1 Nagrzewanie przewodów i urządzeń w przypadku zwarcia
Tryb krótki
zwarcie (zwarcie) w obwodzie w większości
to sytuacja awaryjna i zwykle tak jest
wyeliminowane w krótkim czasie
- sekundy i ułamki sekundy. Podczas
ten okres przydziału czasu
ciepło jest tak duże, że temperatura
przewodniki i aparatura wykracza poza
limity ustawione na normalne
tryb.
Nawet krótkoterminowe
wzrost temperatury przewodów i
urządzenia podczas zwarcia mogą prowadzić do:
zmiękczanie i topienie metalu,
paląca się izolacja, zniszczenie styków
i inne uszkodzenia. Dla niezawodnych
konieczna jest eksploatacja instalacji elektrycznej
unikać uszkodzeń, takich jak
osiągnięte poprzez wybór odpowiedniego
wymiary części przewodzących prąd i ustawień
zabezpieczenie przekaźnika.
Umiejętność
opór aparatury i przewodnika
krótkotrwały efekt termiczny
prąd zwarciowy bez uszkodzeń, zapobiegający
dalsza praca nazywana jest termiczną
wytrwałość. Termiczny
rezystancja to temperatura końcowa,
który ogranicza się do mechanicznego
wytrzymałość metalu, odkształcenie
części urządzeń, a także żaroodporność
izolacja. Dopuszczalne temperatury końcowe
dla przewodów w przypadku zwarcia podano w
tabela 2.1.
Ciepło właściwe
ciepło właściwe, ciepło właściwe klasa 8Ciepło właściwe - stosunek pojemności cieplnej do masy, pojemność cieplna jednostki masy substancji (różna dla różnych substancji); wielkość fizyczna liczbowo równa ilości ciepła, które musi zostać przekazane jednostce masy danej substancji, aby jej temperatura zmieniła się o jeden.
W Międzynarodowym Układzie Jednostek (SI) ciepło właściwe jest mierzone w dżulach na kilogram na kelwin, J / (kg K). Czasami używane są również jednostki niesystemowe: kaloria / (kg K) itp.
Ciepło właściwe jest zwykle oznaczane literami c lub C, często z indeksami dolnymi.
Na wartość ciepła właściwego ma wpływ temperatura substancji i inne parametry termodynamiczne. Na przykład pomiar ciepła właściwego wody da różne wyniki w temperaturze 20°C i 60°C.
Ponadto właściwa pojemność cieplna zależy od tego, w jaki sposób parametry termodynamiczne substancji (ciśnienie, objętość itp.) mogą się zmieniać.
); na przykład ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu (CP) i przy stałej objętości (CV) są ogólnie różne.
Wzór na obliczenie pojemności cieplnej właściwej: gdzie c to pojemność cieplna właściwa, Q to ilość ciepła odbieranego przez substancję podczas ogrzewania (lub uwalnianego podczas chłodzenia), m to masa ogrzanej (chłodzącej) substancji, ΔT to różnica między końcową a początkową temperaturą substancji. Ciepło właściwe może zależeć (a w zasadzie, ściśle mówiąc, zawsze - mniej lub bardziej silnie - zależy) od temperatury, więc poniższy wzór z małą (formalnie nieskończenie małą) i jest bardziej poprawny:
- 1 Specyficzne wartości pojemności cieplnej dla niektórych substancji
- 2 Zobacz także
- 3 nuty
- 4 Literatura
- 5 linków
Wartości ciepła właściwego niektórych substancji
| suche powietrze) | gaz | 1,005 |
| powietrze (100% wilgotności) | gaz | 1,0301 |
| aluminium | solidny | 0,903 |
| beryl | solidny | 1,8245 |
| mosiądz | solidny | 0,377 |
| cyna | solidny | 0,218 |
| Miedź | solidny | 0,385 |
| molibden | solidny | 0,250 |
| stal | solidny | 0,462 |
| diament | solidny | 0,502 |
| etanol | płyn | 2,460 |
| złoto | solidny | 0,129 |
| grafit | solidny | 0,720 |
| hel | gaz | 5,190 |
| wodór | gaz | 14,300 |
| żelazo | solidny | 0,444 |
| Ołów | solidny | 0,130 |
| żeliwo | solidny | 0,540 |
| wolfram | solidny | 0,134 |
| lit | solidny | 3,582 |
| Rtęć | płyn | 0,139 |
| azot | gaz | 1,042 |
| oleje naftowe | płyn | 1,67 — 2,01 |
| tlen | gaz | 0,920 |
| szkło kwarcowe | solidny | 0,703 |
| woda 373 K (100 °C) | gaz | 2,020 |
| woda | płyn | 4,187 |
| lód | solidny | 2,060 |
| brzeczka piwna | płyn | 3,927 |
| asfalt | 0,92 |
| lita cegła | 0,84 |
| cegła silikatowa | 1,00 |
| beton | 0,88 |
| kronglas (szkło) | 0,67 |
| krzemień (szkło) | 0,503 |
| szyba | 0,84 |
| granit | 0,790 |
| steatyt | 0,98 |
| gips | 1,09 |
| marmur, mika | 0,880 |
| piasek | 0,835 |
| stal | 0,47 |
| gleba | 0,80 |
| drewno | 1,7 |
Zobacz też
- Pojemność cieplna
- Objętościowa pojemność cieplna
- Molowa pojemność cieplna
- Ciepło
- Pojemność cieplna gazu doskonałego
- Ciepło właściwe parowania i kondensacji
- Ciepło właściwe topnienia
Uwagi
-
↑ W przypadku próbki niejednorodnej (pod względem składu chemicznego) ciepło właściwe jest charakterystyką różnicową, która zmienia się w zależności od punktu.
W zasadzie zależy ona również od temperatury (choć w wielu przypadkach przy wystarczająco dużych zmianach temperatury zmienia się ona dość słabo), a ściśle mówiąc jest wyznaczana - zgodnie z pojemnością cieplną - jako wielkość różniczkowa i wzdłuż osi temperatury, tj.
Ściśle mówiąc, w definicji ciepła właściwego należy brać pod uwagę zmianę temperatury nie o jeden stopień (zwłaszcza nie o jakąś większą jednostkę temperatury), ale o małą, przy odpowiedniej ilości przekazywanego ciepła. (Patrz główny tekst poniżej).
- ↑ Kelwiny (K) można tutaj zastąpić stopniami Celsjusza (°C), ponieważ te skale temperatur (bezwzględna i Celsjusza) różnią się od siebie tylko punktem wyjścia, a nie wartością jednostki miary.
Spinki do mankietów
- Tablice wielkości fizycznych. Podręcznik, wyd. I.K. Kikoina, M., 1976.
- Sivukhin DV Ogólny kurs fizyki. - T.II. Termodynamika i fizyka molekularna.
- E. M. Lifshits Pojemność cieplna // poniżej. wyd. Encyklopedia fizyczna AM Prochorovej. - M .: „Sowiecka Encyklopedia”, 1998. - T. 2.
Pojemność cieplna tabeli materiałów
W budownictwie bardzo ważną cechą jest pojemność cieplna materiałów budowlanych. Od tego zależą właściwości termoizolacyjne ścian budynku, a tym samym możliwość komfortowego przebywania wewnątrz budynku
Od tego zależą właściwości termoizolacyjne ścian budynku, a tym samym możliwość komfortowego przebywania w budynku.
Przed przystąpieniem do zapoznania się z charakterystyką izolacji termicznej poszczególnych materiałów budowlanych należy zrozumieć, jaka jest pojemność cieplna i jak jest określana.
Ciepło właściwe materiałów
Pojemność cieplna to wielkość fizyczna opisująca zdolność materiału do akumulacji temperatury z ogrzanego środowiska.
Ilościowo ciepło właściwe jest równe ilości energii, mierzonej w J, potrzebnej do ogrzania ciała o masie 1 kg o 1 stopień.
Poniżej znajduje się tabela z właściwą pojemnością cieplną najpopularniejszych materiałów budowlanych.
Do obliczenia pojemności cieplnej materiału niezbędne jest posiadanie takich danych jak:
- rodzaj i objętość podgrzewanego materiału (V);
- wskaźnik pojemności cieplnej właściwej tego materiału (Sąd);
- ciężar właściwy (msp);
- temperatura początkowa i końcowa materiału.
Pojemność cieplna materiałów budowlanych
Pojemność cieplna materiałów, których tabelę podano powyżej, zależy od gęstości i przewodności cieplnej materiału.
Z kolei współczynnik przewodności cieplnej zależy od wielkości i zamknięcia porów. Drobno porowaty materiał z zamkniętym systemem porów ma lepszą izolację termiczną, a tym samym mniejszą przewodność cieplną niż grubo porowaty.
Bardzo łatwo to prześledzić na przykładzie najpopularniejszych materiałów w budownictwie. Poniższy rysunek pokazuje, jak współczynnik przewodności cieplnej i grubość materiału wpływają na właściwości osłony termicznej ogrodzeń zewnętrznych.
Rysunek pokazuje, że materiały budowlane o mniejszej gęstości mają niższy współczynnik przewodności cieplnej.
Jednak nie zawsze tak jest. Na przykład istnieją włókniste rodzaje izolacji termicznej, dla których obowiązuje odwrotny wzór: im niższa gęstość materiału, tym wyższa przewodność cieplna.
Dlatego nie można polegać wyłącznie na wskaźniku względnej gęstości materiału, ale warto wziąć pod uwagę inne jego cechy.
Charakterystyka porównawcza pojemności cieplnej głównych materiałów budowlanych
W celu porównania pojemności cieplnej najpopularniejszych materiałów budowlanych, takich jak drewno, cegła i beton, konieczne jest obliczenie pojemności cieplnej dla każdego z nich.
Przede wszystkim musisz określić ciężar właściwy drewna, cegły i betonu. Wiadomo, że 1 m3 drewna waży 500 kg, cegły - 1700 kg, a betonu - 2300 kg. Jeśli weźmiemy ścianę o grubości 35 cm, to za pomocą prostych obliczeń otrzymamy ciężar właściwy 1 m2.
m drewna wyniesie 175 kg, cegły - 595 kg, a betonu - 805 kg. Następnie dobieramy wartość temperatury, przy której nastąpi akumulacja energii cieplnej w ścianach. Na przykład stanie się to w upalny letni dzień z temperaturą powietrza 270C.
Dla wybranych warunków obliczamy pojemność cieplną wybranych materiałów:
- Ściana z drewna: C=SudhmudhΔT; Cder \u003d 2,3x175x27 \u003d 10867,5 (kJ);
- Ściana betonowa: C=SudhmudhΔT; Cbet \u003d 0,84x805x27 \u003d 18257,4 (kJ);
- Mur z cegły: C=SudhmudhΔT; Skirp \u003d 0,88x595x27 \u003d 14137,2 (kJ).
Z wykonanych obliczeń wynika, że przy tej samej grubości ścian największą pojemność cieplną ma beton, a najmniejszą drewno. Co to mówi? Sugeruje to, że w upalny letni dzień maksymalna ilość ciepła zgromadzi się w domu wykonanym z betonu, a najmniej – z drewna.
To wyjaśnia fakt, że w drewnianym domu jest chłodno w upały i ciepło w chłodne dni. Cegła i beton łatwo akumulują wystarczająco dużą ilość ciepła z otoczenia, ale równie łatwo się z nim rozstają.
Pojemność cieplna i przewodność cieplna materiałów
Przewodność cieplna to fizyczna ilość materiałów, która opisuje zdolność temperatury do przenikania z jednej powierzchni ściany na drugą.
Aby stworzyć komfortowe warunki w pomieszczeniu, konieczne jest, aby ściany miały wysoką pojemność cieplną i niską przewodność cieplną. W takim przypadku ściany domu będą mogły akumulować energię cieplną otoczenia, ale jednocześnie zapobiegać przenikaniu promieniowania cieplnego do pomieszczenia.
Pojemność cieplna dla różnych procesów i stanów skupienia
Pojęcie pojemności cieplnej definiuje się zarówno dla substancji w różnych stanach skupienia (ciała stałe, ciecze, gazy), jak i dla zespołów cząstek i quasicząstek (w fizyce metali mówi się np. o pojemności cieplnej gazu elektronowego).
Pojemność cieplna gazu doskonałego
Główny artykuł: Pojemność cieplna gazu doskonałego
Pojemność cieplna układu nieoddziałujących cząstek (na przykład gazu doskonałego) jest określona przez liczbę stopni swobody cząstek.
Molowa pojemność cieplna przy stałej objętości:
- CV = dUdT = i2R {\ Displaystyle C_ {V} = {dU \ nad dT} = {\ Frac {i} {2}} R}
gdzie R{\displaystyle R} ≈ 8,31 J/(mol·K) to uniwersalna stała gazowa, ja {\displaystyle i} to liczba .
Molowa pojemność cieplna przy stałym ciśnieniu jest związana z relacją Mayera CV {\ Displaystyle C_ {V}}:
- CP = CV + R = i + 22R. {\ Displaystyle C_ {P} = C_ {V} + R = {{i + 2} \ ponad 2} R.}
Pojemność cieplna kryształów
Porównanie modeli Debye'a i Einsteina dla pojemności cieplnej ciała stałego
Istnieje kilka teorii pojemności cieplnej ciała stałego:
- Prawo Dulonga-Petita i prawo Joule'a-Koppa. Oba prawa wywodzą się z klasycznych pojęć i obowiązują z pewną dokładnością tylko dla normalnych temperatur (w przybliżeniu od 15 ° C do 100 ° C).
- Kwantowa teoria pojemności cieplnych Einsteina. Pierwsze zastosowanie praw kwantowych do opisu pojemności cieplnej.
- Teoria kwantowa pojemności cieplnych Debye'a. Zawiera najpełniejszy opis i dobrze pasuje do eksperymentu.
Właściwe, molowe i objętościowe pojemności cieplne
Główne artykuły: Ciepło właściwe, Molowa pojemność cieplna oraz Objętościowa pojemność cieplna
Oczywiście im większa masa ciała, tym więcej ciepła potrzeba do jego ogrzania, a pojemność cieplna ciała jest proporcjonalna do ilości zawartej w nim substancji. Ilość substancji można scharakteryzować masą lub liczbą moli. Dlatego wygodnie jest stosować pojęcia pojemności cieplnej właściwej (pojemności cieplnej na jednostkę masy ciała):
- c = Cm {\ Displaystyle c = {C \ nad m}}
i molowa pojemność cieplna (pojemność cieplna jednego mola substancji):
- Cμ = Cν, {\ Displaystyle C_ {\ mu} = {C \ nad \ nu},}
gdzie ν = mμ {\ Displaystyle \nu = {m \ ponad \ mu}} to ilość substancji w ciele; m {\ Displaystyle m} to masa ciała; μ{\displaystyle \mu} to masa molowa. Molowe i właściwe pojemności cieplne są powiązane przez Cμ = cμ {\ Displaystyle C_ {\ mu} = c \ mu}.
Objętościowa pojemność cieplna (pojemność cieplna na jednostkę objętości ciała):
- C '= CV. {\ Displaystyle C '= {C \ nad V}.}
Przewodność cieplna metali nieżelaznych, pojemność cieplna i gęstość stopów
W tabeli przedstawiono wartości przewodności cieplnej metali (nieżelaznych) oraz skład chemiczny metali i stopów technicznych w zakresie temperatur od 0 do 600°C.
Metale nieżelazne i stopy: nikiel Ni, monel, nichrom; stopy niklu (zgodnie z GOST 492-58): cupronickel NM81, NM70, konstantan NMMts 58,5-1,54, kopel NM 56,5, monel NMZhMts i K-monel, alumel, chromel, manganina NMMts 85-12, inwar; stopy magnezu (zgodnie z GOST 2856-68), elektron, platyna-rod; luty miękkie (wg GOST 1499-70): czysta cyna, ołów, POS-90, POS-40, POS-30, stop róży, stop drewna.
Zgodnie z tabelą widać, że stopy magnezu i niklu mają wysoką przewodność cieplną (w temperaturze pokojowej). Niska przewodność cieplna jest charakterystyczna dla nichromu, inwaru i stopu Wooda.
Współczynniki przewodzenia ciepła stopów aluminium, miedzi i niklu
Przewodność cieplną metali, aluminium, stopów miedzi i niklu w tabeli podano w zakresie temperatur od 0 do 600 ° C w jednostkach W/(m st.) Metale i stopy: aluminium, stopy aluminium, duraluminium, mosiądz , miedź, monel, srebro niklowe, nichrom, żelazisty nichrom, miękka stal. Stopy aluminium mają większą przewodność cieplną niż stopy mosiądzu i niklu.
Współczynniki przewodzenia ciepła stopów
W tabeli przedstawiono wartości przewodnictwa cieplnego stopów w zakresie temperatur od 20 do 200º C. Stopy: brąz aluminiowy, brąz, brąz fosforowy, inwar, konstantan, manganina, stopy magnezu, stopy miedzi, stop róży, stop drewna, stopy niklu , srebro niklowe, platyna-iryd, elektron stopowy, platyna-rod.
W tabeli przedstawiono wartości rezystywności elektrycznej i CTE drutu metalowego wykonanego z różnych metali i stopów.
Materiał drutu: aluminium, wolfram, żelazo, złoto, mosiądz, manganina, miedź, nikiel, konstantan, nichrom, cyna, platyna, ołów, srebro, cynk.
Jak widać z tabeli, drut nichromowy ma wysoką oporność elektryczną i jest z powodzeniem stosowany jako spirale żarowe elementów grzejnych w wielu urządzeniach domowych i przemysłowych.
Ciepło właściwe stopów metali nieżelaznych
W tabeli przedstawiono wartości pojemności cieplnej właściwej (masowej) dwuskładnikowych i wieloskładnikowych stopów metali nieżelaznych niezawierających żelaza w temperaturach od 123 do 1000K. Pojemność cieplna jest podana w jednostkach kJ/(kg deg).
Podano pojemność cieplną stopów: zawierających aluminium, miedź, magnez, wanad, cynk, bizmut, złoto, ołów, cynę, kadm, nikiel, iryd, platynę, potas, sód, mangan, tytan, bizmut-ołów- stop cyny, stop bizmutu z ołowiem, bizmut z ołowiem i kadmem, alumel, stop lipy, nichrom, stop róży.
Istnieje również osobna tabela, która pokazuje ciepło właściwe metali w różnych temperaturach.
Ciepło właściwe wieloskładnikowych stopów specjalnych
Właściwą (masową) pojemność cieplną wieloskładnikowych stopów specjalnych podano w tabeli w temperaturach od 0 do 1300ºС. Jednostką pojemności cieplnej jest cal/(g deg) Pojemność cieplna stopów specjalnych: alumel, metal dzwonowy, stop Wood's, inwar, stop lipy, manganina, monel, stop Rose, brąz fosforowy, chromel, stop Na-K, Stop Pb-Bi, Pb - Bi - Sn, Zn - Sn - Ni - Fe - Mn.
Gęstość stopów
Przedstawiono tabelę wartości gęstości stopów w temperaturze pokojowej. Podane są stopy: brąz, cyna, fosfor, duraluminium, inwar, konstantan, mosiądz, magnal, manganin, monel - metal, platyna - iryd, stop drewna, stal walcowana, odlew.
UWAGA: Bądź ostrożny! Gęstość stopów w tabeli podana jest w potędze 10-3. Nie zapomnij pomnożyć przez 1000! Na przykład gęstość stali walcowanej waha się od 7850 do 8000 kg/m3.
- Micheev M.A., Micheeva I.M. Podstawy wymiany ciepła.
- Wielkości fizyczne. Informator. AP Babiczew, N.A. Babuszkina, AM Bratkowski i inni; Wyd. JEST. Grigoriewa, E.Z. Miejlikow. — M.: Energoatomizdat, 1991. — 1232 s.
- Tablice wielkości fizycznych. Informator. Wyd. Acad. I.K. Kikoina. M.: Atomizdat, 1976. - 1008 s.
- Sheludyak Yu.E., Kashporov L.Ya. i inne Właściwości termofizyczne elementów układów palnych. 1992r. - 184 s.
- Piece przemysłowe. Przewodnik po obliczeniach i projektowaniu. Wydanie drugie, uzupełnione i poprawione, Kazantsev E.I. M.: „Metalurgia”, 1975.- 368 s.
