Расчет количества теплоты: Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении
На практике часто приходится проводить различные тепловые расчёты. Например, при строительстве зданий необходимо учитывать, какое количество теплоты должна отдавать зданию вся система отопления, и какое количество теплоты будет уходить в окружающее пространство через окна, стены, двери.
Выведем формулу для расчёта количества теплоты, необходимого для нагревания некоторого вещества массой m на разность температур Δt=tконечная−tначальная.
Чтобы нагреть некоторое вещество массой \(1\) кг на \(1\)°C, необходимо затратить количество теплоты, равное удельной теплоёмкости \(с\) данного вещества, то есть в данном случае:
Q=c.
Если масса нагреваемого вещества в m раз больше, то и необходимое количество теплоты также в m раз больше:
Q=cm.
Аналогично, если разность температур вещества не \(1\)°C, а в Δt=tконечная−tначальная раз больше, то и теплоты понадобится в Δt=tконечная−tначальная раз больше.
Количество теплоты, получаемое веществом при нагревании, прямо пропорционально удельной теплоёмкости вещества, его массе и разности температур, то есть:
Q=cmΔt
или
Q=cmtкон−tнач.
Обрати внимание!
Данная формула даёт возможность найти и выделяемую при охлаждении вещества теплоту.
Чтобы рассчитать количество теплоты, необходимое для нагревания вещества (или выделяемое им при охлаждении), следует удельную теплоёмкость вещества умножить на его массу и на разность между конечной и начальной температурой вещества.
Так как конечная температура остывающего вещества меньше его начальной температуры:
tкон<tнач,
то изменение температуры оказывается отрицательным числом:
tкон−tнач<0.
Значит, и выделяемое веществом количество теплоты выражается отрицательным числом:
Qотданное<0.
Последний факт обозначает не рост, а убыль внутренней энергии вещества.
Источники:
Пёрышкин А.В. Физика, 8 кл.: учебник. — М.: Дрофа, 2013. — 237 с.
Исаченкова Л.А. Физика, 8 кл.: учебник. — Мн.: Народная асвета, 2015. — 183 с.
«Количество теплоты. Удельная теплоёмкость»
Количество теплоты
Изменение внутренней энергии путём совершения работы характеризуется величиной работы, т.е. работа является мерой изменения внутренней энергии в данном процессе. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче характеризуется величиной, называемой количествоv теплоты.
Количество теплоты – это изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы. Количество теплоты обозначают буквой Q.
Работа, внутренняя энергия и количество теплоты измеряются в одних и тех же единицах — джоулях (Дж), как и всякий вид энергии.
В тепловых измерениях в качестве единицы количества теплоты раньше использовалась особая единица энергии — калория (кал), равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия (точнее, от 19,5 до 20,5 °С). Данную единицу, в частности, используют в настоящее время при расчетах потребления тепла (тепловой энергии) в многоквартирных домах. Опытным путем установлен механический эквивалент теплоты — соотношение между калорией и джоулем: 1 кал = 4,2 Дж.
При передаче телу некоторого количества теплоты без совершения работы его внутренняя энергия увеличивается, если тело отдаёт какое-то количество теплоты, то его внутренняя энергия уменьшается.
Если в два одинаковых сосуда налить в один 100 г воды, а в другой 400 г при одной и той же температуре и поставить их на одинаковые горелки, то раньше закипит вода в первом сосуде. Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество тепла требуется ему для нагревания. То же самое и с охлаждением.
Количество теплоты, необходимое для нагревания тела зависит еще и от рода вещества, из которого это тело сделано. Эта зависимость количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от рода вещества характеризуется физической величиной, называемой удельной теплоёмкостью вещества.
Удельная теплоёмкость
Удельная теплоёмкость – это физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для нагревания его на 1 °С (или на 1 К). Такое же количество теплоты 1 кг вещества отдаёт при охлаждении на 1 °С.
Удельная теплоёмкость обозначается буквой с. Единицей удельной теплоёмкости является 1 Дж/кг °С или 1 Дж/кг °К.
Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально. Жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы; самую большую удельную теплоёмкость имеет вода, очень маленькую удельную теплоёмкость имеет золото.
Поскольку кол-во теплоты равно изменению внутренней энергии тела, то можно сказать, что удельная теплоёмкость показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 °С. В частности, внутренняя энергия 1 кг свинца при его нагревании на 1 °С увеличивается на 140 Дж, а при охлаждении уменьшается на 140 Дж.
Количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела массой m от температуры t1°С до температуры t2°С, равно произведению удельной теплоёмкости вещества, массы тела и разности конечной и начальной температур, т.е.
Q = c ∙ m (t2 — t1)
По этой же формуле вычисляется и количество теплоты, которое тело отдаёт при охлаждении. Только в этом случае от начальной температуры следует отнять конечную, т.е. от большего значения температуры отнять меньшее.
Это конспект по теме «Количество теплоты. Удельная теплоёмкость». Выберите дальнейшие действия:
Опубликовано 13 Окт 2013
Рубрика: Теплотехника | 93 комментария
Человечеству известно немного видов энергии – механическая энергия (кинетическая и потенциальная), внутренняя энергия (тепловая), энергия полей (гравитационная, электромагнитная и ядерная), химическая. Отдельно стоит выделить энергию взрыва,…
…энергию вакуума и еще существующую только в теории – темную энергию. В этой статье, первой в рубрике «Теплотехника», я попытаюсь на простом и доступном языке, используя практический пример, рассказать о важнейшем виде энергии в жизни людей — о тепловой энергии и о рождающей ее во времени тепловой мощности.
Несколько слов для понимания места теплотехники, как раздела науки о получении, передаче и применении тепловой энергии. Современная теплотехника выделилась из общей термодинамики, которая в свою очередь является одним из разделов физики. Термодинамика – это дословно «теплый» плюс «силовой». Таким образом, термодинамика – это наука об «изменении температуры» системы.
Воздействие на систему извне, при котором изменяется ее внутренняя энергия, может являться результатом теплообмена. Тепловая энергия, которая приобретается или теряется системой в результате такого взаимодействия с окружающей средой, называется количеством теплоты и измеряется в системе СИ в Джоулях.
Если вы не инженер-теплотехник, и ежедневно не занимаетесь теплотехническими вопросами, то вам, столкнувшись с ними, иногда без опыта бывает очень трудно быстро в них разобраться. Трудно без наличия опыта представить даже размерность искомых значений количества теплоты и тепловой мощности. Сколько Джоулей энергии необходимо чтобы нагреть 1000 метров кубических воздуха от температуры -37˚С до +18˚С?.. Какая нужна мощность источника тепла, чтобы сделать это за 1 час?.. На эти не самые сложные вопросы способны сегодня ответить «сходу» далеко не все инженеры. Иногда специалисты даже помнят формулы, но применить их на практике могут лишь единицы!
Прочитав до конца эту статью, вы сможете легко решать реальные производственные и бытовые задачи, связанные с нагревом и охлаждением различных материалов. Понимание физической сути процессов теплопередачи и знание простых основных формул – это главные блоки в фундаменте знаний по теплотехнике!
Количество теплоты при различных физических процессах.
Большинство известных веществ могут при разных температуре и давлении находиться в твердом, жидком, газообразном или плазменном состояниях. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит при постоянной температуре (при условии, что не меняются давление и другие параметры окружающей среды) и сопровождается поглощением или выделением тепловой энергии. Не смотря на то, что во Вселенной 99% вещества находится в состоянии плазмы, мы в этой статье не будем рассматривать это агрегатное состояние.
Рассмотрим график, представленный на рисунке. На нем изображена зависимость температуры вещества Т от количества теплоты Q, подведенного к некой закрытой системе, содержащей определенную массу какого-то конкретного вещества.
1. Твердое тело, имеющее температуру T1, нагреваем до температуры Tпл, затрачивая на этот процесс количество теплоты равное Q1.
2. Далее начинается процесс плавления, который происходит при постоянной температуре Тпл (температуре плавления). Для расплавления всей массы твердого тела необходимо затратить тепловой энергии в количестве Q2— Q1.
3. Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп, затрачивая на это количество теплоты равное Q3—Q2.
4. Теперь при неизменной температуре кипения Ткп жидкость кипит и испаряется, превращаясь в газ. Для перехода всей массы жидкости в газ необходимо затратить тепловую энергию в количестве Q4—Q3.
5. На последнем этапе происходит нагрев газа от температуры Ткп до некоторой температуры Т2. При этом затраты количества теплоты составят Q5—Q4. (Если нагреем газ до температуры ионизации, то газ превратится в плазму.)
Таким образом, нагревая исходное твердое тело от температуры Т1 до температуры Т2 мы затратили тепловую энергию в количестве Q5, переводя вещество через три агрегатных состояния.
Двигаясь в обратном направлении, мы отведем от вещества то же количество тепла Q5, пройдя этапы конденсации, кристаллизации и остывания от температуры Т2 до температуры Т1. Разумеется, мы рассматриваем замкнутую систему без потерь энергии во внешнюю среду.
Заметим, что возможен переход из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс именуется возгонкой, а обратный ему процесс – десублимацией.
Итак, уяснили, что процессы переходов между агрегатными состояниями вещества характеризуются потреблением энергии при неизменной температуре. При нагреве вещества, находящегося в одном неизменном агрегатном состоянии, повышается температура и также расходуется тепловая энергия.
Главные формулы теплопередачи.
Формулы очень просты.
Количество теплоты Q в Дж рассчитывается по формулам:
1. Со стороны потребления тепла, то есть со стороны нагрузки:
1.1. При нагревании (охлаждении):
Q=m*c*(Т2-Т1)
Здесь и далее:
m – масса вещества в кг
с – удельная теплоемкость вещества в Дж/(кг*К)
1.2. При плавлении (замерзании):
Q=m*λ
λ – удельная теплота плавления и кристаллизации вещества в Дж/кг
1.3. При кипении, испарении (конденсации):
Q=m*r
r – удельная теплота газообразования и конденсации вещества в Дж/кг
2. Со стороны производства тепла, то есть со стороны источника:
2.1. При сгорании топлива:
Q=m*q
q – удельная теплота сгорания топлива в Дж/кг
2.2. При превращении электроэнергии в тепловую энергию (закон Джоуля — Ленца):
Q=t*I*U=t*R*I^2=(t/R)*U^2
t – время в с
I – действующее значение тока в А
U – действующее значение напряжения в В
R – сопротивление нагрузки в Ом
Делаем вывод – количество теплоты прямо пропорционально массе вещества при всех фазовых превращениях и при нагреве дополнительно прямо пропорционально разности температур. Коэффициенты пропорциональности (c, λ, r, q) для каждого вещества имеют свои значения и определены опытным путем (берутся из справочников).
Тепловая мощность N в Вт – это количество теплоты переданное системе за определенное время:
N=Q/t
Чем быстрее мы хотим нагреть тело до определенной температуры, тем большей мощности должен быть источник тепловой энергии – все логично.
Расчет в Excel прикладной задачи.
В жизни бывает часто необходимо сделать быстрый оценочный расчет, чтобы понять – имеет ли смысл продолжать изучение темы, делая проект и развернутые точные трудоемкие расчеты. Сделав за несколько минут расчет даже с точностью ±30%, можно принять важное управленческое решение, которое будет в 100 раз более дешевым и в 1000 раз более оперативным и в итоге в 100000 раз более эффективным, чем выполнение точного расчета в течение недели, а то и месяца, группой дорогостоящих специалистов…
Условия задачи:
В помещение цеха подготовки металлопроката размерами 24м х 15м х 7м завозим со склада на улице металлопрокат в количестве 3т. На металлопрокате есть лед общей массой 20кг. На улице -37˚С. Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть металл до +18˚С; нагреть лед, растопить его и нагреть воду до +18˚С; нагреть весь объем воздуха в помещении, если предположить, что до этого отопление было полностью отключено? Какую мощность должна иметь система отопления, если все вышесказанное необходимо выполнить за 1час? (Очень жесткие и почти не реальные условия – особенно касающиеся воздуха!)
Расчет выполним в программе MS Excel или в программе OOo Calc.
С цветовым форматированием ячеек и шрифтов ознакомьтесь на странице «О блоге».
Исходные данные:
1. Названия веществ пишем:
в ячейку D3: Сталь
в ячейку E3: Лед
в ячейку F3: Лед/вода
в ячейку G3: Вода
в ячейку G3: Воздух
2. Названия процессов заносим:
в ячейки D4, E4, G4, G4: нагрев
в ячейку F4: таяние
3. Удельную теплоемкость веществ c в Дж/(кг*К) пишем для стали, льда, воды и воздуха соответственно
в ячейку D5: 460
в ячейку E5: 2110
в ячейку G5: 4190
в ячейку H5: 1005
4. Удельную теплоту плавления льда λ в Дж/кг вписываем
в ячейку F6: 330000
5. Массу веществ m в кг вписываем соответственно для стали и льда
в ячейку D7: 3000
в ячейку E7: 20
Так как при превращении льда в воду масса не изменяется, то
в ячейках F7 и G7: =E7=20
Массу воздуха находим произведением объема помещения на удельный вес
в ячейке H7: =24*15*7*1,23=3100
6. Время процессов t в мин пишем только один раз для стали
в ячейку D8: 60
Значения времени для нагрева льда, его плавления и нагрева получившейся воды рассчитываются из условия, что все эти три процесса должны уложиться в сумме за такое же время, какое отведено на нагрев металла. Считываем соответственно
в ячейке E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=9,7
в ячейке F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=41,0
в ячейке G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8)=9,4
Воздух также должен прогреться за это же самое отведенное время, читаем
в ячейке H8: =D8=60,0
7. Начальную температуру всех веществ T1 в ˚C заносим
в ячейку D9: -37
в ячейку E9: -37
в ячейку F9: 0
в ячейку G9: 0
в ячейку H9: -37
8. Конечную температуру всех веществ T2 в ˚C заносим
в ячейку D10: 18
в ячейку E10: 0
в ячейку F10: 0
в ячейку G10: 18
в ячейку h20: 18
Думаю, вопросов по п.7 и п.8 быть недолжно.
Результаты расчетов:
9. Количество теплоты Q в КДж, необходимое для каждого из процессов рассчитываем
для нагрева стали в ячейке D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000=75900
для нагрева льда в ячейке E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000= 1561
для плавления льда в ячейке F12: =F7*F6/1000= 6600
для нагрева воды в ячейке G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000= 1508
для нагрева воздуха в ячейке h22: =H7*H5*(h20-H9)/1000= 171330
Общее количество необходимой для всех процессов тепловой энергии считываем
в объединенной ячейке D13E13F13G13h23: =СУММ(D12:h22) = 256900
В ячейках D14, E14, F14, G14, h24, и объединенной ячейке D15E15F15G15h25 количество теплоты приведено в дугой единице измерения – в ГКал (в гигакалориях).
10. Тепловая мощность N в КВт, необходимая для каждого из процессов рассчитывается
для нагрева стали в ячейке D16: =D12/(D8*60)=21,083
для нагрева льда в ячейке E16: =E12/(E8*60)= 2,686
для плавления льда в ячейке F16: =F12/(F8*60)= 2,686
для нагрева воды в ячейке G16: =G12/(G8*60)= 2,686
для нагрева воздуха в ячейке h26: =h22/(H8*60)= 47,592
Суммарная тепловая мощность необходимая для выполнения всех процессов за время t рассчитывается
в объединенной ячейке D17E17F17G17h27: =D13/(D8*60) = 71,361
В ячейках D18, E18, F18, G18, h28, и объединенной ячейке D19E19F19G19h29 тепловая мощность приведена в дугой единице измерения – в Гкал/час.
На этом расчет в Excel завершен.
Выводы:
Обратите внимание, что для нагрева воздуха необходимо более чем в два раза больше затратить энергии, чем для нагрева такой же массы стали.
При нагреве воды затраты энергии в два раза больше, чем при нагреве льда. Процесс плавления многократно больше потребляет энергии, чем процесс нагрева (при небольшой разности температур).
Нагрев воды в десять раз затрачивает больше тепловой энергии, чем нагрев стали и в четыре раза больше, чем нагрев воздуха.
Для получения информации о выходе новых статей и для скачивания рабочих файлов программ прошу вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы.
После ввода адреса своей электронной почты и нажатия на кнопку «Получать анонсы статей» НЕ ЗАБУДЬТЕ ПОДТВЕРДИТЬ ПОДПИСКУ кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (иногда — в папку «Спам»)!
Мы вспомнили понятия «количество теплоты» и «тепловая мощность», рассмотрели фундаментальные формулы теплопередачи, разобрали практический пример. Надеюсь, что мой язык был прост, понятен и интересен.
Жду вопросы и комментарии на статью!
Прошу УВАЖАЮЩИХ труд автора скачать файл ПОСЛЕ ПОДПИСКИ на анонсы статей.
Ссылка на скачивание файла: raschet-teplovoy-moshchnosti (xls 19,5KB).
Другие статьи автора блога
На главную
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
Задачи на количество теплоты с решениями
Формулы, используемые на уроках «Задачи на количество теплоты,
удельную теплоемкость».
Название величины | Обозначение | Единица измерения | Формула |
Масса | m | кг | |
Температура | t | °С | |
Удельная теплоемкость | c | Дж/кг•°С | |
Количество теплоты | Q | Дж |
1 г = 0,001 кг; 1 т = 1000 кг; 1 кДж = 1000 Дж; 1 МДж = 1000000 Дж
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача № 1.
В железный котёл массой 5 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100 °С?
При решении задачи нужно учесть, что оба тела — и котёл, и вода — будут нагреваться вместе. Между ними происходит теплообмен. Их температуры можно считать одинаковыми, т. е. температура котла и воды изменяется на 100 °С — 10 °С = 90 °С. Но количества теплоты, полученные котлом и водой, не будут одинаковыми. Ведь их массы и удельные теплоёмкости различны.
Задача № 2.
Смешали воду массой 0,8 кг, имеющую температуру 25 °С, и воду при температуре 100 °С массой 0,2 кг. Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40 °С. Вычислите, какое количество теплоты отдала горячая вода при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты.
Задача № 3.
Стальная деталь массой 3 кг нагрелась от 25 до 45 °С. Какое количество теплоты было израсходовано?
Задача № 4.
В сосуде содержится 3 л воды при температуре 20 °С. Сколько воды при температуре 45 °С надо добавить в сосуд, чтобы в нём установилась температура 30 °С? Необходимый свободный объём в сосуде имеется. Теплообменом с окружающей средой пренебречь
Задача № 5.
На сколько градусов изменилась температура чугунной детали массой 12 кг, если при остывании она отдала 648000 Дж теплоты?
Задача № 6.
По графику определите удельную теплоёмкость образца, если его масса 50 г.
Задача № 7.
Для нагревания медного бруска массой 3 кг от 20 до 30 °С потребовалось 12000 Дж теплоты. Какова удельная теплоемкость меди?
Задача № 8.
Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1 °С, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня?
Задача № 9.
Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 1 °С воды объемом 0,5 л; олова массой 500 г; серебра объемом 2 см3; стали объемом 0,5 м3; латуни массой 0,2 т?
Задача № 10.
Какое количество теплоты получили алюминиевая кастрюля массой 200 г и находящаяся в ней вода объемом 1,5 л при нагревании от 20 °С до кипения при температуре 100 °С?
Задача № 11.
а) Воздух, заполняющий объем 0,5 л в цилиндре с легким поршнем, нагрели от 0 до 30 °С при постоянном атмосферном давлении. Какое количество теплоты получил воздух?
б) В порожнем закрытом металлическом баке вместимостью 60 м3 под действием солнечного излучения воздух нагрелся от 0 до 20 °С. Как и на сколько изменилась внутренняя энергия воздуха в баке? (Удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме равна 720 Дж/кг-°С.)
Задача № 12.
ОГЭ
Металлический цилиндр массой m = 60 г нагрели в кипятке до температуры t = 100 °С и опустили в воду, масса которой mв = 300 г, а температура tв = 24 °С. Температура воды и цилиндра стала равной Θ = 27 °С. Найти удельную теплоёмкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Удельная теплоёмкость воды св = 4200 Дж/(кг К).
Краткая теория для решения Задачи на количество теплоты.
Конспект урока «Задачи на количество теплоты».
Посмотреть конспект урока по теме «Количество теплоты. Удельная теплоемкость»
Следующая тема: «ЗАДАЧИ на сгорание топлива с решениями».
Количество теплоты: формула, расчет
Что быстрее нагреется на плите – чайник или ведро воды? Ответ очевиден – чайник. Тогда второй вопрос – почему?
Ответ не менее очевиден – потому что масса воды в чайнике меньше. Отлично. А теперь вы можете проделать самостоятельно самый настоящий физический опыт в домашних условиях. Для этого вам понадобится две одинаковые небольшие кастрюльки, равное количество воды и растительного масла, например, по пол-литра и плита. На одинаковый огонь ставите кастрюльки с маслом и водой. А теперь просто наблюдайте, что быстрее будет нагреваться. Если есть градусник для жидкостей, можно применить его, если нет, можно просто пробовать температуру время от времени пальцем, только осторожно, чтобы не обжечься. В любом случае вы вскоре убедитесь, что масло нагревается значительно быстрее воды. И еще один вопросик, который тоже можно реализовать в виде опыта. Что быстрее закипит – теплая вода или холодная? Все снова очевидно – теплая будет на финише первой. К чему все эти странные вопросы и опыты? К тому, чтобы определить физическую величину, называемую «количеством теплоты».
Количество теплоты
Количество теплоты – это энергия, которую тело теряет или приобретает при теплопередаче. Это понятно и из названия. При остывании тело будет терять некое количество теплоты, а при нагревании – поглощать. А ответы на наши вопросы показали нам, от чего зависит количество теплоты? Во-первых, чем больше масса тела, тем большее количество теплоты надо затратить на изменение его температуры на один градус. Во-вторых, количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от того вещества, из которого оно состоит, то есть от рода вещества. И в-третьих, разность температур тела до и после теплопередачи также важна для наших расчетов. Исходя из всего вышесказанного, мы можем определить количество теплоты формулой:
Q=cm(t_2-t_1 ) ,
где Q – количество теплоты,
m – масса тела,
(t_2-t_1 ) – разность между начальной и конечной температурами тела,
c – удельная теплоемкость вещества, находится из соответствующих таблиц.
По этой формуле можно произвести расчет количества теплоты, которое необходимо, чтобы нагреть любое тело или которое это тело выделит при остывании.
Измеряется количество теплоты в джоулях (1 Дж), как и всякий вид энергии. Однако, величину эту ввели не так давно, а измерять количество теплоты люди начали намного раньше. И пользовались они единицей, которая широко используется и в наше время – калория (1 кал). 1 калория – это такое количество теплоты, которое потребуется для нагреванияь 1 грамма воды на 1 градус Цельсия. Руководствуясь этими данными, любители подсчитывать калории в съедаемой пище, могут ради интереса подсчитать, сколько литров воды можно вскипятить той энергией, которую они потребляют с едой в течение дня.
Нужна помощь в учебе?
Предыдущая тема: Излучение: сущность, опыт, энергия
Следующая тема:   Удельная теплоёмкость: расчет количества теплоты
Все неприличные комментарии будут удаляться.
План-конспект урока физики по теме:
«Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении».
Класс: 8
Тип урока: комбинированный.
Форма урока: урок — решения задач.
Цели урока:
Образовательные:
- закрепить у учащихся знания по теме: «количество теплоты», «удельная теплоемкость»;
- вывести формулу для расчета количества теплоты для различного рода веществ;
- обосновать величины, от которых зависит количество теплоты;
- определить способы расчета количества теплоты при теплообмене тел;
Развивающие:
— развить навыки и умения решения задач,
— расширить теоретические знания о теплообмене в природе;
— развить внимание и память у учащихся;
Воспитательные:
— способствовать у обучающихся выработке самостоятельности, целеустремленности и настойчивости при преодолении ситуаций затруднения, формированию коммуникативной компетентности.
Оборудование: ноутбук, мультимедийный проектор, интерактивная доска, презентация (слайды в PowerPoint),
Ход урока.
1.Организационная часть. (2 мин)
На практике часто пользуются тепловыми расчетами. Например, при строительстве зданий необходимо учитывать, какое количество теплоты должно отдавать зданию вся система отопления. Следует также знать, какое количество теплоты будет уходить в окружающее пространство через окна, двери, стены.
На этом уроке, мы познакомимся с формулой расчета количества теплоты для различных тел, а также научимся вычислять , какое количество теплоты было отдано или принято телом в результате теплообмена.
2. Актуализация знаний.(10 мин)
На предыдущем уроке, мы выяснили, что для нагревания 1 кг вещества на 1ºС требуется количество теплоты, численно равное значению удельной теплоемкости.
Вопрос №1:
Кто мне скажет, что означает: удельная теплоемкость алюминия с=920 Дж/кг*ºС?
Ответ:
Учащиеся дают правильный ответ: для нагревания 1 кг алюминия на 1 ºС, необходимо количество теплоты Q=920 Дж.
Вопрос №2:
Повторим, от каких величин зависит количество теплоты?
На слайдах представлены рисунки, с помощью которых ребята дают подробное объяснение предыдущей темы.
Слайд №1:
сосуд №1 сосуд №2
Ответ:
Количество теплоты зависит от массы тела:
Из рисунка хорошо видно, что масса воды во втором сосуде больше в два раза массы воды в первом сосуде m2>m1,следовательно, и количество теплоты Q , которое необходимо, чтобы нагреть эти жидкости, для второго сосуда понадобится и затратится больше.
сосуд №1 сосуд №2
Q2> Q1
Следовательно, можно сделать вывод о том , что количество теплоты прямо пропорциональна массе вещества: Q m
Слайд №2:
нагреваем
чайник №1 чайник №2
до Т=50ºС до Т=100ºС
Ответ:
Количество теплоты зависит от разности температур:
Чем больше разность температур, тем больше количество энергии нужно затратить. На нагрев чайника №2 затратится больше энергии, чем на нагрев чайника под номером 1.
Следовательно, можно сделать вывод о том , что количество теплоты прямо пропорциональна разности температур: Q Т
Слайд №3:
сосуд №1 сосуд №2
В один сосуд налита вода, в другой – подсолнечное масло.
Какой из сосудов, мы будем дольше нагревать?
Ответ:
На нагревание сосуда с водой мы затратим больше энергии, соответственно, количество теплоты выделиться больше. Так как, удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг*ºС, а удельная теплоемкость масла 1700 Дж/кг*ºС. Поэтому на нагревание воды, мы затратим больше времени, но и остывать вода будет дольше, чем масло, в связи с большим значением теплоемкости.
Вывод: количество теплоты зависит от рода вещества, т.е., от величины удельной теплоемкости: Q с
3. Изучение нового материала (25 мин )
Молодцы ребята, закрепили изученный материал, а сейчас подытожим наши знания и выведем формулу, для расчета количества теплоты различных веществ.
Из слайдов хорошо видно, что количество теплоты зависти от трех физических величин, причем зависимость прямая, т.е., во сколько раз увеличивается одна из величин, во столько раз увеличивается и количество теплоты.
Поэтому, получаем новую формулу для расчета количества теплоты:
Q=сmΔT
где,
Q – полученная телом теплота, Дж
c – удельная теплоемкость тела, Дж/(кг°С)
m – масса тела, кг
Δt – изменение температуры тела, °С
Δt, можно представить как разность начальной и конечной температур:
Δt=t2- t1
Поэтому формулу модно представить в виде:
Формулу Q=cmΔt применяют не только в том случае, когда тело нагревается. Ее также используют для подсчета количества теплоты при охлаждении тел.
Вполне очевидно, что если происходит нагрев тела, то
Δt= t2- t1>0 и Q>0,
то есть тело получает тепло.
Если тело остывает,
t21 и Δt
это указывает на то, что тело отдает в окружающую среду количество теплоты Q.
Коэффициент «с» берут из специальных таблиц. Удельные теплоемкости некоторых веществ, Дж/(кг°С) показана на странице 21 учебника. Например, для жидкой воды с = 4200 Дж/(кг°С). Это значение показывает, что для нагревания 1 кг воды на 1 °С потребуется 4200 Дж теплоты. Для воды в твердом состоянии (льда) коэффициент «с» уже другой; он равен 2100 Дж/(кг°С).
На уроке учитель разбирает задачи в порядке их сложности.
Учащиеся по желанию выходят к доске, побывать свои силы.
Задача на 3 балла:
Задача №1:
Определить, какое количество теплоты необходимо сообщить куску свинца массой 2 кг для его нагревание на 10°С.
Дано: СИ Решение:
m=2 кг по таблице находим для свинца:
с=140 Дж/(кг°С) с=140 Дж/(кг°С)
Δt=10 °С формула для расчета количества теплоты:
Q=сmΔT
Q-? Подставляем численное значение, получаем:
Q= 140 Дж/(кг °С)*2 кг*10°С=2800 Дж.
Ответ: Q=2800 Дж.
Задача на 4 балла:
Задача №2:
Какое количество теплоты отдает 5 л воды при охлаждении с 50°С до
10°С?
Дано: | СИ | Решение: |
V= 5л с = 4200 Дж/(кг °С) t0 = 50°С t1 = 10°С p = 1000 кг/м3 | Так как плотность воды p = 1000 кг/м3, то масса воды равна: m = pV m = 1000 кг/м3·5·10-3м3 =5 кг. Q = cm(t1 -t0) Q = 4200 Дж/(кг °С) ·5 кг·(10°С-50°С) =-=840кДж Ответ: Q=-840кДж | |
Q=? | ||
Знак «-» в ответе указывает на то, что вода отдает тепло. | ||
Для более сильных учеников, учитель предлагает следующую задачу.
Задача №3
Для нагревания куска цинка массой 100 г потребовалось 15 кДж теплоты. До какой температуры был нагрет кусок цинка, если его начальная температура была равна 25°С?
Дано: | СИ | Решение: |
m =100 г Q =15 кДж t0 = 25°С сц = 400 Дж/(кг °С) | 0,1 кг 15000 Дж | Температуру, до которой был нагрет кусок цинка определим из формулы расчета количества теплоты: Q = cm(t -t0) где с — удельная теплоемкость цинка сц=400 Дж/(кг °С) вывод формулы: Q= cm(t -t0) Q = cmt- cmt0 сmt = Q+ cmt0 t = (Q+ cmt0)/ cm t = Q/ cm + t0 подставляя числа, вычисляем математически: t = 15000Дж/400 Дж/(кг °С)*0,1 кг+25°С=400°С Ответ: t=400°С |
t =? | ||
4. Домашнее задание (3 мин)
Домашнее задание § 9, упражнение №4.
Для сильных учеников, предлагается задача под запись:
Задача:
При охлаждении куска олова массой 100 г до температуры 33°С выделилось 5 кДж энергии. Определите температуру олова до охлаждения
Дано: | СИ | Решение: |
m =100 г Q =5 кДж t = 33°С сол = 230 Дж/(кг °С) | 0,1 кг 5000 Дж | Температуру, до которой был нагрет кусок олова, определим из формулы расчета количества теплоты: Q = cm(t -t0) где с — удельная теплоемкость олова сол=230 Дж/(кг °С) из условия задачи сказано, что кусок олова охлаждают, следовательно, его Q тогда -Q= cол mt – c олmt0 cол mt0= cол mt + Q t0= (cол mt + Q)/ cол m t0= t+ Q/ cол m подставляя числа, вычисляем математически: t = 33°С+ 5000Дж/230 Дж/(кг °С)*0,1 кг =250°С Ответ: t0=250°С |
t 0 =? | ||
Анализ урока физики в 8б классе.
ФИО учителя: Костина О.В.
Класс: 8б
Количество учащихся: 18 человек
Дата посещения урока: 27 декабря 2007г
Цель посещения: Изучить соответствие содержания урока его целям и задачам, взаимодействие учителя и учащихся на уроке.
Тип урока: Комбинированный.
Вид урока: Учебное занятие по проверке знаний учащихся и изучению нового материала.
Тема урока: «Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении»
Структурные элементы урока | Соответствие целям и задачам урока |
1. Постановка образовательных целей урока. | Образовательные: — закрепить у учащихся знания по теме: «количество теплоты», «удельная теплоемкость»; — вывести формулу для расчета количества теплоты для различного рода веществ; — обосновать величины, от которых зависит количество теплоты; — определить способы расчета количества теплоты при теплообмене тел; Данные цели достигнуты, соответствуют теме, содержанию и типу урока: -Неоднократно на уроке происходило закрепление знаний по количеству теплоты. Ответы ребят были грамотные. При демонстрации слайдов повторили опорные понятия; повторение и закрепление материала происходило в ходе работы при решении задач у доски. — В ходе объяснения нового материала был дан вывод формулы для определения количества теплоты и характеристики физических величин, входящих в расчетную формулу. Материал понятен, изложен в строгой логической последовательности, доступен и осознан учащимися. |
2. Постановка развивающих целей. | Развивающие цели урока: — развить навыки и умения решения задач, — расширить теоретические знания о теплообмене в природе; — развить внимание и память у учащихся; Цели достигнуты, соответствуют теме, содержанию и типу урока. После изложения определенного объема нового материала, учителем были предложены задачи для решения у доски, тем самым работала над умением учащихся применять полученные знания на практике, т.е. создаются условия для активной умственной деятельности. Ребята активны, ответы их аргументированы. Они умеют делать выводы и обобщения. Развитие памяти учащихся происходило в течение всего урока. Например, чтобы справиться с решением задач, необходимо подготовиться, т.е. знать предыдущий материал по теме. |
3. Постановка воспитательных целей урока. | Воспитательные цели урока: — способствовать у обучающихся выработке самостоятельности, целеустремленности и настойчивости при преодолении ситуаций затруднения, формированию коммуникативной компетентности. Цели достигнуты, соответствуют теме, содержанию и типу урока. Учителем четко сформированы уровненные задачи, которые ученик вправе выбрать тот уровень, который он определил для себя. Работа у доски способствует преодолению ситуации затруднений, что предусматривает общение ни только с учителем, но и с ребятами в классе. |
4. Форма организации учебной деятельности | Учитель обеспечил умелое сочетание фронтальной и индивидуальной форм организации учебной деятельности: индивидуальной – при повторении пройденного материала, фронтальной – при изучении нового материала и отработка новых понятий с использованием слайдов. |
5. Методы организации деятельности учащихся на уроке | На данном уроке учитель сочетал различные методы активизации познавательной деятельности. При работе с разноуровненвыми задачами мотивация деятельности учащихся очень высокая, так как оценки учитываются учителем. В ходе изучения нового материала, после каждого блока проводится поэтапная проверка усвоения знаний, а демонстрация слайдов оптимизирует этот процесс. Основной метод обучения на данном уроке: – словесно-наглядный Учитель им владеет на высоком уровне. Учебный материал излагается логически стройно, доступно, ярко, в форме обучающей беседы, где ребята не просто пассивные слушатели, а каждый из них вовлечен в активную работу на всем протяжении урока. |
6.Средства обучения, применяемые на уроке | Учитель применяет в качестве средств обучения мультимедийный проектор. На уроке используется презентация, подготовленная учителем непосредственно к данному уроку, что активизирует внимание и интерес учащихся к предлагаемой информации и повышает эффективность процесса обучения. |
7. Применение технологии обучения | На данном уроке применяется традиционная технология – комбинированный урок. Основными элементами данного урока являются сочетание проверки и закрепления знаний с изучением нового материала. Учитель в ходе урока сформировала у учащихся целостное представление об количестве вещества, как значимой физической величине ; показала эффективное применение на уроке информационных технологий обучения. |
8. Соответствие содержания урока требованиям государственных программ | Материал урока соответствует программе курса «Физики 7-9 класс» для общеобразовательных учреждений. Программа подготовлена авторским коллективом Е.М. Гутник, А.В. Перышкин, М.: «Дрофа», 2001 г., рекомендованная Департаментом общего среднего образования Министерства образования Российской Федерации. |
9. Рациональная организация труда учащихся | Выдержано время, отведенное на проведение всех этапов урока. Работа, запланированная учителем, выполнена за 40 минут. |
10.Стиль отношения учителя с учащимися. | На уроке — атмосфера взаимопонимания и сотрудничества. Учитель очень уважительно относится к учащимся, говорит тихо, спокойно, ответы учащихся внимательно выслушиваются, к ним дается комментарий в доброжелательной форме. В ходе урока наблюдалась высокая активность учащихся: они задавали вопросы, давали лаконичные ответы на вопросы учителя. |
11. Результаты познавательной деятельности на уроке. | На данном уроке оценивались устные ответы учащихся и работа учащихся у доски. На уроке 1 ученик получили оценку в 5 баллов; 2 ученика – 4 балла; 1 ученик получил оценку 3 балла. Все цели урока были достигнуты, урок прошел на высоком познавательном уровне. |
Заместитель директора
По учебно-воспитательной работе_________ С.В. Миханьков
«Согласовано»
Директор МОУ
Клявлинской СОШ №2_____________ Л.Н.Харымова
8 класс. Расчет количества теплоты при нагревании или охлаждении тела
- Подробности
- Просмотров: 123
Назад в «Оглавление» — смотреть
1. Что нужно знать, чтобы вычислить количество теплоты, полученное телом при нагревании или выделенное им при остывании?
Чтобы вычислить количество теплоты, полученное телом при нагревании или выделенное им при остывании, надо знать удельную теплоемкость вещества, массу тела, конечную и начальную температуру.
2.
Как рассчитывают количество теплоты, сообщённое телу при его нагревании или выделяющееся при его охлаждении?
Чтобы подсчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, нужно удельную теплоемкость вещества умножить на массу тела и на разность между большей и меньшей его температурами:
Q = cm(t2-t1)
где с — удельная теплоемкость вещества (Дж/кг °С)
m — масса тела (кг)
(t2-t1) — разность конечной и начальной температур (°С)
Например:
Задача1
В железный котел массой 10 кг налита вода массой 20 кг.
Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100 °С?
Оба тела — и котел, и вода — будут нагреваться вместе.
Между ними происходит теплообмен, и их температуры можно считать одинаковыми, т. е. температура котла и воды изменяется на 100°С — 10°С=90°С.
Но количества теплоты, полученные котлом и водой, не будут одинаковыми, ведь их массы и удельные теплоемкости различны.
Задача 2
Смешали воду массой 0,8 кг, имеющую температуру 25°С, и кипяток массой 0,2 кг.
Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40 °С.
Вычислить, какое количество теплоты отдал кипяток при остывании и получила холодная вода при нагревании.
Сравнить эти количества теплоты.
4. Какой вывод можно сделать из опыта по смешиванию холодной и горячей воды? Почему на практике эти энергии не равны?
Количество теплоты, отданное горячей водой, и количество теплоты, полученное холодной водой, равны между собой.
То есть, если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается настолько, насколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.
Однако на практике обычно получается, что отданная горячей водой энергия больше энергии, полученной холодной водой.
Это объясняется тем, что часть энергии передается окружающему воздуху, а часть энергии — сосуду, в котором смешивали воду.
Равенство отданной и полученной энергий будет тем точнее, чем меньше потери энергии.
Назад в «Оглавление» — смотреть
Онлайн калькулятор: Количество тепла
Начнем с пары определений:
- Тепло — это количество энергии, которая течет из одного тела вещества в другое самопроизвольно из-за разницы температур или любыми способами, кроме как в результате работы или переноса вещества. Исторически, многие единицы энергии использовались для измерения тепла. Основанной на стандартах единицей в Международной системе единиц (СИ) является джоуль (J).
- Теплоемкость или теплоемкость — это измеряемая физическая величина, равная отношению тепла, добавляемого (или удаляемого) от объекта к результирующему изменению температуры.Удельная теплоемкость, часто называемая просто , удельная теплоемкость , является теплоемкостью на единицу массы материала.
Из определения мы имеем следующую формулу для удельной теплоемкости:
,
, где с — удельная теплоемкость,
Q — тепло, добавляемое или отводимое к телу,
м — масса тела,
ΔT — изменение температуры.
На теплоемкость могут влиять многие переменные состояния, которые описывают исследуемую термодинамическую систему. К ним относятся начальная и конечная температура, а также давление и объем системы до и после добавления тепла.Итак, формула ниже будет несколько более правильной.
Однако в школьных задачах мы обычно используем постоянную удельную теплоемкость, указанную для стандартного давления. Таким образом, связь между температурой и изменением температуры обычно выражается в форме, показанной ниже:
Обратите внимание, что это соотношение не применяется, если происходит изменение фазы, поскольку тепло, добавляемое или удаляемое во время изменения фазы, не меняет температуру.
Приведенный ниже калькулятор может найти пропущенное значение в приведенной выше формуле при условии, что указаны все другие значения.Он может найти добавленное или удаленное тепло, удельную теплоемкость, массу, начальную температуру или конечную температуру:
Количество тепла
Ценность найтиТепло
Удельная теплоемкость
масса
Начальная температура
Конечная температура
Точность расчета
Цифры после запятой: 1
сохранить Сохранить расширение Виджет
,
Несмотря на то, что в настоящее время основное внимание экологических характеристик зданий уделяется использованию углерода, все еще необходимо учитывать тепловые характеристики строительных материалов в качестве одного из факторов. Тепловые характеристики измеряются с точки зрения потерь тепла и обычно выражаются в строительной промышленности как U-значение или R-значение. Вычисления U-значения неизменно потребуются при установлении стратегий строительства.Некоторые термины имеют слегка похожее значение, и в Интернете можно найти противоречивые толкования. Различные термины, и как они связаны друг с другом, объясняются в этой статье.
U-значение, или коэффициент теплопередачи (обратно пропорционально R-значению)
Коэффициент теплопередачи, также известный как U-значение, представляет собой скорость передачи тепла через структуру (которая может быть отдельным материалом или композитом), деленную на разницу температур в этой структуре.Единицами измерения являются Вт / м²К. Чем лучше изолирована структура, тем ниже будет значение U. Стандарты изготовления и монтажа могут сильно влиять на коэффициент теплопередачи. Если изоляция плохо установлена, с зазорами и холодными перемычками, тогда коэффициент теплопередачи может быть значительно выше, чем хотелось бы. Коэффициент теплопередачи учитывает потери тепла из-за проводимости, конвекции и излучения.
Расчет U-значения
Базовый расчет U-значения относительно прост.По сути, значение U можно рассчитать путем нахождения обратной величины суммы тепловых сопротивлений каждого материала, из которого состоит данный строительный элемент. Обратите внимание, что, как и материальные сопротивления, внутренняя и внешняя поверхности также имеют сопротивления, которые необходимо добавить. Это фиксированные значения.
Существует ряд стандартов, которые охватывают методы расчета коэффициента теплопередачи. Они перечислены в разделе «Полезные ссылки и ссылки» в конце этой статьи.
Простые расчеты U-значений можно выполнить следующим образом, посмотрев конструкцию строительного элемента послойно. Отметим, однако, что это не учитывает холодное перекрытие (например, стенными связями), воздушные зазоры вокруг изоляции или другие тепловые свойства, например, например, растворных швов . Этот пример рассматривает стенку полости:
| Материал | Толщина | Проводимость (значение k) | Сопротивление = Толщина ÷ проводимость (R-значение) |
| Наружная поверхность | — | — | 0.040 K м² / Вт |
| Глиняный кирпич | 0,100 м | 0,77 Вт / мКк | 0,130 K м² / Вт |
| Стекловата | 0,100 м | 0,04 Вт / мКк | 2,500 K м² / Вт |
| Бетонные блоки | 0,100 м | 1.13 Вт / мКк | 0,090 K м² / Вт |
| Гипс | 0,013 м | 0,50 Вт / мКк | 0,026 K м² / Вт |
| Внутренняя поверхность | — | — | 0,130 K м² / Вт |
| Итого | 2.916 K м² / Вт | ||
| = | 1 ÷ 2,916 = | 0,343 Вт / м²K | |
Обратите внимание, что в приведенном выше примере проводимости (значения k) строительных материалов свободно доступны в Интернете; в частности от производителей. Фактически, использование данных производителя повысит точность, если конкретные указанные продукты известны во время расчета. Хотя в вышеупомянутых расчетах можно учесть стыки растворов, оценивая% площади раствора относительно кладки, заложенной в нем, следует иметь в виду, что это грубый метод по сравнению с более надежным методом, изложенным в BS EN ISO 6946 I .
Измерительное U-значение
Несмотря на то, что расчетные расчеты носят теоретический характер, также могут быть проведены измерения после строительства. Они имеют то преимущество, что могут учитывать качество изготовления. Расчеты теплопередачи для крыш или стен могут быть выполнены с использованием измерителя теплового потока. Он состоит из датчика термобатареи, который прочно прикреплен к испытательной зоне для контроля теплового потока изнутри наружу. Коэффициент теплопередачи получается путем деления среднего теплового потока (потока) на среднюю разницу температур (между внутренней и внешней частями) в течение непрерывного периода около 2 недель (или более года в случае плиты первого этажа из-за накопления тепла в земля).
Точность измерений зависит от ряда факторов:
- Величина разности температур (больше = точнее)
- Погодные условия (облачно лучше, чем солнечно)
- Хорошая адгезия термобатарей к зоне испытаний
- Продолжительность мониторинга (большая продолжительность позволяет получить более точное среднее значение)
- Большее количество контрольных точек обеспечивает большую точность, чтобы уменьшить аномалии
Два усложняющих фактора, которые могут повлиять на теплопроводность материалов:
- Температура окружающей среды из-за скрытой жары и других факторов
- Воздействие конвекционных токов (увеличение конвекции способствует тепловому потоку)
Калькуляторы U-значения
Поскольку расчет значений U может занимать много времени и быть сложным (особенно, когда, например, необходимо учитывать холодное мостовое соединение), были выпущены многочисленные онлайн-калькуляторы значений U.Однако многие из них доступны только по подписке, а те, которые являются бесплатными, имеют тенденцию быть слишком упрощенными. Другой вариант — запросить расчет, например, у производителя изоляции, чей продукт указывается.
Утвержденные строительные нормы и правила Документы L1A, L2A, L1B и L2B в Англии и Уэльсе все ссылаются на публикацию BR 443 Условные обозначения для расчетов U-значений II для утвержденных методологий расчета, в то время как сопутствующий документ Условные обозначения U-значений в практика.Работающие примеры с использованием BR 443 III дают полезные рекомендации.
R-значение, или теплоизоляция (обратная U-величина)
Теплоизоляция является обратным коэффициентом теплопередачи; другими словами, способность материала противостоять тепловому потоку. R-значения чаще используются в определенных частях мира (например, в Австралии), в отличие от предпочтений Великобритании для U-значений. Единицами измерения для коэффициента теплопередачи являются м²K / Вт, и, опять же, более высокая цифра указывает на лучшую производительность (в отличие от более низкой цифры, требуемой для значения U).
k-значение, или теплопроводность (также известная как лямбда или λ-значение; обратная величина теплового удельного сопротивления)
Теплопроводность — это способность материала проводить тепло. Следовательно, высокая теплопроводность означает, что теплопередача через материал будет происходить с более высокой скоростью; обратите внимание, что это также зависит от температуры. Единицы теплопроводности — Вт / мК. Однако, в отличие от значений U и R, значения k не зависят от толщины рассматриваемого материала.
Значение Y, или коэффициент теплопроводности, или коэффициент теплопередачи
Способность материала поглощать и выделять тепло из внутреннего пространства при изменении температуры этого пространства называется теплопроводностью (или коэффициентом теплопередачи ) и определяется в BS EN ISO 13786: 2007 Тепловые характеристики строительных компонентов IV . Это также обеспечивает основу для «реализации динамической модели» в CIBSE Guide A: Экологический проект V , который используется для расчета нагрузок охлаждения и летних температур в помещении.Чем выше коэффициент теплопроводности, тем выше будет тепловая масса. Коэффициент теплопроводности аналогичен коэффициенту теплопередачи (и использует те же единицы измерения). Однако он измеряет теплоемкость материала, то есть способность материала накапливать и выделять тепло в течение периода времени, обычно 24 часа. Как и в случае коэффициента теплопередачи, единицами измерения являются Вт / м2К.
Обратите внимание, что коэффициент теплопроводности 9001 «значение Y» не следует путать с коэффициентом теплового моста «значение y», которое определяется в Приложении K Стандартной процедуры оценки (SAP) как полученное из линейного коэффициента теплопередачи.
фунт / кв.дюйм (Ψ) или линейный коэффициент теплопередачи
Мера потерь тепла из-за теплового моста называется линейным коэффициентом теплопередачи (в отличие от коэффициента теплопередачи «площадь», который иначе называется величиной U), причем единицами измерения снова являются Вт / м²К. Значения Psi используются для получения значений y (коэффициент теплового моста ) в Приложении K Стандартной процедуры оценки.
Тепловое сопротивление (обратное теплопроводности)
Тепловое сопротивление — это способность материала сопротивляться теплопроводности через него.Как и k-значение, это свойство не зависит от толщины рассматриваемого материала. Единицы измерения удельного теплового сопротивления: K⋅m / W.
Теплопроводность (обратная тепловое сопротивление)
Это относится к количеству тепла, проведенного через материал данного объема, в единицу времени, то есть к скорости проводимости. Таким образом, единицами измерения являются W / K.
Тепловое сопротивление (обратное теплопроводности)
Это мера того, насколько хорошо материал может сопротивляться теплопроводности через него, и измеряется в кВт / Вт.Как и в случае теплопроводности, это мера скорости передачи для данного объема.
Тепловая масса
До сих пор в значительной степени игнорируется в строительной отрасли Великобритании, тепловая масса (в отличие от теплового допуска) получается из удельной теплоемкости (способность материала сохранять тепло относительно его массы), плотности и теплопроводность (насколько легко тепло может проходить через материал). Теплопроводность используется SAP 2009 в форме значения ‘k’ (или каппа) при расчете параметра тепловой массы (TMP).Значение «k» представляет собой теплоемкость на единицу площади «термически активной» части строительного элемента (только первые 50 мм или около того толщины элемента реально влияют на тепловую массу, так как она уменьшается с увеличением глубины в элемент; за 100 мм эффект незначителен). Следует отметить, что значение «k» является приблизительным, так как сделаны предположения о степени термически активных объемов материала; кроме того, он игнорирует влияние теплопроводности при расчете периода, в течение которого тепло поглощается и выделяется из материала.BS EN ISO 13786 VI обеспечивает более эффективный метод определения тепловой массы. Тепловую массу не следует путать с изоляцией.
Значение тепловой массы не может быть переоценено, как показано на следующих примерах:
| Наращивание стен | U-значение | Тепловая пропускная способность | Тепловая масса |
| 2 Вт / м²K | 4.26 Вт / м²K | 169 кДж / м²K |
| 0,19 Вт / м²K | 1,86 Вт / м²K | 9 кДж / м²K |
Обратите внимание, насколько плоха тепловая масса современной полой стены по сравнению со сплошной кирпичной стеной.Тем не менее, заменив 13-миллиметровую «мокрую» штукатурку на подкладку, можно значительно увеличить пропускную способность:
| Наращивание стен | U-значение | Тепловая пропускная способность | Тепловая масса |
| 0.19 Вт / м²K | 2,74 Вт / м²K | 60 кДж / м²K |
Таким образом, разъединение гипсокартона таким образом позволяет почти полностью удалить эффективную тепловую массу в доме, построенном по современным стандартам и технологиям.
Использование тепловой массы для борьбы с летним перегревом более подробно обсуждается в серии статей Адаптация к изменению климата в зданиях: избыточное тепло , первая часть VII и две VIII .
Декремент
Описывает способ, которым плотность, теплоемкость и теплопроводность материала могут замедлять прохождение тепла от одной стороны к другой, а также уменьшать эти коэффициенты усиления при прохождении через него. Следовательно, это влияет на тепловые характеристики здания в теплое время года. Они называются , задержка декремента, и , коэффициент декремента , соответственно.
Химическая фаза
Когда материал меняет состояние с твердого на жидкое или с жидкого на газ, теплопроводность этого материала может изменяться.Это связано с поглощением и выделением скрытой теплоты, а также может происходить в меньших масштабах, что может быть выгодно в конструкции.
Материалы становятся все более доступными, что может обеспечить высокую тепловую массу из небольших объемов. Известные как материалы с изменением фазы (PCM), это вещества, которые могут накапливать и выделять скрытое тепло при плавлении и затвердевании, соответственно, в узком диапазоне температур. Эти материалы могут быть микрокапсулированы в определенных типах строительных материалов, таких как штукатурка или глина, для формирования облицовочных плит или потолочных плиток.Они также могут быть макро-инкапсулированы, например, в. теплообменных пластин для использования в охлаждающих и вентиляционных установках , и в настоящее время исследуются на предмет их включения в пенополиуретановые панели для таких применений, как композитные облицовочные панели с металлической облицовкой. Преимущество ПКМ состоит в том, что они могут обеспечить значительное количество тепловой массы, будучи при этом очень тонкими; то есть тепловая масса кажется непропорционально большой по сравнению с физической толщиной материала.
PCM могут предложить практическое решение для повторного введения тепловой массы в легких зданиях, чтобы противостоять перегреву, и более подробно обсуждаются в серии статей Адаптация к изменению климата в зданиях: избыточное тепло (часть вторая) IX .
Хотите узнать больше контента? Подпишитесь на новостную рассылку NBS eWeekly.
Зарегистрируйтесь сейчас
,
Что говорит наука …
Небольшие количества очень активных веществ могут вызывать большие эффекты.
CO 2 составляет 390 промилле (0,039%) * атмосферы, как такое небольшое количество может быть важным? Сказать, что CO 2 означает «только следовый газ» , все равно что сказать, что мышьяк является «только» следовым загрязнителем воды.Небольшие количества очень активных веществ могут вызвать большие эффекты.
Некоторые примеры важных небольших сумм:
- Он не был пьяным за рулем, у него просто был след алкоголя в крови; 800 ppm (0,08%) — это предел во всех 50 штатах США, а в большинстве других стран они ниже.
- Ирландия не важна; это только 660 промилле (0,066%) населения мира.
- Эта таблетка ибупрофена не может тебе помочь; это только 3 ppm вашего веса тела (200 мг на 60 кг человека).
- Земля незначительно , это только 3 ppm массы Солнечной системы.
- Ваши дети могут пить эту воду, в ней содержится только следов мышьяка (0,01 промилле — предел ВОЗ и EPA США).
- Озон — это только , — следовой газ : 0,1 ч / млн — предел воздействия, установленный Национальным институтом безопасности и гигиены труда США.Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует ограничение по озону 0,051 ч / млн.
- Несколько частей на миллион чернил могут превратить ведро воды в синий цвет. Цвет вызван поглощением желтого / красного цветов от солнечного света, оставляя синий. В два раза больше чернил приводит к гораздо более яркому цвету, хотя общее количество по-прежнему составляет следов относительно воды.
«Следы» CO 2
Несмотря на то, что процент — это удобный способ говорить о количестве газа в атмосфере, он только говорит, сколько там по отношению ко всему остальному; процент не дает абсолютную сумму.
Например, у вас проблемы с дыханием на вершине горы Эверест, хотя в атмосфере все еще содержится 21% кислорода, как на уровне моря. Процент не важен, вам нужно определенное количество молекул кислорода с каждым вдохом, независимо от того, насколько они разбавлены инертными газами. На высоте 8000 м вся атмосфера разбавлена.
Общее количество CO 2 молекул над нашими головами в атмосфере важнее, чем их процент в атмосфере.Если бы количество инертного газообразного азота (N 2 ) в атмосфере сократилось бы вдвое, то процентное содержание CO 2 увеличилось бы (примерно до 600 ppm; 0,06%) без изменения абсолютного количества. CO 2 и без существенных изменений в энергетическом балансе Земли. Добавление огромного количества поглощающих энергию молекул CO 2 в атмосферу не сильно меняет процентное содержание, только потому, что оно добавляется к обширному инертному фону N 2 .
Мы знаем, что количество CO 2 в атмосфере увеличилось, потому что мы измерили его. Мы знаем, что климат стал теплым из текущих и исторических данных. Связь между увеличением парниковых газов и повышением температуры очевидна: подобно тому, как чернила делают воду более окрашенной, CO 2 делает атмосферу более поглощающей. Дополнительный CO 2 в нашей атмосфере улавливает энергию, которая в противном случае улетела бы в космос. Измеренное глобальное потепление близко соответствует количеству энергии, захваченной парниковыми газами, добавленными в атмосферу.
Удвоение молекулы следа CO 2 с 280 до 560 промилле все равно составляет следа , но, как и в случае мышьяка, разница между малым следом и следом является фатальной.
* Чтобы преобразовать ppm в процентное деление на 10000.
Фото предоставлено: http://www.photographyblogger.net/15-cool-pictures-of-ink-in-water/
Основное опровержение, написанное Сарой
Обновление июль 2015 г. :
Вот связанное видео лекции от Denial101x — Осмысление науки о климате Отрицание
Последнее обновление: 8 июля 2015 г., MichaelK.Посмотреть архив
,
Итерационный расчет коэффициента теплопередачи
Естественная конвекция. Сила плавучести
Естественная конвекция При естественной конвекции движение жидкости происходит естественными способами, такими как плавучесть. Поскольку скорость жидкости, связанная с естественной конвекцией, относительно мала, коэффициент теплопередачи
Дополнительная информация
Передача тепла и энергии
Что такое тепло? Теплообмен и энергия Тепло — это энергия в пути.Напомним первый закон из термодинамики. U = Q — W Что мы подразумевали под всеми терминами? Что такое U? Что такое Q? Что такое W? Что такое теплообмен?
Дополнительная информация
Замечание по применению AN-1057
Указание по применению Характеристики радиатора AN-1057 Оглавление Страница Введение … 1 Максимизация теплового управления … 1 Основы теплообмена … 1 Термины и определения … 2 Режимы теплообмена … 2
Дополнительная информация
Лекция 9, Тепловые заметки, 3.054
Лекция 9, «Тепловые заметки», 3.054. Тепловые свойства пеноматериалов. Пены с закрытыми порами, широко используемые для теплоизоляции. Только материалы с более низкой проводимостью являются аэрогелями (как правило, хрупкими и слабыми) и вакуумом
Дополнительная информация
Вязкость жидкостей
Эксперимент № 11 «Вязкость жидкостей». Список литературы: 1. Ваш первый год учебник по физике.2. Д. Табор, Газы, жидкости и твердые вещества: и другие состояния вещества (Cambridge Press, 1991). 3. Дж. Р. Ван Вазер и др.
Дополнительная информация
Тепловые и массовые корреляции
Тепловые и массовые корреляции Александр Раттнер, Джонатан Борен 13 ноября 008 г. Содержание 1 Безразмерные параметры Граница ayer Аналогии — Требуют геометрического сходства 3 Внешний поток 3 3.1 Внешний
Дополнительная информация
Строительство и окружающая среда
Building and Environment xxx (21) 1e9 Списки содержания доступны на домашней странице журнала ScienceDirect Building and Environment: www.elsevier.com/locate/buildenv Бассейны в качестве радиаторов для кондиционеров:
Дополнительная информация
ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (THERM)
УНИВЕРСИТЕТ СЮРРЕЙСКОГО ОТДЕЛА ФИЗИКИ Уровень 2 Классический лабораторный эксперимент ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (THERM) Цели В этом эксперименте вы изучите основные характеристики теплового излучения,
Дополнительная информация
Вязкость жидкостей
Эксперимент № 11 Вязкость жидкостей. Литература: 1.Ваш первый год учебник физики. 2. Д. Табор, Газы, жидкости и твердые вещества: и другие состояния вещества (Cambridge Press, 1991). 3. Дж. Р. Ван Вазер и др.
Дополнительная информация
1. Теоретическое обоснование
1. Теоретическое обоснование Рассмотрим энергетический баланс на поверхности почвы (уравнение 1). Компоненты потока энергии, поглощаемые или испускаемые поверхностью почвы: чистая радиация, скрытый тепловой поток, ощутимое тепло
Дополнительная информация
Экспериментальные неопределенности (ошибки)
Экспериментальные неопределенности (ошибки) Источники экспериментальных неопределенностей (экспериментальные ошибки): Все измерения подвержены некоторой неопределенности, так как широкий диапазон ошибок и неточностей может и случается.
Дополнительная информация
ИНИЦИАТИВА ПО НАУЧНЫМ ЭНЕРГЕТИКАМ
ИНИЦИАТИВА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ Экспериментальный и CFD-анализ современных конвективных систем охлаждения PI: Виктор М. Угаз и Яссин А. Хасан, Техасская инженерная экспериментальная станция Соавторы: нет
Дополнительная информация
8. Испарители * / А. Введение
ГЛАВА 8Испарители 8. Испарители * / A. Введение 8.01 Испаритель является одним из четырех основных и необходимых аппаратных компонентов системы охлаждения. (Хладагент можно считать
Дополнительная информация
ИК Edixeon Emitter. 1 Вт Edixeon
Мощный светодиод 1 Вт Edixeon IR Edixeon Emitter Дата: 2006/06/01 Версия: 2.0 Номер устройства: 3-RD-01-E0009 Believe SRL Via Lago di Trasimeno, 21 — Скио (VI) — Италия TEL: +39/0445 / 579035 ФАКС: +39/0445/575708
Дополнительная информация
Первый закон термодинамики
Первая часть термодинамики Q и W зависит от процесса (пути).(Q W) = E int не зависит от процесса. E int = E int, f E int, i = Q W (первый закон) Q: + тепло в систему; тепло потеряно от
Дополнительная информация
ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. обзор
W H I T E P A P E R ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Обзор В этой белой книге мы определяем, а затем обрисовываем в общих чертах концепцию термического анализа, связанную с дизайном продукта. Обсуждаем принципы проводимости, конвекции,
Дополнительная информация
ТЕПЛО И МАССОВЫЙ ПЕРЕДАЧА
MEL242 ТЕПЛО И МАССОВЫЙ ПЕРЕДАЧА Прабал Талукдар Доцент Кафедра машиностроения г ИИТ Дели prabal @ mech.iitd.ac.in MECH / IITD Координатор курса: Доктор Прабал Талукдар Номер комнаты: III,
Дополнительная информация
,
