודיום; הלחמות רכות (על פי GOST 1499-70): פח טהור, עופרת, POS-90, POS-40, POS-30, סגסוגת ורדים, סגסוגת עץ.

לפי הטבלה ניתן לראות שלסגסוגות מגנזיום וניקל מוליכות תרמית גבוהה (בטמפרטורת החדר). מוליכות תרמית נמוכה אופיינית ל-nichrome, invar וסגסוגת של Wood.

מקדמי מוליכות תרמית של סגסוגות אלומיניום, נחושת וניקל

המוליכות התרמית של מתכות, אלומיניום, סגסוגות נחושת וניקל בטבלה ניתנת בטווח הטמפרטורות שבין 0 ל-600 מעלות צלזיוס ביחידות W/(m deg) מתכות וסגסוגות: אלומיניום, סגסוגות אלומיניום, דוראלומין, פליז , נחושת, מונל, כסף ניקל, ניקרום, ניקרום ברזל, פלדה רכה. לסגסוגות אלומיניום יש מוליכות תרמית גדולה יותר מסגסוגות פליז וניקל.

מקדמי מוליכות תרמית של סגסוגות

הטבלה מציגה את ערכי המוליכות התרמית של סגסוגות בטווח הטמפרטורות שבין 20 ל- 200 מעלות צלזיוס. סגסוגות: ברונזה אלומיניום, ברונזה, ברונזה זרחנית, אינוואר, קבוען, מנגנין, סגסוגות מגנזיום, סגסוגות נחושת, סגסוגת ורד, סגסוגת עץ, סגסוגות ניקל , כסף ניקל, פלטינה-אירידיום, אלקטרון סגסוגת, פלטינה-רודיום.

הטבלה מציגה את הערכים של התנגדות חשמלית ו-CTE של חוט מתכת העשוי ממתכות וסגסוגות שונות.

חומר חוט: אלומיניום, טונגסטן, ברזל, זהב, פליז, מנגנין, נחושת, ניקל, קבוע, ניקרום, פח, פלטינה, עופרת, כסף, אבץ.

כפי שניתן לראות מהטבלה, לחוט nichrome יש התנגדות חשמלית גבוהה והוא משמש בהצלחה כספירלות ליבון של גופי חימום במכשירים ביתיים ותעשייתיים רבים.

קיבולת חום ספציפית של סגסוגות לא ברזליות

הטבלה מציגה את ערכי קיבולת החום הספציפית (המונית) של סגסוגות לא ברזליות דו-רכיביות ורב-רכיביות שאינן מכילות ברזל בטמפרטורות שבין 123 ל-1000K. קיבולת החום מצוינת ביחידות של kJ/(kg deg).

ניתנת יכולת החום של הסגסוגות הבאות: סגסוגות המכילות אלומיניום, נחושת, מגנזיום, ונדיום, אבץ, ביסמוט, זהב, עופרת, פח, קדמיום, ניקל, אירידיום, פלטינה, אשלגן, נתרן, מנגן, טיטניום, עופרת ביסמוט- סגסוגת פח, סגסוגת ביסמוט-עופרת, ביסמוט-עופרת-קדמיום, אלומל, סגסוגת linden, nichrome, סגסוגת ורדים.

ישנה גם טבלה נפרדת המציגה את יכולת החום הספציפית של מתכות בטמפרטורות שונות.

קיבולת חום ספציפית של סגסוגות מיוחדות מרובות רכיבים

קיבולת החום הספציפית (המונית) של סגסוגות מיוחדות מרובות רכיבים ניתנת בטבלה בטמפרטורות שבין 0 ל-1300ºС. יחידת קיבולת החום היא cal/(g deg). קיבולת חום של סגסוגות מיוחדות: אלומל, מתכת פעמון, סגסוגת עץ, אינבר, סגסוגת לינדן, מנגנין, מונל, סגסוגת ורד, ברונזה זרחנית, כרומל, סגסוגת Na-K, סגסוגת Pb-Bi, Pb - Bi - Sn, Zn - Sn - Ni - Fe - Mn.

צפיפות סגסוגות

מוצגת טבלה של ערכי צפיפות סגסוגת בטמפרטורת החדר. ניתנות הסגסוגות הבאות: ברונזה, פח, זרחן, דוראלומין, אינבר, קבוען, פליז, מגנליום, מנגנין, מונל - מתכת, פלטינה - סגסוגת אירידיום, סגסוגת עץ, פלדה מגולגלת, יצוק.

הערה: היזהר! צפיפות הסגסוגות בטבלה מצוינת בחזקת 10-3. אל תשכח להכפיל ב-1000! לדוגמה, הצפיפות של פלדה מגולגלת משתנה בין 7850 ל-8000 ק"ג/מ"ק.

1. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. היסודות של העברת חום.
2. כמויות פיזיות. מַדרִיך. א.פ. באביצ'ב, נ.א. בבושקינה, א.מ. ברטקובסקי ואחרים; אד. I.S. גריגוריבה, א.ז. מייליכוב. - מ.: Energoatomizdat, 1991. - 1232 עמ'.
3. טבלאות של כמויות פיזיקליות. מַדרִיך. אד. acad. I.K. קיקוין. מ.: Atomizdat, 1976. - 1008 עמ'.
4. Sheludyak Yu.E., Kashporov L.Ya. ותכונות תרמופיזיקליות אחרות של רכיבים של מערכות דליקות. מ' 1992. - 184 עמ'.
5. תנורים תעשייתיים. מדריך עזר לחישובים ועיצוב. מהדורה שניה, בתוספת ובתיקון, Kazantsev E.I. מ.: "מטאלורגיה", 1975.- 368 עמ'.