Definición de capacidad calorífica en física. Breve información teórica

El cambio de energía interna al realizar trabajo se caracteriza por la cantidad de trabajo, es decir El trabajo es una medida del cambio de energía interna en este proceso. El cambio en la energía interna de un cuerpo durante la transferencia de calor se caracteriza por una cantidad llamada cantidad de calor.

Es un cambio en la energía interna de un cuerpo durante el proceso de transferencia de calor sin realizar trabajo. La cantidad de calor se indica con la letra. q .

Trabajo, energía interna y la cantidad de calor se miden en las mismas unidades: julios ( j), como cualquier tipo de energía.

En las mediciones térmicas, anteriormente se utilizaba una unidad especial de energía como unidad de cantidad de calor: la caloría ( heces), igual a la cantidad de calor necesaria para calentar 1 gramo de agua en 1 grado Celsius (más precisamente, de 19,5 a 20,5 ° C). Esta unidad, en particular, se utiliza actualmente para calcular el consumo de calor (energía térmica) en edificios de apartamentos. Se ha establecido experimentalmente el equivalente mecánico del calor: la relación entre calorías y julios: 1 cal = 4,2 J.

Cuando un cuerpo transfiere una determinada cantidad de calor sin realizar trabajo, su energía interna aumenta; si el cuerpo desprende una determinada cantidad de calor, entonces su energía interna disminuye.

Si viertes 100 g de agua en dos recipientes idénticos, uno y 400 g en el otro a la misma temperatura y los colocas en quemadores idénticos, el agua del primer recipiente hervirá antes. Así, que mas masa cuerpo, entonces gran cantidad necesita calor para calentarse. Lo mismo ocurre con el enfriamiento.

La cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo también depende del tipo de sustancia de la que está formado. Esta dependencia de la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo del tipo de sustancia se caracteriza por una cantidad física llamada capacidad calorífica específica sustancias.

- Este cantidad física, igual a la cantidad de calor que se debe impartir a 1 kg de una sustancia para calentarla 1 ° C (o 1 K). 1 kg de sustancia libera la misma cantidad de calor cuando se enfría 1 °C.

La capacidad calorífica específica se designa con la letra. Con. La unidad de capacidad calorífica específica es 1 J/kg °C o 1 J/kg °K.

La capacidad calorífica específica de las sustancias se determina experimentalmente. Los líquidos tienen una capacidad calorífica específica mayor que los metales; El agua tiene el calor específico más alto, el oro tiene un calor específico muy pequeño.

Dado que la cantidad de calor es igual al cambio en la energía interna del cuerpo, podemos decir que la capacidad calorífica específica muestra cuánto cambia la energía interna. 1 kg sustancia cuando su temperatura cambia en 1ºC. En particular, la energía interna de 1 kg de plomo aumenta en 140 J cuando se calienta 1 °C y disminuye en 140 J cuando se enfría.

Q = c ∙ metro (t 2 - t 1)

La misma fórmula se utiliza para calcular la cantidad de calor que desprende un cuerpo al enfriarse. Sólo en este caso se debe restar la temperatura final a la temperatura inicial, es decir de mayor valor restar la temperatura menor.

Este es un resumen del tema. "Cantidad de calor. Calor especifico". Seleccione los siguientes pasos:

• Ir al siguiente resumen:

Capacidad calorífica del cuerpo. es una cantidad física determinada por la relación entre la cantidad de calor absorbida por un cuerpo cuando se calienta y el cambio en su temperatura:

El significado físico de la capacidad calorífica de un cuerpo: la capacidad calorífica de un cuerpo es igual a la cantidad de calor absorbido por el cuerpo cuando se calienta o liberado cuando se enfría 1K.

Dado que las capacidades caloríficas son variables, se hace una distinción entre capacidades caloríficas medias y reales. La capacidad calorífica promedio es la relación entre la cantidad de calor. q , agregado a una cantidad unitaria de una sustancia (gas), a un cambio en su temperatura de t 1 antes t 2 siempre que la diferencia de temperatura t 2 –t 1 es una cantidad finita. Las capacidades promedio de masa, volumen y calor molar se denotan respectivamente por C metro , C metro ' Y metro . De la definición de capacidad calorífica promedio se deduce que si la temperatura del gas aumenta de t 1 antes t 2 entonces su capacidad calorífica media [kJ/(kg*K)]

Se entiende por capacidad calorífica verdadera la capacidad calorífica de un gas correspondiente a un cambio infinitesimal de temperatura del gas, correspondiente a un cambio infinitesimal de temperatura dt , es decir.

c = dq/dt,

dónde dq = cdt.

Calor especifico- esta es la capacidad de diferentes sustancias para absorber calor cuando se calientan. La capacidad calorífica específica de una sustancia está determinada por la relación entre la cantidad de calor que recibe cuando se calienta y la masa de la sustancia y el cambio en su temperatura, si:

la relación que expresa la relación entre las capacidades caloríficas molares Cp y CV tiene la forma (fórmula de Mayer): Cp = CV + R. O MÁS AMPLIADA Capacidad calorífica de un gas ideal si, como resultado del intercambio de calor, se libera una cierta cantidad de calor se transfiere al cuerpo, luego la energía interna del cuerpo y su temperatura cambian. La cantidad de calor Q necesaria para calentar 1 kg de una sustancia en 1 K se denomina capacidad calorífica específica de la sustancia c. c = Q/(mΔT). En muchos casos es conveniente utilizar la capacidad calorífica molar C: C = M c, donde M es masa molar sustancias. La capacidad calorífica determinada de esta manera no es una característica inequívoca de una sustancia. Según la primera ley de la termodinámica, el cambio en la energía interna de un cuerpo depende no sólo de la cantidad de calor recibido, sino también del trabajo realizado por el cuerpo. Dependiendo de las condiciones en las que se llevó a cabo el proceso de transferencia de calor, el cuerpo podría realizar varios trabajos. Por tanto, una misma cantidad de calor transferida a un cuerpo podría provocar diferentes cambios en su energía interna y, en consecuencia, en su temperatura. Esta ambigüedad en la determinación de la capacidad calorífica es típica sólo de sustancias gaseosas. Cuando se calientan líquidos y sólidos, su volumen prácticamente no cambia y el trabajo de expansión resulta ser cero. Por tanto, toda la cantidad de calor que recibe el cuerpo se destina a cambiar su energía interna. A diferencia de los líquidos y sólidos, el gas puede cambiar mucho su volumen y realizar trabajo durante la transferencia de calor. Por tanto, la capacidad calorífica de una sustancia gaseosa depende de la naturaleza del proceso termodinámico. Generalmente se consideran dos valores de la capacidad calorífica de los gases: CV – capacidad calorífica molar en un proceso isocórico (V = const) y Cp – capacidad calorífica molar en un proceso isobárico (p = const). En el proceso a volumen constante, el gas no realiza ningún trabajo: A = 0. De la primera ley de la termodinámica se sigue que para 1 mol de gas QV = CVΔT = ΔU. El cambio ΔU de la energía interna de un gas es directamente proporcional al cambio ΔT de su temperatura. Para el proceso en presión constante la primera ley de la termodinámica da: Qp = ΔU + p(V2 – V1) = CVΔT + pΔV, donde ΔV es el cambio en el volumen de 1 mol de un gas ideal cuando su temperatura cambia en ΔT. De la siguiente manera: La relación ΔV / ΔT se puede encontrar a partir de la ecuación de estado de un gas ideal, escrita para 1 mol: pV = RT, donde R es la constante universal de los gases. En p = const Por tanto, la relación que expresa la relación entre las capacidades caloríficas molares Cp y CV tiene la forma (fórmula de Mayer): Cp = CV + R.

La constante del gas es numéricamente igual al trabajo de expansión de 1 mol de un gas ideal bajo presión constante cuando se calienta con 1 K. R = pV/T = 1,01 10 5 22,4 10-3/273[Pa m 3 /mol]/ K = 8,31(44) Dl/ (mol K)

La constante universal de los gases es una constante física fundamental universal R, igual al producto de la constante k de Boltzmann y la constante de Avogadro.

Significado físico: Constante de gas i es numéricamente igual al trabajo de expansión de un mol de un gas ideal en un proceso isobárico con un aumento de temperatura de 1 K

En el sistema GHS, la constante del gas es igual a:

La constante específica de los gases es igual a:

Exponente adiabático(aveces llamado coeficientePoison) - la relación entre la capacidad calorífica a presión constante () y la capacidad calorífica a volumen constante (). A veces también se le llama factor isentrópico extensiones. Designada letra griega(gamma) o (kappa). El símbolo de la letra se utiliza principalmente en disciplinas de ingeniería química. En ingeniería térmica se utiliza la letra latina.

Una mezcla de gases es una colección de varios gases diferentes que, en las condiciones consideradas, no entran en reacciones químicas entre sí.

Una mezcla de gases es un sistema termodinámico homogéneo (dentro del cual no hay interfaces que separen partes macroscópicas del sistema que difieran entre sí en sus propiedades y composición).

Presión parcial El Pi del i-ésimo gas en una mezcla es la presión bajo la cual estaría este gas si todos los demás gases se eliminaran de la mezcla y V y T permanecieran iguales.

Ley de Dalton: la presión de una mezcla de gases que no interactúan químicamente entre sí es igual a la suma de las presiones parciales de estos gases.

Para entender lo que es ley de dalton, consideremos para esto el aire de la habitación. Es una mezcla de varios gases: nitrógeno (80%), oxígeno (20%). La presión parcial de cada uno de estos gases es la presión que tendría el gas si por sí solo ocupara todo el volumen. Por ejemplo, si todos los gases excepto el nitrógeno se eliminaran de una habitación, la presión de lo que quedara sería la presión parcial del nitrógeno. ley de dalton Establece que presión total de todos los gases tomados en conjunto es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas por separado. (Estrictamente hablando, la ley se aplica sólo a los gases ideales, pero en una aproximación bastante buena también describe los gases reales).

Primera ley de la termodinámica es una generalización de la ley de conservación y transformación de la energía para sistema termodinámico. Está formulado de la siguiente manera:

Cambiar ΔUd. La energía interna de un sistema termodinámico no aislado es igual a la diferencia entre la cantidad de calor.q , transferido al sistema, y ​​el trabajoA , un sistema perfecto sobre cuerpos externos.

La relación que expresa la primera ley de la termodinámica a menudo se escribe de otra forma:

La cantidad de calor que recibe el sistema se utiliza para cambiar su energía interna y realizar trabajo sobre cuerpos externos.

La primera ley de la termodinámica es una generalización de hechos experimentales. Según esta ley, la energía no se puede crear ni destruir; se transmite de un sistema a otro y se transforma de una forma a otra. Una consecuencia importante La primera ley de la termodinámica es una afirmación sobre la imposibilidad de crear una máquina capaz de realizar un trabajo útil sin consumir energía del exterior y sin ningún cambio dentro de la propia máquina. Esta máquina hipotética se llamó máquina de movimiento perpetuo (perpetuum mobile) del primer tipo . Numerosos intentos de crear una máquina de este tipo siempre terminaron en fracaso. Cualquier máquina puede hacer un trabajo positivo. A por encima de los cuerpos externos sólo debido a la recepción de una cierta cantidad de calor q de los cuerpos circundantes o disminuyendo Δ Ud. tu energía interna.

Apliquemos la primera ley de la termodinámica a los isoprocesos en gases.

EN proceso isocórico (V= constante) el gas no realiza ningún trabajo, A= 0. Por lo tanto,

La primera ley de la termodinámica para un proceso isobárico da:

q = Ud. (t 2) – Ud. (t 1) + pag (V 2 – V 1) = Δ Ud. + pag Δ V.

1. Con expansión isobárica q> 0: el gas absorbe calor y el gas realiza un trabajo positivo. Bajo compresión isobárica q < 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, t 2 < t 1; Ud. < 0.

   la energía interna disminuye, Δ EN proceso isotérmico Ud. = 0.

la temperatura del gas no cambia, por lo tanto, la energía interna del gas, Δ, tampoco cambia

La primera ley de la termodinámica para un proceso isotérmico se expresa mediante la relación q cantidad de calor , obtenido por el gas durante el proceso de expansión isotérmica, se convierte en trabajo sobre cuerpos externos. Durante la compresión isotérmica, el trabajo Fuerzas externas

El calor generado sobre el gas se transforma en calor, que se transfiere a los cuerpos circundantes. Junto con los procesos isocóricos, isobáricos e isotérmicos, la termodinámica a menudo considera procesos que ocurren en ausencia de intercambio de calor con los cuerpos circundantes. Los recipientes con paredes resistentes al calor se llaman conchas adiabáticas , y los procesos de expansión o compresión de gas en tales recipientes se denominan.

la energía interna disminuye, Δ adiabáticoq proceso adiabático

Energía interna del cuerpo- la suma de la energía cinética del movimiento caótico de las moléculas con respecto al centro de masa del cuerpo y la energía potencial de interacción de las moléculas entre sí (pero no con las moléculas de otros cuerpos). Depende de la temperatura y el volumen.

Podemos cambiar la energía del cuerpo trabajando sobre él. Por ejemplo, al inflar un neumático de bicicleta, la bomba se calienta. Algunas personas piensan que debido a que el pistón roza las paredes de la bomba, y la razón es que comprimimos el gas, hacemos trabajo sobre él, lo que va a aumentar la energía interna y esto se manifiesta como una aumento de temperatura.

Hay otra forma de cambiar la energía interna de un cuerpo sin realizar trabajo: la transferencia de calor.

Transferencia de calor

Transferencia de calor- un método para transferir la energía interna del cuerpo sin realizar trabajo.

La transferencia de calor se puede transferir de tres formas:

• conductividad térmica;
• convección;
• radiación (radiación);

Estas tres formas pueden cambiar la energía interna del cuerpo.

La combinación de todos los tipos de transferencia de calor se denomina transferencia de calor compleja. Los procesos de transferencia de calor pueden ocurrir en diferentes ambientes: sustancias puras con o sin cambio en el estado agregado de los medios de trabajo, etc. Dependiendo de esto, la transferencia de calor se produce de manera diferente y se describe mediante diferentes ecuaciones.

Conductividad térmica

El proceso de transferencia de calor por conductividad térmica se produce mediante el contacto directo de cuerpos o partículas de cuerpos con diferentes temperaturas y es un proceso molecular de transferencia de calor debido a la vibración de las moléculas. Las moléculas con una amplitud de vibración mayor hacen que las moléculas vecinas con una amplitud de vibración menor vibren con mayor frecuencia.

Cuando el cuerpo se calienta energía cinética sus moléculas aumentan y las partículas de la parte más caliente del cuerpo, al chocar con las moléculas vecinas, les imparten parte de su energía cinética. En este caso, las partes más calientes del cuerpo se enfrían y las menos calientes se calientan.

Convección

La convección es la transferencia de calor al mover o mezclar toda la masa de líquidos o gases calentados de manera desigual. En este caso, la transferencia de calor depende de la velocidad de movimiento del líquido o gas en proporción directa.

Transferencia de calor convectiva- transferencia simultánea de calor por convección y conductividad térmica. En los cálculos de ingeniería, a menudo se determina la transferencia de calor por convección entre flujos de líquido o gas y una superficie. sólido. Este proceso de transferencia de calor por convección se llama transferencia de calor por convección o simplemente transferencia de calor.

Radiación

Radiación ( Radiación termal, radiación) es el proceso de transferir calor a la energía interna de un cuerpo en la forma ondas electromagnéticas.

Este proceso ocurre en tres etapas:

• conversión de parte de la energía interna de un cuerpo en energía de ondas electromagnéticas;
• propagación de ondas electromagnéticas en el espacio;
• absorción de energía de radiación por otro cuerpo.

Transferencia de calor por conducción de radiación.- intercambio de calor conjunto por radiación y conductividad térmica.

cantidad de calor

Cantidad de calor (Q)- la energía impartida al cuerpo durante el proceso de transferencia de calor se llama cantidad de calor y se mide en [J].

Si estado de agregación la sustancia no cambia (no cambia energía potencial interacción de moléculas entre sí y la cinética cambia), entonces el cambio en la energía interna está asociado con un cambio en la temperatura interna.

Q ~ ΔТ
La cantidad de calor recibido es directamente proporcional a la diferencia de temperatura corporal.

El coeficiente de proporcionalidad depende del cuerpo, la masa y el volumen y es una característica del cuerpo. Si tomamos un vaso de agua y aumentamos la temperatura en 1 Kelvin, entonces necesitamos una cantidad de calor. Si tomamos el mar, necesitaremos una cantidad de calor completamente diferente.

Q = СΔТ
C es la capacidad calorífica del cuerpo.

Capacidad calorífica del cuerpo.- una cantidad física numéricamente igual a la cantidad de calor que el cuerpo necesita comunicar para aumentar su temperatura en 1 Kelvin.

Calor especifico

La capacidad calorífica de un cuerpo depende directamente de la masa del cuerpo, es decir ésta es una propiedad de la materia.

C = cm, с=С/m, [c] = [J/kg*K]
C es la capacidad calorífica específica (capacidad calorífica de la sustancia).

En consecuencia, la fórmula para la cantidad de calor se puede escribir de la siguiente forma.

Q = cmΔТ
c - capacidad calorífica de la sustancia
metro - peso corporal
ΔT - diferencia de temperatura

Calor especifico sustancias- una cantidad física numéricamente igual a la cantidad de calor que se debe impartir a un kg de una sustancia para aumentar su temperatura en 1 Kelvin.

La capacidad calorífica es la capacidad de absorber cierta cantidad de calor durante el calentamiento o liberarlo durante el enfriamiento. La capacidad calorífica de un cuerpo es la relación entre la cantidad infinitesimal de calor que recibe el cuerpo y el correspondiente aumento de sus indicadores de temperatura. El valor se mide en J/K. En la práctica, se utiliza un valor ligeramente diferente: la capacidad calorífica específica.

Definición

¿Qué significa capacidad calorífica específica? Esta es una cantidad relacionada con una cantidad unitaria de una sustancia. En consecuencia, la cantidad de una sustancia se puede medir en metros cúbicos, kilogramos o incluso moles. ¿De qué depende esto? En física, la capacidad calorífica depende directamente de qué unidad cuantitativa se refiere, y por lo tanto distingue, entre capacidad calorífica molar, másica y volumétrica. EN industria de construccion no tendrás una cita medidas molares, pero con otros, muy a menudo.

¿Qué afecta la capacidad calorífica específica?

Ya sabes qué es la capacidad calorífica, pero aún no están claros qué valores afectan al indicador. El valor de la capacidad calorífica específica se ve directamente afectado por varios componentes: la temperatura de la sustancia, la presión y otras características termodinámicas.

A medida que aumenta la temperatura de un producto, aumenta su capacidad calorífica específica, pero determinadas sustancias tienen una curva completamente no lineal en esta dependencia. Por ejemplo, con un aumento en los indicadores de temperatura de cero a treinta y siete grados, la capacidad calorífica específica del agua comienza a disminuir, y si el límite está entre treinta y siete y cien grados, entonces el indicador, por el contrario, aumentará. aumentar.

Vale la pena señalar que el parámetro también depende de cómo se permite que cambien las características termodinámicas del producto (presión, volumen, etc.). Por ejemplo, la capacidad calorífica específica a presión estable y a volumen estable será diferente.

¿Cómo calcular el parámetro?

¿Estás interesado en cuál es la capacidad calorífica? La fórmula de cálculo es la siguiente: C=Q/(m·ΔT). ¿Qué tipo de significados son estos? Q es la cantidad de calor que recibe el producto cuando se calienta (o que libera el producto durante el enfriamiento). m es la masa del producto y ΔT es la diferencia entre las temperaturas final e inicial del producto. A continuación se muestra una tabla de la capacidad calorífica de algunos materiales.

¿Qué se puede decir sobre el cálculo de la capacidad calorífica?

Calcular la capacidad calorífica no es la tarea más fácil, especialmente si se utilizan métodos exclusivamente termodinámicos, es imposible hacerlo con mayor precisión. Por eso los físicos utilizan métodos. física estadística o conocimiento de la microestructura de los productos. ¿Cómo hacer cálculos para el gas? La capacidad calorífica del gas se calcula a partir del cálculo. energía promedio Movimiento térmico de moléculas individuales en una sustancia. Los movimientos moleculares pueden ser de traslación o de rotación, y dentro de una molécula puede haber un átomo completo o una vibración de átomos. Estadísticas clásicas dice que para cada grado de libertad de rotación y movimientos de traslacion está en valor molar, que es igual a R/2, y para cada grado de libertad vibracional el valor es igual a R. Esta regla también se llama ley de equipartición.

En este caso, una partícula de gas monoatómico tiene sólo tres grados de libertad de traslación y, por tanto, su capacidad calorífica debería ser igual a 3R/2, lo que concuerda perfectamente con el experimento. Cada molécula de gas diatómico se distingue por tres grados de libertad de traslación, dos de rotación y uno de vibración, lo que significa que la ley de equipartición será igual a 7R/2, y la experiencia ha demostrado que la capacidad calorífica de un mol de gas diatómico a temperatura normal es 5R/2. ¿Por qué hubo tal discrepancia entre las teorías? Todo esto se debe al hecho de que al establecer la capacidad calorífica será necesario tener en cuenta diferentes efectos cuánticos, en otras palabras, utilizar estadísticas cuánticas. Como puede ver, la capacidad calorífica es un concepto bastante complejo.

La mecánica cuántica dice que cualquier sistema de partículas que vibre o gire, incluida una molécula de gas, puede tener ciertas valores discretos energía. Si la energía del movimiento térmico en el sistema instalado es insuficiente para excitar oscilaciones de la frecuencia requerida, entonces estas oscilaciones no contribuyen a la capacidad calorífica del sistema.

En los sólidos, el movimiento térmico de los átomos son vibraciones débiles cerca de ciertas posiciones de equilibrio, esto se aplica a los nodos. red cristalina. Un átomo tiene tres grados de libertad vibratorios y, según la ley, la capacidad calorífica molar de un cuerpo sólido es igual a 3nR, donde n es el número de átomos presentes en la molécula. En la práctica, este valor es el límite al que tiende la capacidad calorífica de un cuerpo a altas temperaturas. El valor se logra con cambios de temperatura normales para muchos elementos, esto se aplica tanto a los metales como a los compuestos simples. También se determina la capacidad calorífica del plomo y otras sustancias.

¿Qué pasa con las bajas temperaturas?

Ya sabemos qué es la capacidad calorífica, pero si hablamos de temperaturas bajas Entonces, ¿cómo se calculará el valor? Si estamos hablando acerca de sobre indicadores de baja temperatura, entonces la capacidad calorífica de un cuerpo sólido resulta ser proporcional t 3 o la llamada ley de capacidad calorífica de Debye. Criterio principal, permitiendo distinguir alto rendimiento temperaturas desde bajas, es común compararlas con las características de una determinada sustancia parámetro: esta puede ser la característica o la temperatura de Debye q D. El valor presentado está determinado por el espectro de vibración de los átomos del producto y depende en gran medida de la estructura cristalina.

En los metales, los electrones de conducción contribuyen en cierta medida a la capacidad calorífica. Esta parte La capacidad calorífica se calcula utilizando la estadística de Fermi-Dirac, que tiene en cuenta los electrones. La capacidad calorífica electrónica de un metal, que es proporcional a la capacidad calorífica habitual, es un valor relativamente pequeño y contribuye a la capacidad calorífica del metal sólo a temperaturas cercanas a cero absoluto. Entonces la capacidad calorífica de la red se vuelve muy pequeña y puede despreciarse.

Capacidad calorífica masiva

La capacidad calorífica específica de masa es la cantidad de calor que se requiere agregar a una unidad de masa de una sustancia para calentar el producto en una unidad de temperatura. Designada valor dado letra C y se mide en julios dividido por kilogramo por kelvin - J/(kg K). Eso es todo en cuanto a la capacidad calorífica masiva.

¿Qué es la capacidad calorífica volumétrica?

La capacidad calorífica volumétrica es una cierta cantidad de calor que debe suministrarse a una unidad de volumen de un producto para calentarlo por unidad de temperatura. Medido este indicador en julios dividido por metro cúbico por kelvin o J/(m³ K). En muchos libros de referencia de construcción, lo que se considera es la capacidad calorífica específica de la masa en la obra.

Aplicación práctica de la capacidad calorífica en la industria de la construcción.

En la construcción de paredes resistentes al calor se utilizan activamente muchos materiales que consumen mucho calor. Esto es extremadamente importante para las casas que se caracterizan por un calentamiento periódico. Por ejemplo, una estufa. Los productos que consumen mucho calor y las paredes construidas a partir de ellos acumulan calor perfectamente, lo almacenan durante los períodos de calefacción y lo liberan gradualmente después de apagar el sistema, lo que le permite mantener una temperatura aceptable durante todo el día.

Así, cuanto más calor se almacene en la estructura, más cómoda y estable será la temperatura en las habitaciones.

Vale la pena señalar que el ladrillo y el hormigón ordinarios utilizados en la construcción de viviendas tienen una capacidad calorífica significativamente menor que el poliestireno expandido. Si tomamos la lana ecológica, tiene tres veces más capacidad calorífica que el hormigón. Cabe señalar que no en vano la masa está presente en la fórmula para calcular la capacidad calorífica. Gracias a la enorme y enorme masa de hormigón o ladrillo en comparación con la lana ecológica, permite que las paredes de piedra de las estructuras acumulen enormes cantidades de calor y suavicen todas las fluctuaciones diarias de temperatura. Solo baja masa El aislamiento en todas las casas de estructura, a pesar de su buena capacidad calorífica, es el área más débil de todas las tecnologías de estructura. Resolver este problema En todas las casas hay instalados impresionantes acumuladores de calor. ¿Lo que es? Estas son partes estructurales que difieren gran masa con suficiente buen indicador capacidad calorífica.

Ejemplos de acumuladores de calor en la vida real.

¿Qué podría ser? Por ejemplo, algunas paredes internas de ladrillo, una gran estufa o chimenea, soleras de hormigón.

Los muebles de cualquier casa o apartamento son excelentes acumuladores de calor, porque la madera contrachapada, el aglomerado y la madera pueden almacenar tres veces más calor por kilogramo de peso que el famoso ladrillo.

¿Existen desventajas para los acumuladores térmicos? Por supuesto, la principal desventaja de este enfoque es que el acumulador de calor debe diseñarse en la etapa de creación de un modelo de una casa de madera. Esto se debe al hecho de que es pesado, y esto deberá tenerse en cuenta al crear la base y luego imaginar cómo se integrará este objeto en el interior. Vale decir que tendrás que tener en cuenta no solo la masa, sino que deberás evaluar ambas características en tu trabajo: masa y capacidad calorífica. Por ejemplo, si se utiliza como acumulador de calor oro con un increíble peso de veinte toneladas por metro cúbico, el producto funcionará según sea necesario sólo un veintitrés por ciento mejor que un cubo de hormigón que pesa dos toneladas y media.

¿Qué sustancia es la más adecuada para un acumulador de calor?

el mejor producto¡Para un acumulador de calor no es hormigón ni ladrillo en absoluto! El cobre, el bronce y el hierro hacen frente bien a esta tarea, pero son muy pesados. Por extraño que parezca, ¡el mejor acumulador de calor es el agua! El líquido tiene una capacidad calorífica impresionante, la mayor entre las sustancias de que disponemos. Más capacidad calorífica solo para gases de helio (5190 J/(kg K) e hidrógeno (14300 J/(kg K), pero su uso en la práctica es problemático. Si lo desea y es necesario, consulte la tabla de capacidad calorífica de las sustancias que necesita.

La capacidad calorífica de un cuerpo se caracteriza por la cantidad de calor , necesario calentar este cuerpo en un grado (J/grado). Si para aumentar la temperatura de un cuerpo en T grados es necesario informarle ΔQ julios, entonces la capacidad calorífica promedio del cuerpo en el intervalo ΔT se determina como:

La capacidad calorífica de un cuerpo es proporcional a su masa y depende de la sustancia del cuerpo. La capacidad calorífica específica Csp de una sustancia determinada (madera, hierro, aire, etc.) se caracteriza por la cantidad de calor por grado y se mide en J/kg grados. Calor especifico.

Para los gases, es conveniente utilizar la capacidad calorífica molar (C mol o simplemente C), caracterizada por la cantidad de calor necesaria para calentar un kilomol de una determinada sustancia en un grado.

Es obvio que

C latió /J/kg * grados/ * μ/kg/kmol/ = C /J/kmol * grados/.

Dado que 1 kilomol de cualquier gas contiene el mismo número de moléculas y la energía cinética promedio de las moléculas no depende de su masa, podemos esperar que las capacidades caloríficas molares de todos los gases suficientemente enrarecidos sean las mismas.

La capacidad calorífica de un cuerpo depende en gran medida de cómo cambian los estados del cuerpo durante el proceso de calentamiento. Por simplicidad, consideremos un gas monoatómico ideal. Si calentamos un gas encerrado en un volumen cerrado, V = constante (Fig. 1, a), entonces todo el calor suministrado ΔQ solo aumentará la energía interna del gas. Entonces la primera ley de la termodinámica en ΔA = 0 tendrá la forma: ΔQ = ΔU.

En este caso, la temperatura del gas aumentará de acuerdo con el aumento de su energía interna, lo que significa que la temperatura de un gas ideal es proporcional a su energía interna. La presión del gas R. también aumentará en proporción a la temperatura. Denotaremos por C la capacidad calorífica de un gas a volumen constante.

Si queremos que se mantenga la presión durante el proceso de calentamiento, se debe permitir que el gas se expanda. Para ello, colocamos el gas en un cilindro con pistón, que está sujeto a una presión constante P = const (Fig. 1, b). Dado que la energía interna U de un gas ideal no depende de su volumen, la cantidad de calor necesaria para aumentarlo seguirá siendo la misma. Pero cuando el gas se calienta a la misma temperatura, parte del calor suministrado ahora se gasta en trabajo contra fuerzas externas durante la expansión del gas. En consecuencia, para calentar el gas a la misma temperatura que en el caso anterior (V = const), habrá que gastar más calor. Por tanto, la capacidad calorífica ΔQ/ΔT del gas a presión constante, que denotamos por C p. , será mayor que C V .

Este ejemplo es muy importante. Muestra que la cantidad de calor ΔQ necesaria para calentar el gas en ΔT grados depende significativamente de condiciones adicionales: la naturaleza de las mediciones de otros parámetros microscópicos que determinan el estado del gas, es decir, P. y V. Además de los procesos considerados caracterizado por lo más simple condiciones adicionales V = const y P. = const, podemos considerar muchos otros que corresponden varios cambios V y R. cuando se calienta. Cada proceso tendrá su propia capacidad calorífica C.

Valores C r. y C v para un gas ideal están relacionados mediante una relación simple:

De r. – С v = R (2)

Esta relación se llama ley de Robert Mayer, que obtuvo en 1842.

Para un gas ideal, la capacidad calorífica molar a presión constante excede la capacidad calorífica molar a volumen constante en el valor R, es decir, en 8,31 kJ/kmol grados.

La constante universal de los gases R es numéricamente igual al trabajo de expansión de un kilomol de un gas ideal cuando se calienta un grado a presión constante.

La experiencia demuestra que en todos los casos la conversión de energía mecánica en energía térmica y viceversa se produce siempre en cantidades estrictamente equivalentes. Dado que el movimiento térmico en última instancia también es movimiento mecánico moléculas individuales (solo que no dirigidas, sino caóticas), entonces durante todas estas transformaciones se debe observar la ley de conservación de la energía, teniendo en cuenta la energía no solo de los movimientos externos, sino también internos. Esta formulación general de esta ley se llama primera ley de la termodinámica y se escribe como:

ΔQ = ΔU + ΔA, es decir

La cantidad de calor impartida al cuerpo (ΔQ) se destina a aumentar la energía interna (ΔU) y a realizar trabajo con calor (ΔA).

Sin embargo, si el recipiente con el gas en expansión está térmicamente aislado del medio ambiente, entonces no habrá intercambio de calor, es decir, ΔQ = 0. El proceso que ocurre en estas condiciones se llama adiabático. La ecuación de la primera ley de la termodinámica para un proceso adiabático tomará entonces la forma:

ΔQ = 0 0 = ΔU + ΔA o ΔA = - ΔU. (3)

En consecuencia, durante un proceso adiabático, el trabajo se realiza únicamente debido a la energía interna del gas. Durante la expansión adiabática, el gas realiza trabajo y su energía interna y, por tanto, su temperatura disminuyen. Durante la compresión adiabática, el trabajo del gas es negativo ( ambiente externo realiza trabajo sobre el gas), la energía interna y la temperatura del gas aumentan.

La capacidad calorífica durante un proceso adiabático será igual a 0, es decir

La ecuación que describe el proceso adiabático tiene la forma:

PVγ = constante; donde γ = С Р /С V. (4)

Dado que С Р >С V , entonces γ>1 y la curva representada por la ecuación (4) es más pronunciada que la isoterma (Fig. 2). La cantidad de trabajo realizado por un proceso adiabático se puede calcular fácilmente utilizando la ecuación (3):

Para un gas monoatómico C = 12,5 kJ/k mol grados, C r. =C v + =20,8 kJ/k mol deg y el exponente adiabático γ=C P /C v =1,67.

Para gases diatómicos a temperaturas ordinarias.

g=29,1/20,8=1,4.

Para gases poliatómicos, γ está aún más cerca de la unidad.

En motores de alta velocidad Combustión interna y cuando los gases fluyen a través de las boquillas motores de jet El proceso de expansión del gas avanza tan rápidamente que puede considerarse prácticamente adiabático y

calcular usando la ecuación /4/.

La experiencia también demuestra que para vibraciones de sonido con frecuencias mínimas, durante una oscilación /~0,1 s/ la temperatura entre las regiones comprimidas/ por lo tanto calentadas/ y descargadas / y por lo tanto enfriadas/ de la onda no tiene tiempo de nivelarse. En la práctica, el proceso de propagación del sonido puede considerarse adiabático, por lo que la velocidad de propagación del sonido en gas ideal está determinada por la expresión:

Es fácil de encontrar desde aquí:

Por tanto, la determinación de γ se reduce a medir la velocidad del sonido y temperatura absoluta aire. En este trabajo, la velocidad del sonido se determina mediante el método de la onda estacionaria: el método de Kundt.

II. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN EXPERIMENTAL.

Esquema configuración experimental se muestra en la Figura 3. El teléfono T, al recibir una señal eléctrica del generador 1, emite ondas sonoras al tubo 2. Al llegar al micrófono M, la onda sonora se convierte en voltaje, que se suministra a las placas de desviación vertical del osciloscopio electrónico 3. El voltaje se suministra directamente a las placas de desviación horizontal X desde los terminales de salida del generador de sonido. El teléfono está fijado rígidamente al extremo izquierdo del tubo y el micrófono puede moverse libremente dentro de él.

El desplazamiento de fase de la señal que llega a las placas Y con respecto a la señal suministrada a las placas X depende del tiempo que tarda el sonido en recorrer la distancia entre el micrófono y el teléfono, y puede usarse para determinar la longitud de onda λ. Cuando enciende la instalación, los puntos suspensivos deberían ser visibles en la pantalla del osciloscopio. Al cambiar la distancia entre el micrófono y el teléfono, puedes convertir la elipse en una línea recta. Si ahora movemos el micrófono λ/2, volverá a aparecer en pantalla una línea recta, esta vez pasando por otros cuadrantes. Con un mayor desplazamiento, la línea recta volverá a cambiar de dirección, etc. Así, utilizando figuras llamadas figuras de Lissajous, se puede medir directamente la longitud onda de sonido en el aire y usa la fórmula para determinar la velocidad del sonido, donde es la frecuencia del generador en Hz.

III. PROCEDIMIENTO PARA LA REALIZACIÓN DE MEDICIONES.

1. Encienda el osciloscopio y déjelo calentar durante 10 minutos.

2. Encienda y sintonice el generador de sonido a la frecuencia /frecuencia establecida por el profesor/. Configure el voltaje en la salida del generador a 1,5 V.

3. Coloque el indicador de varilla del micrófono 5 en la posición extrema derecha de la escala 4 /Fig/ y aparecerá una figura de Lissajous /elipse o línea recta/ en la pantalla del osciloscopio.

4. Moviendo la varilla con el micrófono hacia la izquierda, fije la posición de la varilla del micrófono / /, en la que la elipse se convierte en una línea recta clara, que corresponde a los nodos. onda estacionaria/cuenta en cm en una escala de 4/.

5. Calcula la diferencia entre los puntos nodales, que es la mitad de la longitud de onda.

11.Sacar conclusiones.

IV. PREGUNTAS DE CONTROL.

Ver obra No. 10.