Thermische geleidbaarheid van gesteenten en mineralen, hun dichtheid en warmtecapaciteit

1 Verwarming van geleiders en apparaten bij kortsluiting

Korte modus
kortsluiting (kortsluiting) in het circuit voor het grootste deel
is een noodgeval, en dat is het meestal:
in korte tijd geëlimineerd
- seconden en fracties van een seconde. Gedurende
deze periode van tijdsbesteding
hitte is zo groot dat de temperatuur
geleiders en apparaten gaat verder dan
limieten ingesteld voor normaal
modus.

Zelfs op korte termijn
temperatuurstijging van geleiders en
apparaten tijdens een kortsluiting kan leiden tot:
zacht worden en smelten van metaal,
brandende isolatie, vernietiging van contacten
en andere schade. Voor betrouwbaar
werking van het elektrische systeem is noodzakelijk
vermijd schade zoals:
bereikt door de juiste te kiezen
afmetingen van stroomvoerende delen en instellingen
relais bescherming.

Vermogen
apparaat en geleider weerstaan
thermisch effect op korte termijn
kortsluitstroom zonder schade, voorkomen:
verder werk heet thermisch
hardnekkigheid. Thermisch
weerstand is de eindtemperatuur,
die beperkt is tot mechanisch
metaalsterkte, vervorming;
onderdelen van apparaten, evenals hittebestendigheid
isolatie. Toegestane eindtemperaturen
voor geleiders in geval van kortsluiting worden gegeven in
tabel 2.1.

Specifieke hitte

soortelijk warmtevermogen, soortelijk warmtevermogen klasse 8Specifieke hitte - de verhouding van warmtecapaciteit tot massa, de warmtecapaciteit van een eenheidsmassa van een stof (verschillend voor verschillende stoffen); een fysieke hoeveelheid die numeriek gelijk is aan de hoeveelheid warmte die moet worden overgedragen aan een eenheidsmassa van een bepaalde stof om de temperatuur met één te veranderen.

In het International System of Units (SI) wordt de soortelijke warmte gemeten in joule per kilogram per kelvin, J / (kg K). Soms worden ook niet-systemische eenheden gebruikt: calorie / (kg K), enz.

Specifieke warmtecapaciteit wordt meestal aangegeven met de letters c of C, vaak met subscripts.

De waarde van soortelijke warmte wordt beïnvloed door de temperatuur van de stof en andere thermodynamische parameters. Het meten van de soortelijke warmtecapaciteit van water geeft bijvoorbeeld verschillende resultaten bij 20°C en 60°C.

Bovendien hangt de soortelijke warmtecapaciteit af van hoe de thermodynamische parameters van de stof (druk, volume, enz.) kunnen veranderen.

); bijvoorbeeld de soortelijke warmte bij constante druk (CP) en bij constant volume (CV) zijn over het algemeen verschillend.

De formule voor het berekenen van de soortelijke warmtecapaciteit: waarbij c de soortelijke warmtecapaciteit is, Q is de hoeveelheid warmte die de stof ontvangt tijdens verwarming (of die vrijkomt bij afkoeling), m is de massa van de verwarmde (koelende) stof, ΔT is het verschil tussen de eind- en begintemperatuur van de stof. De soortelijke warmte kan afhankelijk zijn (en in principe strikt genomen altijd - min of meer sterk - afhankelijk zijn) van de temperatuur, dus de volgende formule met klein (formeel oneindig klein) en is correcter:

1 Specifieke warmtecapaciteitswaarden voor sommige stoffen
2 Zie ook
3 noten
4 Literatuur
5 links

De waarden van de soortelijke warmtecapaciteit van sommige stoffen

luchtdroog)	gas-	1,005
lucht (100% luchtvochtigheid)	gas-	1,0301
aluminium	stevig	0,903
beryllium	stevig	1,8245
messing	stevig	0,377
blik	stevig	0,218
koper	stevig	0,385
molybdeen	stevig	0,250
staal	stevig	0,462
diamant	stevig	0,502
ethanol	vloeistof	2,460
goud	stevig	0,129
grafiet	stevig	0,720
helium	gas-	5,190
waterstof	gas-	14,300
ijzer	stevig	0,444
lood	stevig	0,130
gietijzer	stevig	0,540
wolfraam	stevig	0,134
lithium	stevig	3,582
kwik	vloeistof	0,139
stikstof-	gas-	1,042
aardolie	vloeistof	1,67 — 2,01
zuurstof	gas-	0,920
kwartsglas	stevig	0,703
water 373 K (100 °C)	gas-	2,020
water	vloeistof	4,187
ijs	stevig	2,060
bierwort	vloeistof	3,927

asfalt	0,92
massieve baksteen	0,84
silicaatsteen	1,00
beton	0,88
kronglas (glas)	0,67
Flintglas)	0,503
raam glas	0,84
graniet	0,790
speksteen	0,98
gips	1,09
marmer, mica	0,880
zand	0,835
staal	0,47
de grond	0,80
hout	1,7

zie ook

Warmte capaciteit
Volumetrische warmtecapaciteit
Molaire warmtecapaciteit
Latente warmte
Warmtecapaciteit van een ideaal gas
Specifieke warmte van verdamping en condensatie
Specifieke smeltwarmte

Opmerkingen:

↑ Voor een inhomogeen (qua chemische samenstelling) monster is soortelijke warmte een differentiële eigenschap die van punt tot punt varieert.

Het is in principe ook temperatuurafhankelijk (hoewel het in veel gevallen vrij zwak verandert bij voldoende grote temperatuurveranderingen), terwijl het strikt genomen - volgens de warmtecapaciteit - als een differentiële grootheid en langs de temperatuuras wordt bepaald, d.w.z.

Strikt genomen moet men de verandering in temperatuur in de definitie van soortelijke warmte niet met één graad beschouwen (vooral niet met een grotere temperatuureenheid), maar met een kleine met de overeenkomstige hoeveelheid overgedragen warmte. (Zie hoofdtekst hieronder).
↑ Kelvin (K) kan hier worden vervangen door graden Celsius (°C), aangezien deze temperatuurschalen (absoluut en Celsius-schaal) alleen in het beginpunt van elkaar verschillen, maar niet in de waarde van de meeteenheid.

Warmtecapaciteit van materialen tafel:

In de bouw is een zeer belangrijke eigenschap de warmtecapaciteit van bouwmaterialen. De thermische isolatie-eigenschappen van de muren van het gebouw hangen ervan af, en bijgevolg de mogelijkheid van een comfortabel verblijf in het gebouw

De thermische isolatie-eigenschappen van de muren van het gebouw hangen ervan af, en bijgevolg de mogelijkheid van een comfortabel verblijf in het gebouw.

Voordat u kennis gaat maken met de thermische isolatie-eigenschappen van individuele bouwmaterialen, is het noodzakelijk om te begrijpen wat de warmtecapaciteit is en hoe deze wordt bepaald.

Specifieke warmtecapaciteit van materialen

Warmtecapaciteit is een fysieke grootheid die het vermogen van een materiaal beschrijft om temperatuur te accumuleren vanuit een verwarmde omgeving.

Kwantitatief is de soortelijke warmte gelijk aan de hoeveelheid energie, gemeten in J, die nodig is om een massa van 1 kg met 1 graad te verwarmen.

Hieronder vindt u een tabel met de soortelijke warmtecapaciteit van de meest voorkomende bouwmaterialen.

Om de warmtecapaciteit van een materiaal te berekenen, zijn gegevens nodig als:

type en volume verwarmd materiaal (V);
een indicator van de soortelijke warmtecapaciteit van dit materiaal (Rechtbank);
soortelijk gewicht (msp);
begin- en eindtemperatuur van het materiaal.

Warmtecapaciteit van bouwmaterialen

De warmtecapaciteit van materialen, waarvan de tabel hierboven is gegeven, hangt af van de dichtheid en thermische geleidbaarheid van het materiaal.

En de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt hangt op zijn beurt af van de grootte en sluiting van de poriën. Een fijn poreus materiaal met een gesloten poriënsysteem heeft een grotere thermische isolatie en dientengevolge een lager warmtegeleidingsvermogen dan een grof poreus materiaal.

Dit is heel eenvoudig te volgen naar het voorbeeld van de meest voorkomende materialen in de bouw. De onderstaande figuur laat zien hoe de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt en de dikte van het materiaal de hittewerende eigenschappen van buitenafscheidingen beïnvloeden.

De figuur laat zien dat bouwmaterialen met een lagere dichtheid een lagere thermische geleidbaarheid hebben.

Dit is echter niet altijd het geval. Zo zijn er vezelachtige soorten thermische isolatie waarvoor het omgekeerde patroon geldt: hoe lager de dichtheid van het materiaal, hoe hoger de thermische geleidbaarheid.

Daarom kan men niet alleen vertrouwen op de indicator van de relatieve dichtheid van het materiaal, maar het is de moeite waard om de andere kenmerken ervan te overwegen.

Vergelijkende kenmerken van de warmtecapaciteit van de belangrijkste bouwmaterialen

Om de warmtecapaciteit van de meest populaire bouwmaterialen, zoals hout, baksteen en beton, te kunnen vergelijken, is het noodzakelijk om de warmtecapaciteit voor elk van hen te berekenen.

Allereerst moet u het soortelijk gewicht van hout, baksteen en beton bepalen. Het is bekend dat 1 m3 hout 500 kg weegt, baksteen 1700 kg en beton 2300 kg. Als we een muur nemen met een dikte van 35 cm, dan krijgen we door eenvoudige berekeningen dat het soortelijk gewicht van 1 vierkante meter.

m hout zal 175 kg zijn, baksteen - 595 kg en beton - 805 kg. Vervolgens selecteren we de temperatuurwaarde waarbij de accumulatie van thermische energie in de muren zal plaatsvinden. Dit zal bijvoorbeeld gebeuren op een warme zomerdag met een luchttemperatuur van 270C.

Voor de geselecteerde omstandigheden berekenen we de warmtecapaciteit van de geselecteerde materialen:

Houten wand: C=SudhmudhΔT; Cder \u003d 2,3x175x27 \u003d 10867,5 (kJ);
Betonnen muur: C=SudhmudhΔT; Cbet \u003d 0,84x805x27 \u003d 18257.4 (kJ);
Bakstenen muur: C=SudhmudhΔT; Skirp \u003d 0,88x595x27 \u003d 14137,2 (kJ).

Uit de gemaakte berekeningen blijkt dat beton bij dezelfde wanddikte de hoogste warmtecapaciteit heeft en hout de laagste. Wat zegt het? Dit suggereert dat op een hete zomerdag de maximale hoeveelheid warmte zich ophoopt in een huis gemaakt van beton, en het minst - van hout.

Dit verklaart het feit dat het in een houten huis koel is bij warm weer en warm bij koud weer. Baksteen en beton verzamelen gemakkelijk voldoende warmte uit de omgeving, maar nemen er net zo gemakkelijk afstand van.

Warmtecapaciteit en thermische geleidbaarheid van materialen

Thermische geleidbaarheid is een fysieke hoeveelheid materialen die het vermogen van temperatuur beschrijft om van het ene wandoppervlak naar het andere door te dringen.

Om comfortabele omstandigheden in de kamer te creëren, is het noodzakelijk dat de wanden een hoge warmtecapaciteit en een lage thermische geleidbaarheid hebben. In dit geval zullen de muren van het huis de thermische energie van de omgeving kunnen accumuleren, maar tegelijkertijd het binnendringen van thermische straling in de kamer voorkomen.

Warmtecapaciteit voor verschillende processen en toestanden van materie

Het begrip warmtecapaciteit wordt zowel gedefinieerd voor stoffen in verschillende aggregatietoestanden (vaste stoffen, vloeistoffen, gassen) als voor ensembles van deeltjes en quasideeltjes (in de metaalfysica spreekt men bijvoorbeeld van de warmtecapaciteit van een elektronengas).

Warmtecapaciteit van een ideaal gas

Hoofd artikel: Warmtecapaciteit van een ideaal gas

De warmtecapaciteit van een systeem van niet-interagerende deeltjes (bijvoorbeeld een ideaal gas) wordt bepaald door het aantal vrijheidsgraden van de deeltjes.

Molaire warmtecapaciteit bij constant volume:

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

waarbij R {\ Displaystyle R} ≈ 8,31 J / (mol K) de universele gasconstante is, ik {\ Displaystyle i} is het getal .

De molaire warmtecapaciteit bij constante druk is gerelateerd aan de Mayer-relatie CV{\displaystyle C_{V}}:

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

Warmtecapaciteit van kristallen

Vergelijking van de Debye- en Einstein-modellen voor de warmtecapaciteit van een vaste stof

Er zijn verschillende theorieën over de warmtecapaciteit van een vaste stof:

De wet Dulong-Petit en de wet Joule-Kopp. Beide wetten zijn afgeleid van klassieke concepten en zijn met een zekere nauwkeurigheid alleen geldig voor normale temperaturen (ongeveer van 15 ° C tot 100 ° C).
Einstein's kwantumtheorie van warmtecapaciteiten. De eerste toepassing van kwantumwetten op de beschrijving van warmtecapaciteit.
Kwantumtheorie van Debye's warmtecapaciteiten. Bevat de meest volledige beschrijving en sluit goed aan bij experiment.

Specifieke, molaire en volumetrische warmtecapaciteiten

Hoofd artikelen: Specifieke hitte, Molaire warmtecapaciteit en Volumetrische warmtecapaciteit

Het is duidelijk dat hoe groter de massa van het lichaam, hoe meer warmte er nodig is om het te verwarmen, en de warmtecapaciteit van het lichaam is evenredig met de hoeveelheid stof die het bevat. De hoeveelheid van een stof kan worden gekenmerkt door massa of het aantal mol. Daarom is het handig om de concepten van specifieke warmtecapaciteit (warmtecapaciteit per massa-eenheid van een lichaam) te gebruiken:

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

en molaire warmtecapaciteit (warmtecapaciteit van één mol van een stof):

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

waarbij ν=mμ{\displaystyle \nu ={m \over \mu }} de hoeveelheid stof in het lichaam is; m{\displaystyle m} is lichaamsgewicht; μ{\displaystyle \mu} is de molaire massa. Molaire en specifieke warmtecapaciteiten zijn gerelateerd door Cμ=cμ{\displaystyle C_{\mu }=c\mu}.

Volumetrische warmtecapaciteit (warmtecapaciteit per volume-eenheid van een lichaam):

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

Thermische geleidbaarheid van non-ferrometalen, warmtecapaciteit en dichtheid van legeringen

De tabel toont de waarden van thermische geleidbaarheid van metalen (non-ferro), evenals de chemische samenstelling van metalen en technische legeringen in het temperatuurbereik van 0 tot 600 ° C.

Non-ferro metalen en legeringen: nikkel Ni, monel, nichroom; nikkellegeringen (volgens GOST 492-58): cupronickel NM81, NM70, constantaan NMMts 58.5-1.54, kopel NM 56.5, monel NMZhMts en K-monel, alumel, chromel, manganine NMMts 85-12, invar; magnesiumlegeringen (volgens GOST 2856-68), elektron, platina-rhodium; zachtsoldeer (volgens GOST 1499-70): puur tin, lood, POS-90, POS-40, POS-30, Rose-legering, Houtlegering.

Volgens de tabel is te zien dat magnesiumlegeringen en nikkel een hoge thermische geleidbaarheid hebben (bij kamertemperatuur). Lage thermische geleidbaarheid is kenmerkend voor nichroom, invar en Wood's legering.

Thermische geleidbaarheidscoëfficiënten van aluminium, koper en nikkellegeringen

De thermische geleidbaarheid van metalen, aluminium, koper en nikkellegeringen in de tabel wordt gegeven in het temperatuurbereik van 0 tot 600 ° C in de eenheden W / (m deg). Metalen en legeringen: aluminium, aluminiumlegeringen, duraluminium, messing , koper, monel, nikkelzilver, nichroom, ijzerhoudend nichroom, zacht staal. Aluminiumlegeringen hebben een grotere thermische geleidbaarheid dan messing en nikkellegeringen.

Thermische geleidbaarheidscoëfficiënten van legeringen

De tabel toont de thermische geleidbaarheidswaarden van legeringen in het temperatuurbereik van 20 tot 200ºС Legeringen: aluminiumbrons, brons, fosforbrons, invar, constantaan, manganine, magnesiumlegeringen, koperlegeringen, Rose-legering, Wood's-legering, nikkellegeringen , nikkelzilver, platina-iridium, legeringselektron, platina-rhodium.

De tabel toont de waarden van elektrische weerstand en CTE van een metaaldraad gemaakt van verschillende metalen en legeringen.

Draadmateriaal: aluminium, wolfraam, ijzer, goud, messing, manganine, koper, nikkel, constantaan, nichroom, tin, platina, lood, zilver, zink.

Zoals uit de tabel blijkt, heeft nichroomdraad een hoge elektrische weerstand en wordt het met succes gebruikt als gloeiende spiralen van verwarmingselementen in veel huishoudelijke en industriële apparaten.

Specifieke warmtecapaciteit van non-ferro legeringen

De tabel toont de waarden van de specifieke (massa) warmtecapaciteit van twee- en meercomponenten non-ferro legeringen die geen ijzer bevatten bij temperaturen van 123 tot 1000K. De warmtecapaciteit wordt aangegeven in eenheden van kJ/(kg deg).

De warmtecapaciteit van de volgende legeringen wordt gegeven: legeringen die aluminium, koper, magnesium, vanadium, zink, bismut, goud, lood, tin, cadmium, nikkel, iridium, platina, kalium, natrium, mangaan, titanium, bismut-lood bevatten. tinlegering, legering bismut-lood, bismut-lood-cadmium, alumel, lindelegering, nichroom, roze legering.

Er is ook een aparte tabel die de soortelijke warmtecapaciteit van metalen bij verschillende temperaturen weergeeft.

Specifieke warmtecapaciteit van speciale legeringen met meerdere componenten

De specifieke (massa)warmtecapaciteit van meercomponenten speciale legeringen staat in de tabel bij temperaturen van 0 tot 1300ºС. De eenheid van warmtecapaciteit is cal/(g deg) Warmtecapaciteit van speciale legeringen: alumel, klokmetaal, houtlegering, invar, lindelegering, manganine, monel, rozenlegering, fosforbrons, chromel, Na-K-legering, Pb-Bi-legering, Pb - Bi - Sn, Zn - Sn - Ni - Fe - Mn.

Dichtheid van legeringen

Een tabel met legeringsdichtheidswaarden bij kamertemperatuur wordt gepresenteerd. De volgende legeringen worden gegeven: brons, tin, fosfor, duraluminium, invar, constantaan, messing, magnalium, manganine, monel - metaal, platina - iridiumlegering, houtlegering, gewalst staal, gegoten.

LET OP: Wees voorzichtig! De dichtheid van de legeringen in de tabel wordt aangegeven in de macht van 10-3. Vergeet niet te vermenigvuldigen met 1000! Zo varieert de dichtheid van gewalst staal van 7850 tot 8000 kg/m3.

Mikheev MA, Mikheeva I.M. Grondbeginselen van warmteoverdracht.
Fysieke hoeveelheden. Directory. AP Babichev, N.A. Babushkina, A.M. Bratkovsky en anderen; Ed. IS. Grigorieva, E.Z. Meilikhov. — M.: Energoatomizdat, 1991. — 1232 p.
Tabellen met fysieke hoeveelheden. Directory. Ed. academisch. IK Kikoin. M.: Atomizdat, 1976. - 1008 p.
Sheludyak Yu.E., Kashporov L.Ya. en andere thermofysische eigenschappen van componenten van brandbare systemen. M. 1992. - 184 d.
Industriële ovens. Referentiegids voor berekeningen en ontwerp. 2e druk, aangevuld en herzien, Kazantsev E.I. M.: "Metallurgie", 1975.- 368 d.