1 Ohrev vodičov a zariadení pri skrate
Krátky režim
skrat (skrat) v obvode z väčšej časti
je núdzová situácia a zvyčajne aj je
eliminované v krátkom čase
- sekundy a zlomky sekundy. Počas
toto časové obdobie
teplo je také veľké, že teplota
vodičov a prístrojov presahuje
limity stanovené pre normálne
režim.
Aj krátkodobo
zvýšenie teploty vodičov a
zariadení počas skratu môže viesť k
zmäkčovanie a tavenie kovov,
horiaca izolácia, zničenie kontaktov
a iné škody. Pre spoľahlivé
je potrebná prevádzka elektrického systému
vyhnúť sa poškodeniu ako napr
dosiahnuté výberom vhodného
rozmery častí pod prúdom a nastavenia
reléová ochrana.
Schopnosť
prístroje a vodiče odolávajú
krátkodobý tepelný efekt
skratový prúd bez poškodenia, zabraňujúci
ďalšia práca sa nazýva tepelná
húževnatosť. Termálne
odpor je konečná teplota,
ktorý je obmedzený na mechanické
pevnosť kovu, deformácia
časti zariadení, ako aj tepelnú odolnosť
izolácia. Prípustné koncové teploty
pre vodiče v prípade skratu sú uvedené v
tabuľka 2.1.
Špecifické teplo
merná tepelná kapacita, trieda mernej tepelnej kapacity 8Špecifické teplo - pomer tepelnej kapacity k hmotnosti, tepelná kapacita jednotkovej hmotnosti látky (rôzna pre rôzne látky); fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná množstvu tepla, ktoré sa musí odovzdať jednotkovej hmotnosti danej látky, aby sa jej teplota zmenila o jednotku.
V medzinárodnom systéme jednotiek (SI) sa špecifické teplo meria v jouloch na kilogram na kelvin, J / (kg K). Niekedy sa používajú aj nesystémové jednotky: kalórie / (kg K) atď.
Špecifická tepelná kapacita sa zvyčajne označuje písmenami c alebo C, často s dolnými indexmi.
Hodnotu merného tepla ovplyvňuje teplota látky a ďalšie termodynamické parametre. Napríklad meranie špecifickej tepelnej kapacity vody poskytne rôzne výsledky pri 20 °C a 60 °C.
Okrem toho merná tepelná kapacita závisí od toho, ako sa môžu meniť termodynamické parametre látky (tlak, objem atď.).
); napríklad špecifické teplo pri konštantnom tlaku (CP) a pri konštantnom objeme (CV) sú vo všeobecnosti odlišné.
Vzorec na výpočet mernej tepelnej kapacity: kde c je merná tepelná kapacita, Q je množstvo tepla prijatého látkou počas zahrievania (alebo uvoľneného pri chladení), m je hmotnosť ohrievanej (chladiacej) látky, ΔT je rozdiel medzi konečnou a počiatočnou teplotou látky. Špecifická tepelná kapacita môže závisieť (a v zásade, prísne vzaté, vždy - viac či menej silno - závisí) od teploty, takže nasledujúci vzorec s malým (formálne nekonečne malým) a je správnejší:
- 1 Hodnoty mernej tepelnej kapacity pre niektoré látky
- 2 Pozri tiež
- 3 poznámky
- 4 Literatúra
- 5 odkazov
Hodnoty špecifickej tepelnej kapacity niektorých látok
| vzduch (suchý) | plynu | 1,005 |
| vzduch (100% vlhkosť) | plynu | 1,0301 |
| hliník | pevný | 0,903 |
| berýlium | pevný | 1,8245 |
| mosadz | pevný | 0,377 |
| cín | pevný | 0,218 |
| meď | pevný | 0,385 |
| molybdén | pevný | 0,250 |
| oceľ | pevný | 0,462 |
| diamant | pevný | 0,502 |
| etanol | kvapalina | 2,460 |
| zlato | pevný | 0,129 |
| grafit | pevný | 0,720 |
| hélium | plynu | 5,190 |
| vodík | plynu | 14,300 |
| železo | pevný | 0,444 |
| viesť | pevný | 0,130 |
| liatina | pevný | 0,540 |
| volfrám | pevný | 0,134 |
| lítium | pevný | 3,582 |
| Merkúr | kvapalina | 0,139 |
| dusíka | plynu | 1,042 |
| ropné oleje | kvapalina | 1,67 — 2,01 |
| kyslík | plynu | 0,920 |
| kremenné sklo | pevný | 0,703 |
| voda 373 K (100 °C) | plynu | 2,020 |
| voda | kvapalina | 4,187 |
| ľad | pevný | 2,060 |
| pivná mladina | kvapalina | 3,927 |
| asfalt | 0,92 |
| plná tehla | 0,84 |
| silikátová tehla | 1,00 |
| betón | 0,88 |
| kronglas (sklo) | 0,67 |
| pazúrik (sklo) | 0,503 |
| okenné sklo | 0,84 |
| žula | 0,790 |
| mastenec | 0,98 |
| sadra | 1,09 |
| mramor, sľuda | 0,880 |
| piesku | 0,835 |
| oceľ | 0,47 |
| pôda | 0,80 |
| drevo | 1,7 |
pozri tiež
- Tepelná kapacita
- Objemová tepelná kapacita
- Molárna tepelná kapacita
- Latentné teplo
- Tepelná kapacita ideálneho plynu
- Špecifické teplo vyparovania a kondenzácie
- Špecifické teplo topenia
Poznámky
-
↑ Pre nehomogénnu (z hľadiska chemického zloženia) vzorku je špecifické teplo diferenciálnou charakteristikou, ktorá sa mení bod od bodu.
V zásade závisí aj od teploty (aj keď sa pri dostatočne veľkých zmenách teplôt v mnohých prípadoch mení dosť slabo), pričom striktne povedané je určená - podľa tepelnej kapacity - ako diferenciálna veličina a pozdĺž teplotnej osi, t.j.
Striktne vzaté, treba uvažovať o zmene teploty v definícii merného tepla nie o jeden stupeň (hlavne nie o nejakú väčšiu jednotku teploty), ale o malú so zodpovedajúcim množstvom odovzdaného tepla. (Pozri hlavný text nižšie).
- ↑ Kelviny (K) tu môžu byť nahradené stupňami Celzia (°C), keďže tieto teplotné stupnice (absolútna a stupnica Celzia) sa od seba líšia iba začiatočným bodom, nie však hodnotou meracej jednotky.
Odkazy
- Tabuľky fyzikálnych veličín. Príručka, vyd. I. K. Kikoina, M., 1976.
- Sivukhin DV Všeobecný kurz fyziky. - T. II. Termodynamika a molekulová fyzika.
- E. M. Lifshits Tepelná kapacita // pod. vyd. Fyzická encyklopédia AM Prokhorova. - M .: "Sovietska encyklopédia", 1998. - T. 2.
Tabuľka tepelnej kapacity materiálov
V stavebníctve je veľmi dôležitou charakteristikou tepelná kapacita stavebných materiálov. Závisia od toho tepelnoizolačné vlastnosti stien budovy, a teda aj možnosť pohodlného pobytu vo vnútri budovy
Závisia od toho tepelnoizolačné vlastnosti stien budovy, a teda aj možnosť pohodlného pobytu vo vnútri budovy.
Pred oboznámením sa s tepelnoizolačnými charakteristikami jednotlivých stavebných materiálov je potrebné pochopiť, čo je tepelná kapacita a ako sa určuje.
Špecifická tepelná kapacita materiálov
Tepelná kapacita je fyzikálna veličina, ktorá popisuje schopnosť materiálu akumulovať teplotu z vykurovaného prostredia.
Kvantitatívne sa špecifické teplo rovná množstvu energie, meranej v J, potrebnej na zahriatie telesa s hmotnosťou 1 kg o 1 stupeň.
Nižšie je uvedená tabuľka mernej tepelnej kapacity najbežnejších stavebných materiálov.
Na výpočet tepelnej kapacity materiálu je potrebné mať údaje ako:
- druh a objem ohrievaného materiálu (V);
- ukazovateľ špecifickej tepelnej kapacity tohto materiálu (Súd);
- špecifická hmotnosť (msp);
- počiatočné a konečné teploty materiálu.
Tepelná kapacita stavebných materiálov
Tepelná kapacita materiálov, ktorých tabuľka je uvedená vyššie, závisí od hustoty a tepelnej vodivosti materiálu.
A súčiniteľ tepelnej vodivosti zasa závisí od veľkosti a uzavretosti pórov. Jemne pórovitý materiál s uzavretým systémom pórov má väčšiu tepelnú izoláciu, a teda aj nižšiu tepelnú vodivosť ako hrubo pórovitý.
To je veľmi jednoduché sledovať na príklade najbežnejších materiálov v stavebníctve. Obrázok nižšie ukazuje, ako koeficient tepelnej vodivosti a hrúbka materiálu ovplyvňujú tepelnú izoláciu vonkajších plotov.
Obrázok ukazuje, že stavebné materiály s nižšou hustotou majú nižší súčiniteľ tepelnej vodivosti.
Nie je to však vždy tak. Napríklad existujú vláknité typy tepelnej izolácie, pre ktoré platí opačný vzorec: čím nižšia je hustota materiálu, tým vyššia je tepelná vodivosť.
Preto sa nemožno spoliehať iba na ukazovateľ relatívnej hustoty materiálu, ale stojí za to zvážiť jeho ďalšie vlastnosti.
Porovnávacie charakteristiky tepelnej kapacity hlavných stavebných materiálov
Na porovnanie tepelnej kapacity najpopulárnejších stavebných materiálov, akými sú drevo, tehla a betón, je potrebné vypočítať tepelnú kapacitu pre každý z nich.
Najprv musíte určiť špecifickú hmotnosť dreva, tehál a betónu. Je známe, že 1 m3 dreva váži 500 kg, tehla - 1700 kg a betón - 2300 kg. Ak vezmeme stenu, ktorej hrúbka je 35 cm, potom jednoduchými výpočtami dostaneme, že merná hmotnosť 1 m2.
m dreva bude 175 kg, tehla - 595 kg a betón - 805 kg. Ďalej zvolíme hodnotu teploty, pri ktorej dôjde k akumulácii tepelnej energie v stenách. Napríklad sa to stane v horúcom letnom dni s teplotou vzduchu 270 ° C.
Pre zvolené podmienky vypočítame tepelnú kapacitu vybraných materiálov:
- Drevená stena: C=SudhmudhΔT; Cder \u003d 2,3x175x27 \u003d 10867,5 (kJ);
- Betónová stena: C=SudhmudhΔT; Cbet \u003d 0,84 x 805 x 27 \u003d 18257,4 (kJ);
- Tehlová stena: C=SudhmudhΔT; Skirp \u003d 0,88 x 595 x 27 \u003d 14137,2 (kJ).
Z vykonaných výpočtov je zrejmé, že pri rovnakej hrúbke steny má betón najvyššiu tepelnú kapacitu a drevo najnižšiu. Čo to hovorí? To naznačuje, že v horúcom letnom dni sa v dome z betónu akumuluje maximálne množstvo tepla a najmenej - z dreva.
To vysvetľuje skutočnosť, že v drevenom dome je chladno v horúcom počasí a teplo v chladnom počasí. Tehla a betón ľahko akumulujú dostatočne veľké množstvo tepla z okolia, no rovnako ľahko sa s ním rozlúčia.
Tepelná kapacita a tepelná vodivosť materiálov
Tepelná vodivosť je fyzikálne množstvo materiálov, ktoré popisuje schopnosť teploty prenikať z jedného povrchu steny na druhý.
Na vytvorenie komfortných podmienok v miestnosti je potrebné, aby steny mali vysokú tepelnú kapacitu a nízku tepelnú vodivosť. Steny domu budú v tomto prípade schopné akumulovať tepelnú energiu okolia, no zároveň zabránia prenikaniu tepelného žiarenia do miestnosti.
Tepelná kapacita pre rôzne procesy a stavy látok
Pojem tepelná kapacita je definovaný ako pre látky v rôznom stave agregácie (pevné látky, kvapaliny, plyny), tak aj pre súbory častíc a kvázičastíc (vo fyzike kovov sa napríklad hovorí o tepelnej kapacite elektrónového plynu).
Tepelná kapacita ideálneho plynu
Hlavný článok: Tepelná kapacita ideálneho plynu
Tepelná kapacita systému neinteragujúcich častíc (napríklad ideálneho plynu) je určená počtom stupňov voľnosti častíc.
Molárna tepelná kapacita pri konštantnom objeme:
- CV=dUdT=i2R,{\displaystyle C_{V}={dU \over dT}={\frac {i}{2}}R,}
kde R{\displaystyle R} ≈ 8,31 J/(mol K) je univerzálna plynová konštanta, i{\displaystyle i} je číslo .
Molárna tepelná kapacita pri konštantnom tlaku súvisí s Mayerovým vzťahom CV{\displaystyle C_{V}}:
- CP=CV+R=i+22R.{\displaystyle C_{P}=C_{V}+R={{i+2} \over 2}R.}
Tepelná kapacita kryštálov
Porovnanie modelov Debye a Einstein pre tepelnú kapacitu pevnej látky
Existuje niekoľko teórií tepelnej kapacity tuhej látky:
- Zákon Dulong-Petit a zákon Joule-Kopp. Oba zákony sú odvodené z klasických pojmov a platia s určitou presnosťou len pre normálne teploty (približne od 15 °C do 100 °C).
- Einsteinova kvantová teória tepelných kapacít. Prvá aplikácia kvantových zákonov na popis tepelnej kapacity.
- Kvantová teória Debyeových tepelných kapacít. Obsahuje najúplnejší popis a dobre sa zhoduje s experimentom.
Špecifické, molárne a objemové tepelné kapacity
Hlavné články: Špecifické teplo, Molárna tepelná kapacita a Objemová tepelná kapacita
Je zrejmé, že čím väčšia je hmotnosť telesa, tým viac tepla je potrebné na jeho zahriatie a tepelná kapacita telesa je úmerná množstvu látky v ňom obsiahnutej. Množstvo látky možno charakterizovať hmotnosťou alebo počtom mólov. Preto je vhodné použiť koncepty špecifickej tepelnej kapacity (tepelná kapacita na jednotku hmotnosti telesa):
- c=Cm{\displaystyle c={C \over m}}
a molárna tepelná kapacita (tepelná kapacita jedného mólu látky):
- Cμ=Cν,{\displaystyle C_{\mu }={C \over \nu },}
kde ν=mμ{\displaystyle \nu ={m \over \mu }} je množstvo látky v tele; m{\displaystyle m} je telesná hmotnosť; μ{\displaystyle \mu } je molárna hmotnosť. Molárne a špecifické tepelné kapacity súvisia podľa Cμ=cμ{\displaystyle C_{\mu }=c\mu }.
Objemová tepelná kapacita (tepelná kapacita na jednotku objemu telesa):
- C'=CV.{\displaystyle C'={C \over V}.}
Tepelná vodivosť neželezných kovov, tepelná kapacita a hustota zliatin
V tabuľke sú uvedené hodnoty tepelnej vodivosti kovov (neželezných), ako aj chemické zloženie kovov a technických zliatin v rozsahu teplôt od 0 do 600°C.
Neželezné kovy a zliatiny: nikel Ni, monel, nichróm; zliatiny niklu (podľa GOST 492-58): cupronickel NM81, NM70, konštantan NMMts 58,5-1,54, kopel NM 56,5, monel NMZhMts a K-monel, alumel, chromel, manganín NMMts 85-12, invar; zliatiny horčíka (podľa GOST 2856-68), elektrón, platina-ródium; mäkké spájky (podľa GOST 1499-70): čistý cín, olovo, POS-90, POS-40, POS-30, ružová zliatina, zliatina dreva.
Podľa tabuľky je vidieť, že horčíkové zliatiny a nikel majú vysokú tepelnú vodivosť (pri izbovej teplote). Nízka tepelná vodivosť je charakteristická pre nichróm, invar a Woodovu zliatinu.
Súčiniteľ tepelnej vodivosti zliatin hliníka, medi a niklu
Tepelná vodivosť kovov, hliníka, medi a zliatin niklu v tabuľke je uvedená v teplotnom rozsahu od 0 do 600 ° C v jednotkách W / (m deg.) Kovy a zliatiny: hliník, zliatiny hliníka, dural, mosadz , meď, monel, nikel striebro, nichróm, železitý nichróm, mäkká oceľ. Zliatiny hliníka majú väčšiu tepelnú vodivosť ako zliatiny mosadze a niklu.
Súčiniteľ tepelnej vodivosti zliatin
V tabuľke sú uvedené hodnoty tepelnej vodivosti zliatin v teplotnom rozsahu od 20 do 200ºС. Zliatiny: hliníkový bronz, bronz, fosforový bronz, invar, konštantan, manganín, zliatiny horčíka, zliatiny medi, zliatina ruží, Woodova zliatina, zliatiny niklu , nikel striebro, platina-irídium, zliatinový elektrón, platina-ródium.
V tabuľke sú uvedené hodnoty elektrického odporu a CTE kovového drôtu vyrobeného z rôznych kovov a zliatin.
Materiál drôtu: hliník, volfrám, železo, zlato, mosadz, manganín, meď, nikel, konštantán, nichróm, cín, platina, olovo, striebro, zinok.
Ako je zrejmé z tabuľky, nichrómový drôt má vysoký elektrický odpor a úspešne sa používa ako žhaviace špirály vykurovacích telies v mnohých domácich a priemyselných zariadeniach.
Špecifická tepelná kapacita neželezných zliatin
V tabuľke sú uvedené hodnoty špecifickej (hmotnostnej) tepelnej kapacity dvojzložkových a viaczložkových neželezných zliatin, ktoré neobsahujú železo, pri teplotách od 123 do 1000 K. Tepelná kapacita sa uvádza v jednotkách kJ/(kg deg).
Udáva sa tepelná kapacita nasledujúcich zliatin: zliatiny obsahujúce hliník, meď, horčík, vanád, zinok, bizmut, zlato, olovo, cín, kadmium, nikel, irídium, platina, draslík, sodík, mangán, titán, bizmut-olovo- zliatina cínu, zliatina bizmut-olovo, bizmut-olovo-kadmium, alumel, lipová zliatina, nichróm, ružová zliatina.
Existuje aj samostatná tabuľka, ktorá ukazuje špecifickú tepelnú kapacitu kovov pri rôznych teplotách.
Špecifická tepelná kapacita viaczložkových špeciálnych zliatin
Špecifická (hmotnostná) tepelná kapacita viaczložkových špeciálnych zliatin je uvedená v tabuľke pri teplotách od 0 do 1300ºС. Jednotkou tepelnej kapacity je cal/(g deg) Tepelná kapacita špeciálnych zliatin: alumel, zvonový kov, Woodova zliatina, invar, lipová zliatina, manganín, monel, ružová zliatina, fosforový bronz, chromel, zliatina Na-K, Zliatina Pb-Bi, Pb - Bi - Sn, Zn - Sn - Ni - Fe - Mn.
Hustota zliatin
Je uvedená tabuľka hodnôt hustoty zliatiny pri izbovej teplote. Uvádzajú sa tieto zliatiny: bronz, cín, fosfor, dural, invar, konštantan, mosadz, magnálium, manganín, monel - kov, platina - zliatina irídia, Woodova zliatina, valcovaná oceľ, liata.
POZNÁMKA: Buďte opatrní! Hustota zliatin v tabuľke je uvedená v mocnine 10-3. Nezabudnite vynásobiť 1000! Napríklad hustota valcovanej ocele sa pohybuje od 7850 do 8000 kg/m3.
- Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Základy prenosu tepla.
- Fyzikálne veličiny. Adresár. A.P. Babichev, N.A. Babuškina, A.M. Bratkovský a ďalší; Ed. JE. Grigorieva, E.Z. Meilikhov. — M.: Energoatomizdat, 1991. — 1232 s.
- Tabuľky fyzikálnych veličín. Adresár. Ed. akad. I.K. Kikoin. M.: Atomizdat, 1976. - 1008 s.
- Sheludyak Yu.E., Kašporov L.Ya. a ďalšie Termofyzikálne vlastnosti komponentov horľavých systémov. M. 1992. - 184 s.
- Priemyselné pece. Referenčná príručka pre výpočty a návrh. 2. vydanie, doplnené a prepracované, Kazantsev E.I. M.: "Hutníctvo", 1975.- 368 s.
