Tính dẫn nhiệt của đá và khoáng chất, mật độ và nhiệt dung của chúng

1 Làm nóng dây dẫn và thiết bị trong trường hợp đoản mạch

Chế độ ngắn
ngắn mạch (ngắn mạch) trong hầu hết các phần
là một trường hợp khẩn cấp, và nó thường là
bị loại bỏ trong một khoảng thời gian ngắn
- giây và phần nhỏ của giây. Suốt trong
khoảng thời gian phân bổ này
nhiệt độ quá lớn mà nhiệt độ
dây dẫn và thiết bị vượt ra ngoài
giới hạn được đặt cho bình thường
chế độ.

Ngay cả trong ngắn hạn
tăng nhiệt độ của dây dẫn và
thiết bị trong quá trình đoản mạch có thể dẫn đến
làm mềm và nóng chảy kim loại,
cháy cách điện, phá hủy các tiếp điểm
và các thiệt hại khác. Đáng tin cậy
vận hành hệ thống điện là cần thiết
tránh thiệt hại như
đạt được bằng cách chọn thích hợp
kích thước của các bộ phận mang dòng điện và cài đặt
rơ le bảo vệ.

Có khả năng
thiết bị và dây dẫn điện trở
hiệu ứng nhiệt ngắn hạn
dòng điện ngắn mạch mà không bị hư hỏng, ngăn ngừa
công việc tiếp theo được gọi là nhiệt
sự bền bỉ. Nhiệt
điện trở là nhiệt độ cuối cùng,
được giới hạn trong cơ khí
sức mạnh kim loại, biến dạng
các bộ phận của thiết bị, cũng như khả năng chịu nhiệt
sự cô lập. Nhiệt độ cuối cho phép
đối với dây dẫn trong trường hợp ngắn mạch được đưa ra trong
bảng 2.1.

Nhiệt dung riêng

nhiệt dung riêng, nhiệt dung riêng lớp 8Nhiệt dung riêng - tỷ số giữa nhiệt dung trên khối lượng, nhiệt dung của một đơn vị khối lượng chất (khác nhau đối với các chất khác nhau); Một đại lượng vật lý bằng số nhiệt lượng phải truyền cho một đơn vị khối lượng của một chất nhất định để nhiệt độ của chất đó thay đổi một.

Trong Hệ đơn vị quốc tế (SI), nhiệt lượng riêng được đo bằng jun trên kilogam trên kelvin, J / (kg K). Đôi khi các đơn vị ngoài hệ thống cũng được sử dụng: calorie / (kg K), v.v.

Nhiệt dung riêng thường được ký hiệu bằng các chữ cái c hoặc C, thường kèm theo các chỉ số dưới.

Giá trị của nhiệt lượng riêng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của chất và các thông số nhiệt động học khác. Ví dụ, đo nhiệt dung riêng của nước sẽ cho kết quả khác nhau ở 20 ° C và 60 ° C.

Ngoài ra, nhiệt dung riêng còn phụ thuộc vào cách các thông số nhiệt động của chất (áp suất, thể tích, v.v.) được phép thay đổi.

); ví dụ, nhiệt dung riêng ở áp suất không đổi (CP) và ở thể tích không đổi (CV) nói chung là khác nhau.

Công thức tính nhiệt dung riêng: Trong đó c là nhiệt dung riêng, Q là nhiệt lượng mà chất nhận được khi nung nóng (hoặc toả ra khi nguội), m là khối lượng của chất bị nung nóng (làm nguội), ∆T là hiệu số giữa nhiệt độ cuối và nhiệt độ ban đầu của chất. Nhiệt lượng riêng có thể phụ thuộc (và về nguyên tắc, nói một cách chính xác, luôn luôn - nhiều hay ít - phụ thuộc) vào nhiệt độ, vì vậy công thức sau đây với nhỏ (về mặt chính thức là số thập phân) và đúng hơn:

• 1 Giá trị nhiệt dung riêng của một số chất
• 2 Xem thêm
• 3 nốt nhạc
• 4 Văn học
• 5 liên kết

Giá trị nhiệt dung riêng của một số chất

không khí khô)	khí ga	1,005
không khí (độ ẩm 100%)	khí ga	1,0301
nhôm	cứng	0,903
berili	cứng	1,8245
thau	cứng	0,377
thiếc	cứng	0,218
đồng	cứng	0,385
molypden	cứng	0,250
Thép	cứng	0,462
kim cương	cứng	0,502
etanol	chất lỏng	2,460
vàng	cứng	0,129
than chì	cứng	0,720
helium	khí ga	5,190
hydro	khí ga	14,300
bàn là	cứng	0,444
chỉ huy	cứng	0,130
gang thép	cứng	0,540
vonfram	cứng	0,134
liti	cứng	3,582
thủy ngân	chất lỏng	0,139
nitơ	khí ga	1,042
dầu mỏ	chất lỏng	1,67 — 2,01
ôxy	khí ga	0,920
thủy tinh thạch anh	cứng	0,703
nước 373 K (100 ° C)	khí ga	2,020
nước	chất lỏng	4,187
Nước đá	cứng	2,060
bia wort	chất lỏng	3,927

nhựa đường	0,92
gạch đặc	0,84
gạch silicat	1,00
bê tông	0,88
kronglas (thủy tinh)	0,67
đá lửa (thủy tinh)	0,503
kính cửa sổ	0,84
đá hoa cương	0,790
xà phòng	0,98
thạch cao	1,09
đá cẩm thạch, mica	0,880
cát	0,835
Thép	0,47
đất	0,80
gỗ	1,7

Xem thêm

• Nhiệt dung
• Nhiệt dung tích
• Nhiệt dung mol
• Nhiệt ẩn
• Nhiệt dung của khí lý tưởng
• Nhiệt riêng của hóa hơi và ngưng tụ
• Nhiệt dung riêng của nhiệt hạch

Ghi chú

1. ↑ Đối với một mẫu không đồng nhất (về mặt thành phần hóa học), nhiệt dung riêng là một đặc tính vi phân thay đổi theo từng điểm.

   Về nguyên tắc, nó cũng phụ thuộc vào nhiệt độ (mặc dù trong nhiều trường hợp nó thay đổi khá yếu khi nhiệt độ thay đổi đủ lớn), trong khi nói một cách chính xác thì nó được xác định - theo nhiệt dung - như một đại lượng vi phân và dọc theo trục nhiệt độ, tức là

   Nói một cách chính xác, người ta nên coi sự thay đổi của nhiệt độ trong định nghĩa nhiệt dung riêng không phải theo một độ (đặc biệt là không theo một đơn vị nhiệt độ nào đó lớn hơn), mà bởi một độ nhỏ với lượng nhiệt truyền tương ứng. (Xem văn bản chính bên dưới).

2. ↑ Kelvins (K) ở đây có thể được thay thế bằng độ C (° C), vì các thang nhiệt độ này (thang đo tuyệt đối và thang độ C) chỉ khác nhau ở điểm bắt đầu, nhưng không khác nhau về giá trị của đơn vị đo lường.

Liên kết

• Các bảng đại lượng vật lý. Sổ tay, ed. I. K. Kikoina, M., 1976.
• Sivukhin DV Khóa học vật lý đại cương. - T. II. Nhiệt động lực học và vật lý phân tử.
• E. M. Lifshits Nhiệt dung // dưới. ed. AM Prokhorova Vật lý Bách khoa toàn thư. - M .: "Từ điển Bách khoa Liên Xô", 1998. - T. 2.

Nhiệt dung của bảng vật liệu

Trong xây dựng, một đặc tính rất quan trọng là nhiệt dung của vật liệu xây dựng. Các đặc tính cách nhiệt của các bức tường của tòa nhà phụ thuộc vào nó, và do đó, khả năng có một kỳ nghỉ thoải mái bên trong tòa nhà

Các đặc tính cách nhiệt của các bức tường của tòa nhà phụ thuộc vào nó, và do đó, khả năng có một kỳ nghỉ thoải mái bên trong tòa nhà.

Trước khi tiến hành làm quen với các đặc tính cách nhiệt của vật liệu xây dựng riêng lẻ, cần phải hiểu nhiệt dung là gì và cách xác định nó.

Nhiệt dung riêng của vật liệu

Nhiệt dung là đại lượng vật lý mô tả khả năng tích lũy nhiệt độ của vật từ môi trường bị nung nóng.

Về mặt định lượng, nhiệt dung riêng bằng lượng năng lượng, tính bằng J, cần thiết để đốt nóng một vật khối lượng 1 kg thêm 1 độ.

Dưới đây là bảng nhiệt dung riêng của các loại vật liệu xây dựng phổ biến nhất.

Để tính nhiệt dung của vật liệu, cần có các số liệu như:

• loại và thể tích của vật liệu được nung nóng (V);
• một chỉ số về nhiệt dung riêng của vật liệu này (Tòa);
• trọng lượng riêng (msp);
• nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng của vật liệu.

Khả năng chịu nhiệt của vật liệu xây dựng

Nhiệt dung của vật liệu, bảng được đưa ra ở trên, phụ thuộc vào mật độ và độ dẫn nhiệt của vật liệu.

Và hệ số dẫn nhiệt, lần lượt, phụ thuộc vào kích thước và độ đóng của các lỗ xốp. Vật liệu xốp mịn với hệ thống lỗ xốp kín có khả năng cách nhiệt cao hơn và do đó, độ dẫn nhiệt thấp hơn vật liệu xốp thô.

Điều này rất dễ làm theo ví dụ về các vật liệu phổ biến nhất trong xây dựng. Hình dưới đây cho thấy hệ số dẫn nhiệt và độ dày của vật liệu ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng che chắn nhiệt của hàng rào bên ngoài.

Hình cho thấy vật liệu xây dựng có tỷ trọng thấp hơn có hệ số dẫn nhiệt thấp hơn.

Tuy nhiên, đây không phải là luôn luôn như vậy. Ví dụ, có những loại cách nhiệt dạng sợi áp dụng mô hình ngược lại: mật độ vật liệu càng thấp, độ dẫn nhiệt càng cao.

Do đó, người ta không thể chỉ dựa vào chỉ tiêu về khối lượng riêng tương đối của vật liệu mà cần xem xét các đặc tính khác của nó.

Đặc điểm so sánh về nhiệt dung của các vật liệu xây dựng chính

Để so sánh nhiệt dung của các vật liệu xây dựng phổ biến nhất, chẳng hạn như gỗ, gạch và bê tông, cần phải tính toán nhiệt dung cho từng loại vật liệu đó.

Trước hết, bạn cần xác định trọng lượng riêng của gỗ, gạch và bê tông. Được biết, 1 m3 gỗ nặng 500 kg, gạch - 1700 kg, bê tông - 2300 kg. Nếu chúng ta lấy một bức tường có độ dày là 35 cm, thì bằng các phép tính đơn giản, chúng ta nhận được rằng trọng lượng riêng là 1 sq.

m gỗ sẽ là 175 kg, gạch - 595 kg, và bê tông - 805 kg. Tiếp theo, chúng tôi chọn giá trị nhiệt độ mà tại đó sự tích tụ nhiệt năng trong các bức tường sẽ xảy ra. Ví dụ, điều này sẽ xảy ra vào một ngày hè nóng nực với nhiệt độ không khí là 270C.

Đối với các điều kiện đã chọn, chúng tôi tính toán nhiệt dung của các vật liệu đã chọn:

1. Tường gỗ: C = SudhmudhΔT; Cder \ u003d 2.3x175x27 \ u003d 10867.5 (kJ);
2. Tường bê tông: C = SudhmudhΔT; Bảng chữ cái \ u003d 0,84x805x27 \ u003d 18257,4 (kJ);
3. Tường gạch: C = SudhmudhΔT; Vòng quay \ u003d 0,88x595x27 \ u003d 14137,2 (kJ).

Từ những tính toán được thực hiện, có thể thấy rằng với cùng một độ dày tường, bê tông có khả năng tỏa nhiệt cao nhất và gỗ có nhiệt độ thấp nhất. Nó nói gì? Điều này cho thấy rằng vào một ngày hè nóng nực, lượng nhiệt tối đa sẽ tích tụ trong một ngôi nhà làm bằng bê tông, và ít nhất - từ gỗ.

Điều này giải thích thực tế là trong một ngôi nhà bằng gỗ thì mát khi trời nóng và ấm khi trời lạnh. Gạch và bê tông dễ dàng tích tụ một lượng nhiệt đủ lớn từ môi trường, nhưng cũng dễ dàng chia cắt với nó.

Nhiệt dung và dẫn nhiệt của vật liệu

Độ dẫn nhiệt là một đại lượng vật lý của vật liệu mô tả khả năng xâm nhập của nhiệt độ từ bề mặt tường này sang bề mặt tường khác.

Để tạo điều kiện thoải mái trong phòng, các bức tường cần có khả năng tỏa nhiệt cao và hệ số dẫn nhiệt thấp. Trong trường hợp này, các bức tường của ngôi nhà sẽ có thể tích tụ nhiệt năng của môi trường, nhưng đồng thời ngăn cản sự xâm nhập của bức xạ nhiệt vào phòng.

Nhiệt dung cho các quá trình và trạng thái khác nhau của vật chất

Khái niệm nhiệt dung được định nghĩa cho cả các chất ở các trạng thái tập hợp khác nhau (chất rắn, chất lỏng, chất khí) và các tập hợp của các hạt và quasipar (ví dụ, trong vật lý kim loại, người ta nói về nhiệt dung của một electron khí).

Nhiệt dung của khí lý tưởng

Bài chi tiết: Nhiệt dung của khí lý tưởng

Nhiệt dung của hệ các hạt không tương tác (ví dụ, khí lý tưởng) được xác định bằng số bậc tự do của các hạt.

Nhiệt dung mol ở thể tích không đổi:

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

trong đó R {\ displaystyle R} ≈ 8,31 J / (mol K) là hằng số khí phổ quát, i {\ displaystyle i} là số.

Nhiệt dung phân tử ở áp suất không đổi liên quan đến quan hệ CV {\ displaystyle C_ {V}} Mayer:

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

Nhiệt dung của tinh thể

So sánh mô hình Debye và Einstein về nhiệt dung của vật rắn

Có một số lý thuyết về nhiệt dung của vật rắn:

• Định luật Dulong-Petit và định luật Joule-Kopp. Cả hai định luật đều bắt nguồn từ các khái niệm cổ điển và chỉ có giá trị với độ chính xác nhất định đối với nhiệt độ bình thường (khoảng từ 15 ° C đến 100 ° C).
• Thuyết lượng tử của Einstein về nhiệt dung. Ứng dụng đầu tiên của định luật lượng tử để mô tả nhiệt dung.
• Lý thuyết lượng tử về nhiệt dung của Debye. Chứa mô tả đầy đủ nhất và phù hợp với thử nghiệm.

Nhiệt dung cụ thể, mol và thể tích

Các bài viết chính: Nhiệt dung riêng, Nhiệt dung mol và Nhiệt dung tích

Rõ ràng, vật có khối lượng càng lớn thì nhiệt lượng cần toả ra càng nhiều và nhiệt dung của vật tỉ lệ thuận với lượng chất chứa trong vật đó. Lượng của một chất có thể được đặc trưng bởi khối lượng hoặc số mol. Do đó, thuận tiện khi sử dụng các khái niệm về nhiệt dung riêng (nhiệt dung trên một đơn vị khối lượng của vật thể):

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

và nhiệt dung mol (nhiệt dung của một mol chất):

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

trong đó ν = mμ {\ displaystyle \ nu = {m \ over \ mu}} là lượng chất trong cơ thể; m {\ displaystyle m} là trọng lượng cơ thể; μ {\ displaystyle \ mu} là khối lượng mol. Mol và nhiệt dung riêng có mối quan hệ với nhau bởi Cμ = cμ {\ displaystyle C _ {\ mu} = c \ mu}.

Nhiệt dung thể tích (nhiệt dung trên một đơn vị thể tích của vật thể):

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

Tính dẫn nhiệt của kim loại màu, nhiệt dung và tỷ trọng của hợp kim

Bảng này cho thấy các giá trị về độ dẫn nhiệt của kim loại (kim loại màu), cũng như thành phần hóa học của kim loại và hợp kim kỹ thuật trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 600 ° C.

Kim loại màu và hợp kim: Niken Ni, monel, nichrome; hợp kim niken (theo GOST 492-58): cupronickel NM81, NM70, Constantan NMMts 58,5-1,54, kopel NM 56,5, monel NMZhMts và K-monel, alumel, chromel, manganin NMMts 85-12, invar; hợp kim magiê (theo GOST 2856-68), điện tử, platin-rhodium; hàn mềm (theo GOST 1499-70): thiếc nguyên chất, chì, POS-90, POS-40, POS-30, Hợp kim hoa hồng, Hợp kim gỗ.

Theo bảng, có thể thấy rằng hợp kim magie và niken có tính dẫn nhiệt cao (ở nhiệt độ thường). Độ dẫn nhiệt thấp là đặc điểm của nichrome, invar và hợp kim của gỗ.

Hệ số dẫn nhiệt của hợp kim nhôm, đồng và niken

Độ dẫn nhiệt của kim loại, hợp kim nhôm, đồng và niken trong bảng được cho trong phạm vi nhiệt độ từ 0 đến 600 ° C theo đơn vị W / (m deg). Kim loại và hợp kim: nhôm, hợp kim nhôm, duralumin, đồng thau , đồng, monel, bạc niken, nichrome, nichrome ferruginous, thép mềm. Hợp kim nhôm có khả năng dẫn nhiệt lớn hơn hợp kim đồng thau và niken.

Hệ số dẫn nhiệt của hợp kim

Bảng hiển thị các giá trị dẫn nhiệt của các hợp kim trong khoảng nhiệt độ từ 20 đến 200ºС. , bạc niken, platin-iridi, điện tử hợp kim, platin-rhodi.

Bảng cho biết các giá trị của điện trở suất và CTE của một dây kim loại được làm bằng các kim loại và hợp kim khác nhau.

Chất liệu dây: nhôm, vonfram, sắt, vàng, đồng thau, manganin, đồng, niken, hằng số, nichrome, thiếc, bạch kim, chì, bạc, kẽm.

Có thể thấy từ bảng, dây nichrome có điện trở suất điện cao và được sử dụng thành công làm xoắn ốc sợi đốt của các phần tử sưởi ấm trong nhiều thiết bị gia dụng và công nghiệp.

Nhiệt dung riêng của hợp kim màu

Bảng cho biết các giá trị nhiệt dung riêng (khối lượng) của hợp kim màu hai thành phần và nhiều thành phần không chứa sắt ở nhiệt độ từ 123 đến 1000K. Nhiệt dung được biểu thị bằng đơn vị kJ / (kg deg).

Nhiệt dung của các hợp kim sau được cho: hợp kim chứa nhôm, đồng, magiê, vanadi, kẽm, bitmut, vàng, chì, thiếc, cadmium, niken, iridi, bạch kim, kali, natri, mangan, titan, bismuth-chì- hợp kim thiếc, hợp kim bitmut-chì, bitmut-chì-cadmium, alumel, hợp kim linden, nichrome, hợp kim hoa hồng.

Ngoài ra còn có một bảng riêng thể hiện nhiệt dung riêng của kim loại ở các nhiệt độ khác nhau.

Nhiệt dung riêng của hợp kim đặc biệt đa thành phần

Nhiệt dung riêng (khối lượng) của các hợp kim đặc biệt đa thành phần được cho trong bảng ở nhiệt độ từ 0 đến 1300ºС. Đơn vị của nhiệt dung là cal / (g deg). Nhiệt dung của các hợp kim đặc biệt: alumel, kim loại chuông, hợp kim của gỗ, invar, hợp kim linden, manganin, monel, hợp kim hoa hồng, đồng phốt pho, crôm, hợp kim Na-K, Hợp kim Pb-Bi, Pb - Bi - Sn, Zn - Sn - Ni - Fe - Mn.

Mật độ của hợp kim

Bảng giá trị khối lượng riêng của hợp kim ở nhiệt độ phòng được trình bày. Các hợp kim sau đây được đưa ra: đồng, thiếc, phốt pho, duralumin, invar, hằng số, đồng thau, magnalium, manganin, monel - kim loại, hợp kim platinum - iridium, hợp kim của gỗ, thép cuộn, đúc.

LƯU Ý: Hãy cẩn thận! Mật độ của các hợp kim trong bảng được biểu thị theo lũy thừa 10-3. Đừng quên nhân với 1000! Ví dụ, tỷ trọng của thép cuộn thay đổi từ 7850 đến 8000 kg / m3.

1. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Các nguyên tắc cơ bản của sự truyền nhiệt.
2. Các đại lượng vật lý. Danh mục. A.P. Babichev, N.A. Babushkina, A.M. Bratkovsky và những người khác; Ed. LÀ. Grigorieva, E.Z. Meilikhov. - M.: Energoatomizdat, 1991. - 1232 tr.
3. Các bảng đại lượng vật lý. Danh mục. Ed. acad. I.K. Kikoin. M.: Atomizdat, 1976. - 1008 tr.
4. Sheludyak Yu.E., Kashporov L.Ya. và các đặc tính Nhiệt Lý khác của các bộ phận của hệ thống dễ cháy. M. 1992. - 184 tr.
5. Lò nướng công nghiệp. Tài liệu tham khảo hướng dẫn tính toán và thiết kế. Tái bản lần thứ 2, có bổ sung và sửa đổi, Kazantsev E.I. M.: "Luyện kim", 1975.- 368 tr.