Nhiệt dung là khả năng hấp thụ một lượng nhiệt nhất định trong quá trình đốt nóng hoặc toả ra khi nguội đi. Nhiệt dung của vật là tỷ số giữa lượng nhiệt mà vật nhận được với mức tăng tương ứng của các chỉ số nhiệt độ của vật đó. Giá trị được đo bằng J / K. Trong thực tế, một giá trị hơi khác được sử dụng - nhiệt riêng.
Định nghĩa
Nhiệt dung riêng có nghĩa là gì? Đây là đại lượng liên quan đến một lượng đơn chất. Theo đó, lượng của một chất có thể được đo bằng mét khối, kilôgam hoặc thậm chí là đơn vị mol. Nó phụ thuộc vào cái gì? Trong vật lý, nhiệt dung phụ thuộc trực tiếp vào đơn vị định lượng mà nó đề cập đến, có nghĩa là chúng phân biệt giữa nhiệt dung mol, khối lượng và thể tích. Trong ngành xây dựng, bạn sẽ không nhìn thấy số đo răng hàm, nhưng bạn sẽ thấy những người khác luôn luôn.
Điều gì ảnh hưởng đến nhiệt dung riêng?
Nhiệt dung là gì, bạn biết, nhưng những giá trị nào ảnh hưởng đến chỉ số này vẫn chưa rõ ràng. Giá trị của nhiệt dung riêng bị ảnh hưởng trực tiếp bởi một số thành phần:nhiệt độ chất, áp suất và các đặc điểm nhiệt động lực học khác.
Khi nhiệt độ của một sản phẩm tăng lên, nhiệt dung riêng của nó tăng lên, nhưng một số chất nhất định biểu thị một đường cong hoàn toàn không tuyến tính trong mối quan hệ này. Ví dụ, với sự gia tăng của các chỉ số nhiệt độ từ 0 đến 37 độ, nhiệt dung riêng của nước bắt đầu giảm và nếu giới hạn từ ba mươi bảy đến một trăm độ, thì ngược lại, chỉ số sẽ tăng.
Cần lưu ý rằng thông số còn phụ thuộc vào cách các đặc tính nhiệt động của sản phẩm (áp suất, thể tích, v.v.) được phép thay đổi. Ví dụ, nhiệt dung riêng ở áp suất ổn định và ở thể tích ổn định sẽ khác nhau.
Cách tính tham số?
Bạn quan tâm đến công suất nhiệt là gì? Công thức tính như sau: C \u003d Q / (m ΔT). Những giá trị này là gì? Q là nhiệt lượng mà sản phẩm nhận được khi bị nung nóng (hoặc do sản phẩm tỏa ra trong quá trình làm lạnh). m là khối lượng của sản phẩm, và ΔT là hiệu số giữa nhiệt độ cuối cùng và ban đầu của sản phẩm. Dưới đây là bảng nhiệt dung của một số vật liệu.
Còn cách tính nhiệt dung thì sao?
Tính nhiệt dung không phải là một việc dễ dàng, đặc biệt nếu chỉ dùng phương pháp nhiệt động lực học thì càng không thể làm chính xác hơn. Do đó, các nhà vật lý sử dụng các phương pháp vật lý thống kê hoặc kiến thức về cấu trúc vi mô của sản phẩm. Làm thế nào để tính toán cho khí? Nhiệt dung của khíđược tính từ phép tính năng lượng trung bình của chuyển động nhiệt của các phân tử riêng lẻ trong một chất. Chuyển động của các phân tử có thể thuộc loại tịnh tiến và quay, và bên trong phân tử có thể có toàn bộ nguyên tử hoặc dao động của các nguyên tử. Thống kê cổ điển nói rằng đối với mỗi bậc tự do của chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến, có một giá trị nhiệt dung phân tử của chất khí, bằng R / 2 và đối với mỗi bậc tự do dao động, giá trị bằng R. Quy tắc này còn được gọi là luật phân vùng.
Đồng thời, một hạt của khí đơn chất chỉ khác nhau ba bậc tự do tịnh tiến, và do đó nhiệt dung của nó phải bằng 3R / 2, điều này hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm. Mỗi phân tử khí diatomic có ba bậc tự do tịnh tiến, hai chuyển động quay và một bậc dao động, có nghĩa là định luật phân chia sẽ là 7R / 2, và kinh nghiệm cho thấy nhiệt dung của một mol khí diatomic ở nhiệt độ thường là 5R / 2. Tại sao lại có sự khác biệt về lý thuyết như vậy? Tất cả mọi thứ là do thực tế là khi thiết lập nhiệt dung, sẽ cần phải tính đến các hiệu ứng lượng tử khác nhau, nói cách khác, sử dụng thống kê lượng tử. Như bạn có thể thấy, nhiệt dung là một khái niệm khá phức tạp.
Cơ học lượng tử nói rằng bất kỳ hệ thống hạt nào dao động hoặc quay, kể cả phân tử khí, đều có thể có những giá trị năng lượng rời rạc nhất định. Nếu năng lượng của chuyển động nhiệt trong hệ thống đã lắp đặt không đủ để kích thích các dao động có tần số cần thiết, thì các dao động này không góp phần vàocông suất nhiệt của hệ thống.
Trong chất rắn, chuyển động nhiệt của nguyên tử là một dao động yếu gần các vị trí cân bằng nhất định, điều này áp dụng cho các nút của mạng tinh thể. Một nguyên tử có ba bậc tự do dao động và theo định luật nhiệt dung phân tử của chất rắn bằng 3nR,với n là số nguyên tử hiện có trong phân tử. Trong thực tế, giá trị này là giới hạn mà nhiệt dung của cơ thể có xu hướng ở nhiệt độ cao. Giá trị đạt được với sự thay đổi nhiệt độ bình thường trong nhiều nguyên tố, điều này áp dụng cho kim loại, cũng như các hợp chất đơn giản. Nhiệt dung của chì và các chất khác cũng được xác định.
Còn nhiệt độ thấp thì sao?
Chúng ta đã biết nhiệt dung là gì, nhưng nếu nói về nhiệt độ thấp, thì giá trị sẽ được tính như thế nào? Nếu chúng ta đang nói về các chỉ số nhiệt độ thấp, thì nhiệt dung của vật rắn tỷ lệ thuận với T3hay còn gọi là định luật nhiệt dung Debye. Tiêu chí chính để phân biệt nhiệt độ cao với nhiệt độ thấp là thông thường so sánh chúng với một thông số đặc trưng cho một chất cụ thể - đây có thể là đặc tính hoặc nhiệt độ Debye qD. Giá trị được trình bày được đặt bởi phổ dao động của các nguyên tử trong sản phẩm và phụ thuộc đáng kể vào cấu trúc tinh thể.
Trong kim loại, các electron dẫn đóng góp nhất định vào nhiệt dung. Phần nhiệt dung này được tính bằng cách sử dụngThống kê Fermi-Dirac, có tính đến các điện tử. Nhiệt dung điện tử của kim loại, tỷ lệ với nhiệt dung thông thường, là một giá trị tương đối nhỏ, và nó góp phần làm cho nhiệt dung của kim loại chỉ ở nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối. Khi đó nhiệt dung mạng tinh thể trở nên rất nhỏ và có thể bị bỏ qua.
Công suất nhiệt lớn
Nhiệt dung riêng khối lượng là nhiệt lượng cần đưa đến một đơn vị khối lượng của một chất để đốt nóng sản phẩm trên một đơn vị nhiệt độ. Giá trị này được ký hiệu bằng chữ C và nó được đo bằng jun chia cho kilogam trên kelvin - J / (kg K). Đây là tất cả về công suất nhiệt khối.
Nhiệt dung thể tích là gì?
Nhiệt dung thể tích là một lượng nhiệt nhất định cần được thêm vào một đơn vị thể tích của sản phẩm để làm nóng sản phẩm trên một đơn vị nhiệt độ. Chỉ số này được đo bằng jun chia cho mét khối trên kelvin hoặc J / (m³ K). Trong nhiều sách tham khảo về xây dựng, người ta coi nhiệt dung riêng khối lượng tại nơi làm việc.
Ứng dụng thực tế của nhiệt dung trong ngành xây dựng
Nhiều vật liệu chịu nhiệt được sử dụng tích cực trong việc xây dựng các bức tường chống nóng. Điều này cực kỳ quan trọng đối với những ngôi nhà được đặc trưng bởi hệ thống sưởi định kỳ. Ví dụ, lò nướng. Các sản phẩm sử dụng nhiều nhiệt và các bức tường được xây dựng từ chúng tích tụ nhiệt hoàn hảo, lưu trữ nhiệt trong thời gian sưởi ấm và dần dần tỏa nhiệt sau khi tắthệ thống, do đó cho phép duy trì nhiệt độ chấp nhận được trong suốt cả ngày.
Vì vậy, càng nhiều nhiệt được lưu trữ trong cấu trúc, nhiệt độ trong phòng càng thoải mái và ổn định.
Cần lưu ý rằng gạch và bê tông thông thường được sử dụng trong xây dựng nhà ở có nhiệt dung thấp hơn nhiều so với polystyrene giãn nở. Nếu chúng ta sử dụng hệ thống sinh thái, thì nó sẽ tiêu thụ nhiệt nhiều hơn gấp ba lần so với bê tông. Cần lưu ý rằng trong công thức tính nhiệt dung, không có khối lượng là vô ích. Do khối lượng lớn của bê tông hoặc gạch, so với ecowool, nó cho phép tích tụ một lượng nhiệt khổng lồ trong các bức tường đá của các công trình và làm dịu mọi biến động nhiệt độ hàng ngày. Chỉ có một khối lượng nhỏ vật liệu cách nhiệt trong tất cả các nhà khung, mặc dù có khả năng cách nhiệt tốt, là khu vực yếu nhất đối với tất cả các công nghệ khung. Để giải quyết vấn đề này, các bộ tích nhiệt ấn tượng được lắp đặt trong tất cả các ngôi nhà. Nó là gì? Đây là những bộ phận kết cấu có đặc điểm là khối lượng lớn với chỉ số nhiệt dung khá tốt.
Ví dụ về tích tụ nhiệt trong cuộc sống
Nó có thể là gì? Ví dụ, một số loại tường gạch bên trong, một bếp lò lớn hoặc lò sưởi, bê tông láng.
Nội thất trong bất kỳ ngôi nhà hoặc căn hộ nào đều là một vật tích tụ nhiệt tuyệt vời, bởi vì ván ép, ván dăm và gỗ thực sự chỉ có thể lưu trữ nhiệt cho mỗi kg trọng lượng gấp ba lần so với loại gạch khét tiếng.
Bộ tích nhiệt có nhược điểm nào không? Tất nhiên, nhược điểm chính của phương pháp này làthực tế là bộ tích tụ nhiệt cần được thiết kế ở giai đoạn tạo bố cục nhà khung. Tất cả là do thực tế là nó rất nặng, và điều này sẽ cần phải được tính đến khi tạo nền móng, và sau đó tưởng tượng vật thể này sẽ được tích hợp vào bên trong như thế nào. Điều đáng nói là không chỉ tính đến khối lượng, cần phải đánh giá cả đặc tính trong công là khối lượng và nhiệt dung. Ví dụ: nếu bạn sử dụng vàng với trọng lượng đáng kinh ngạc là hai mươi tấn mỗi mét khối làm kho chứa nhiệt, thì sản phẩm sẽ hoạt động vì nó chỉ tốt hơn hai mươi ba phần trăm so với một khối bê tông nặng hai tấn rưỡi.
Chất nào phù hợp nhất để bảo quản nhiệt?
Sản phẩm tốt nhất cho bộ tích nhiệt hoàn toàn không phải là bê tông và gạch! Đồng, đồng và sắt làm tốt công việc này, nhưng chúng rất nặng. Thật kỳ lạ, nhưng chất tích tụ nhiệt tốt nhất lại là nước! Chất lỏng có nhiệt dung ấn tượng, lớn nhất trong số các chất có sẵn cho chúng ta. Chỉ có khí heli (5190 J / (kg K) và hydro (14300 J / (kg K)) có nhiệt dung nhiều hơn, nhưng chúng là vấn đề khó áp dụng trong thực tế. Nếu muốn và cần thiết, hãy xem bảng nhiệt dung của các chất bạn nhé. cần.
