Как рассчитать количество жидкости для отопления: Расчет водяного отопления частного дома

Сколько надо антифриза для системы отопления

Учитывая особенности наших климатических условий, зимой температура может опускаться до отметки 20-30, а то и 40 градусов по Цельсию. А это значит, если отопление не будет функционировать, а в системе будет вода, она замерзнет. Казалось бы, что в это плохого? А дело все в том, что при замерзании (переходе в твердую фазу) вода увеличивается в объеме на 9%. Следовательно, если жидкость замерзает в системе отопления, есть высокая вероятность, что многие составляющие выйдут из строя: трубы, сам котел, краны и прочие элементы.

Антифриз – как противодействие разрушению системы

Антифриз представляет собой особый теплоноситель, который применяется в различных системах, включая отопительные. В результате существует несколько разновидностей таких смесей, в основе которых лежат водные растворы разных веществ: спиртов, солей, пропиленгликоля, этиленгликоля и прочих. К таким элементам в обязательном порядке добавляются специальные присадки, которые улучшают характеристики растворов. И важным свойством является пониженная температура замерзания.

Антифризы на основе этиленгликоля

В нашей стране популярностью пользуются составы на базе водного раствора этиленгликоля. Во многом такая любовь потребителей к подобному виду антифриза вызвана его доступностью. Ведь на деле такой состав является вредным для здоровья, поэтому нужно исключать его попадание на кожу, тем более в организм. Токсичными являются даже пары смеси. Смертельная доза этиленгликоля для человека – до 5 мл на один килограмм массы тела. Как правило, такой антифриз реализуется в двух видах, отличающихся температурой замерзания:

Чтобы получить требуемую температуру кристаллизации, состав разбавляется водой, желательно, конечно, дистиллированной. Самые часто встречающиеся бренды в России — Hot Blood, Dixis, Nort. Добавляя определенное количество воды, температура замерзания может находиться в диапазоне от -10°С до -65°С. И нужно понимать, что даже при наступлении температуры кристаллизации есть еще немалый температурный диапазон, при котором сохраняется и жидкость, и лед. Подобное состояние именуется шуга. При таких условиях исключается разрыв системы.

В ряде случаев воду нужно заменять специальным составом с низкой температурой замерзания

Чтобы избежать порыва труб при замерзании теплоносителя, в них иногда заливают специальный антифриз для системы отопления. Но использование незамерзающих жидкостей требует учета множества нюансов, потому просто заменять ими воду нельзя. Я расскажу о принципиальных особенностях антифризов и приведу ряд советов по их применению.

Особенности использования незамерзающих жидкостей

Если есть риск промерзания отопительной системы, о защите нужно думать заранее

Проектируя отопительную систему, приходится выбирать — вода или антифриз будут циркулировать в трубах.

Эти жидкости отличаются в первую очередь температурой замерзания: если вода при 0 °С превращается в лед и может порвать трубу, то антифриз сохраняет текучесть и при -60…-70 °С. Для домов, в которых отопительная система используется нерегулярно, это настоящее спасение: риск выходя труб из строя при низких температурах сводится к минимуму.

Еще одна ситуация, в которой понадобится защита от промерзания — регулярные отключения газа или электричества. Для отдаленных районов это весьма акутально!

С другой стороны, если мы хотим использовать антифриз, то нам нужно учесть его особенности:

Для компенсации потерь теплоемкости нужно использовать котел большей мощности

1. Меньшая теплоемкость — на 15–20% ниже, чем у воды. Теплоноситель медленнее прогревается, хуже отдаёт тепло, а значит, потери эффективности нужно компенсировать установкой более мощного отопительного котла.
2. Большая текучесть за счет меньшего поверхностного натяжения. Это не кажется серьезной проблемой только на первый взгляд: как только трубы остывают, теплоноситель начинает просачиваться через все стыки и соединения. Это нужно учитывать при проектировке контуров и оборудовании подключений.

Все разъемные соединения должны быть доступны для осмотра и ремонта, потому от заделки таких узлов под обшивку придется отказаться.

Высокая вязкость составов требует использования циркуляционных насосов

3. Большая плотность и вязкость. Движение антифриза по трубам будет затруднено, а значит, нам понадобится более мощный циркуляционный насос. Кроме того, если изначально в качестве теплоносителя вы планируете использовать незамерзающую жидкость, то лучше сразу выбрать трубы большего диаметра.
4. Расширение при нагревании. Антифриз для систем отопления увеличивается в объеме на 30–50% больше, чем вода. Соответственно, расширительный бак тоже нужно ставить больший.

Коррозия металла под воздействием антифриза может привести к поломке нагревателей

Подводя итог, хочу отметить, что простая замена воды на антифриз без замены элементов системы отопления не принесет желаемого результата. Переход нужно тщательно спланировать, и только после внесения корректировок в конструкцию системы переходить к ее заполнению.

Со временем состав нужно менять — это тоже приводит к дополнительным расходам

Разновидности антифризов

Применение фабричных составов

Ассортимент незамерзающих жидкостей для отопительных систем включает не одну сотню наименований. Но при этом чаще всего составы выпускаются в одной из двух форм:

Составы для заполнения контуров отопления представлены в очень широком ассортименте: выбрать есть из чего!

1. Концентраты. Температура кристаллизации -65 °С. Предполагается, что перед заливкой в трубы состав будет разведен умягченной или дистиллированной водой.
2. Составы, готовые к применению, которые начинают замерзать при -30 °С. Можно сразу заливать в трубы и использовать.

Мы сами можем выбрать, разводить концентрат или брать готовый раствор

Если ваш приоритет — минимальная цена , то можно развести и готовый состав, подняв температуру кристаллизации до -15…-20 °С. Сильнее разбавлять антифриз не нужно: потеря положительных качеств будет очень существенной.

Этиленгликолевые растворы токсичны, но дешевы

На рынке представлены в основном гликолевые составы — водные растворы этилен- и пропиленгликоля. Их характеристики отличаются, причем достаточно сильно:

1. Незамерзающие жидкости на основе этиленгликоля. Достаточно дешевы и эффективны, потому очень популярны. Ограничивающим фактором выступает токсичность этиленгликоля. Состав нельзя использовать ни в двухконтурных системах (есть риск попадания в трубы с горячей одой), ни в открытых системах (ядовитые испарения).

Для двухконтурного котла лучше выбрать пропиленгликолевую жидкость

2. Антифриз на основе пропиленгликоля. Более дорог, но при этом нетоксичен, менее агрессивен к уплотнителям и металлическим компонентам системы. Может применяться в двухконтурных котлах, поскольку его попадание в систему горячего водоснабжения не приводит к отрицательным последствиям.

Фото нагревательного элемента, работавшего в системе с залитым тосолом

3. Тосол. Тоже, по сути, антифриз, но использовать его в системе отопления нельзя. Основная проблема заключается в том, что при контакте с тосолом элементы системы обогрева очень быстро разрушаются.

Водно-спиртовая смесь кустарного производства

Выбирая, какой лучше взять антифриз для обогрева частного дома, нельзя забывать и о спиртовом составе. Его пропорции смело можно назвать классическими: 40% этилового спирта, остальное — дистиллированная вода.

Этиловый спирт довольно дорог, но для систем отопления достаточно самой грубой очистки

Основные достоинства:

1. Приемлемая вязкость. Чуть выше, чем у воды, но значительно ниже, чем у гликолевых составов.
2. Меньшая текучесть. У водно-спиртового раствора достаточное поверхностное натяжение, так что риск протечек в местах соединения ниже.
3. Повышение стойкости труб. Спирт не только выступает в качестве ингибитора коррозии, но и предотвращает развитие накипи на внутренних поверхностях.

Сравнение трубы с обычной водой, и трубы после прочистки и заливки спиртового антифриза

4. Снижение расширения воды. Даже если труба промерзнет насквозь (это произойдет примерно при -23… -25 °С), ледяная пробка не будет давить на стенки изнутри, и риск порыва будет сведен к минимуму.

Использование водно-спиртовой «незамерзайки» оправдано в первую очередь в закрытых системах. Но и в открытом контуре испарение будет не настолько значительным, чтобы отказываться от возможных преимуществ.

Самостоятельная заливка в систему

Незамерзающие составы нужно закачивать в систему под давлением

При использовании антифриза в качестве теплоносителя необходимо минимум раз в пять лет выполнять его замену. Сделать это можно и своими руками — главное, разобраться в конструкции своей отопительной системы.

Теперь расскажу, как залить антифриз в систему отопления дома:

Эта инструкция подойдет для большинства систем. Но применять ее нужно с учетом особенностей конкретного контура, потому при необходимости в алгоритм можно вносить изменения.

Заключение

Применение антифриза для труб отопления позволяет защитить их от порыва при замерзании. Выбрать и правильно использовать заполняющую жидкость вам помогут приведенные выше советы и видео в этой статье. Кроме того, вы можете получить консультацию у экспертов, задав вопрос в комментариях.

Загородный дом или дача, куда хозяева приезжают отдохнуть на время выходных, в зимний период топится периодически. Поэтому вопрос, антифриз или воду заливать в отопительную систему такого жилища, не подлежит обсуждению. Дабы не случилось размораживания оборудования и труб, они должны быть заполнены только незамерзающей жидкостью. Поскольку тема интересует многих домовладельцев, в данном материале мы расскажем, как выбрать антифриз для отопления и правильно залить его в систему.

Выбор незамерзающей жидкости

Для заливки в системы отопления частных домов на рынке предлагается 2 вида незамерзающих теплоносителей, изготавливаемых на основе:

• этиленгликоля;
• пропиленгликоля.

Первый вид антифризов можно описать буквально двумя словами – дешев и токсичен, в то время как пропиленгликоль безопасен, но дорог. По понятным причинам большинство продавцов усиленно предлагают именно второй тип теплоносителя, делая упор на его безопасности для здоровья человека. При этом развивается теория о том, что малая толика теплоносителя может попасть в питьевую воду через систему ГВС либо отравить чуть ли не все живое в доме при протечке из соединений системы отопления.

ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ +7(495)744-67-74

Промышленное отопление предприятий

В действительности качественно и правильно смонтированное отопление не даст ни малейшего шанса антифризу попасть в воду, а протечки бывают столь мизерны, что не представляют опасности. Другое дело – потеря гарантии на котел, ведь большинство производителей не допускают работу своих теплогенераторов с незамерзайкой. Но это касается любых гликолей, кроме тех, что разрешает применять сам изготовитель котла.

Вывод прост: когда вы уверены в качестве сборки своей системы отопления и стеснены в средствах, то смело заливайте этиленгликоль, тщательно контролируя процесс и строго соблюдая инструкцию. Если же есть желание подстраховаться, подкрепленное возможностями, то уплатите требуемую цену за пропиленгликоль, залейте его и спите спокойно.

В большинстве случаев антифриз для систем отопления продается в виде концентрата, который надо разбавить перед тем, как залить в отопительную сеть. Рекомендуется разбавлять его строго в соответствии с инструкцией, не нужно делать раствор сильно концентрированным «на всякий случай». От этого в разных местах и на теплообменнике могут появиться отложения. Менять антифриз надо не позже чем через 5 лет эксплуатации.

Как залить антифриз в систему открытого типа

Это как раз тот случай, когда следует покупать безопасный пропиленгликоль. Все дело в открытом расширительном бачке, сообщающемся с атмосферой. Поскольку он располагается в пределах дома (как правило, на чердаке), то в жилые помещения могут в небольшом количестве попадать испарения. А вообще, заливать антифриз в открытую систему – нецелесообразно. Лучше ее переделать в закрытую, откуда он не будет испаряться.

Разбавленный концентрат заливают через расширительный бак или подпиточный вентиль с помощью насоса. При этом все воздушные краны Маевского, установленные на радиаторах, должны быть открыты. По мере заполнения краны закрываются, после чего уровень теплоносителя доводится примерно до 1/3 расширительного бака.

Совет. Перед тем как закачать антифриз в систему отопления дома своими руками, надо убедиться в том, что вся запорно – регулирующая арматура находится в открытом состоянии.

После запуска и прогрева котла нужно повторно стравить воздух через батареи. Если уровень нагретого теплоносителя в расширительном бачке упал, то антифриз доливают примерно до половины.

Заполнение закрытой системы отопления

Здесь удобнее всего проводить процесс заполнения с помощью насоса, присоединенного к штуцеру подпитки системы. Если насоса нет, то вас ждет изнурительная работа по заливке антифриза через самую высокую точку, открутив автоматический воздухоотводчик. Также желательно, чтобы в операции участвовал помощник. Его задача – выпускать воздух из батарей в то время, когда вы закачиваете антифриз в котельной. Перед началом работ убедитесь в том, что:

• вся запорная арматура открыта;
• краны, отсекающие котел, закрыты;
• концентрат разбавлен согласно инструкции;
• сбросные клапаны Маевского закрыты;
• вентиль, отсекающий мембранный расширительный бак, открыт.

Процесс начинается с закачки антифриза до тех пор, пока манометр не покажет давление 1.4—1.5 Бар. После этого надо дать сигнал помощнику, чтобы постепенно выпускал воздух из радиаторов, начиная с самых нижних. В это время вам надо следить за падением давления манометра и потихоньку подкачивать теплоноситель, чтобы оно не падало ниже 1 Бар.

Примечание. В закрытых отопительных системах на подпиточной врезке должен обязательно стоять обратный клапан пружинного типа, иначе закачать туда антифриз или воду будет затруднительно.

Когда весь воздух успешно выпущен, антифриз снова закачивается до давления 1.5 Бар. Потом надо поочередно открыть краны, отсекающие котел, — сначала на обратной, а потом на подающей магистрали. Второй кран открывайте медленно, чтобы воздух успевал уйти через автоматический воздухоотводчик, что стоит на группе безопасности котла. При этом давление снова станет падать, придется сразу же подкачивать антифриз.

Во время запуска теплогенератора и прогрева теплоносителя нужно следить за показаниями манометра. По итогу они не должны превышать 1.8 Бар при рабочей температуре. Последний этап – повторный сброс воздуха из отопительных приборов и корректировка давления. Работать с кранами Маевского надо аккуратно и осторожно, чтобы не обжечься и не пролить антифриз, особенно когда вы залили в систему этиленгликоль.

Совет. По окончании процесса внимательно обследуйте все соединения и оборудование на предмет протечек антифриза. При обнаружении таковых не обязательно снова опорожнять все трубопроводы, можно отсечь отдельную ветвь или радиатор арматурой, а после устранения снова поднять давление и стравить воздух.

Заключение

Процесс заливки антифриза нельзя назвать сложным, но он довольно трудоемкий, а без помощника займет вдвое больше времени. Необходимое количество раствора лучше готовить в одной большой емкости, из которой и производить закачивание. Если его не хватит, то добавлять можно такой же антифриз этого же производителя. Продукты от разных фирм могут иметь различные пакеты присадок, отчего при смешивании в системе появится осадок.

долить антифриз в систему отопления дома

Объем воды в системе отопления. Зависимость от мощности котла

Как подобрать мощность котла под  количество воды (объем) в системе отопления, или наоборот? Существует ли зависимость мощности от литров?
Такие вопросы часто волнуют владельцев отопительных систем…
Действительно, какая должна быть мощность котла, для системы с внутренним объемом 100 литров, например?

Нет ли в этом вопросе какого либо подвоха, направленного лишь на то, что бы мы приобретали лишнее оборудование, которое нам ни к чему?

Рассмотрим, как связаны мощность котла и емкость системы отопления, а также более важный вопрос о подборе насоса для определенной мощности котла…

Откуда берется вопрос о зависимости мощности от объема

Как продать лишний радиатор? Установив его в систему, потребитель ничего особого не приобретет и ничего не потеряет, кроме денег. Но дополнительная ощутимая прибыль продавцу будет.

Возникает удобный для наращивания продаж, но не имеющий технического смысла, вопрос о подгонке объема системы отопления под мощность котла. Например, если имеется 20 кВт-ный котел, то нужно докупить еще парочку радиаторов, чтобы объем системы достиг 100 (200, 300) литров, иначе котел не сможет работать на полную мощность… Клиенту ничего не остается, как достать кошелек и начинать отсчитывать дополнительно зеленые (желтые, синие…).

Сколько воды нужно под мощность котла

Вопрос об объеме воды внутри системы отопления имеет большую популярность, так как подогревается строй-бригадами и продавцами. Увеличивать количество оборудования по любой причине – любимое занятие монтажников.

Но технически выбор мощности котла никак не зависит от объема воды в системе отопления, поэтому вопрос о подборках объемов под мощность, или наоборот – выбор котла под литры воды, — не имеет практического смысла.

Котел отдаст всю свою мощность и на 100 литров воды и на 1000 литров. Разница будет лишь во времени нагревания и остывания. Маленькая система нагреется за 10 минут и будет остывать 10 минут, затем снова автоматика включит котел… Большая же будет греться 100 минут и затем остывать долго….

Системы класса low water – в чем преимущества

В последнее время существует тенденция по уменьшению внутреннего объема систем отопления, чтобы уменьшить их тепловую инерционность, для более быстрого нагрева и остывания.

Меньшее количеством воды более гибко и быстро реагируют на изменения температуры внутри здания. Малоемкостную систему котел быстрее разогреет, и она начнет быстрее отдавать тепло, когда это потребуется. После нагрева помещения, лишнего тепла в радиаторах окажется меньше, система быстрее остынет. В этом кроется небольшая экономия.

Какие радиаторы подобрать

Современные радиаторы и конвекторы имеют в разы меньший внутренний объем и теплоемкость, по сравнению со старыми чугунными. Уменьшение теплоемкости дает возможность немного экономить энергии, и делать отопление более гибким и комфортным.  Оно оперативней реагирует на изменения температуры, и не накапливает лишней энергии.

Но это больше теоретические выкладки. На практике же ощутимой разницы пользователи не замечают, они могут приобретать любые радиаторы, какие понравятся, какие имеются в магазинах, с полной уверенностью, что система будет работать нормально.

Что важно для мощности котла

Энергия, генерируемая котлом, должна отводиться от него и рассеиваться, — передаваться воздуху и предметам. Иначе котел закипит, расплавится, сгорит…

Через котел должен проходить определенный объем теплоносителя.
Именно количество воды в единицу времени, т.е. ее расход, важно подобрать под определенную мощность котла.

• Не вдаваясь в расчеты, можно сказать, что через теплообменник 20 кВт должно проходить не менее 1000 литров воды в час. Насос должен это обеспечить.
• Мощность радиаторов в доме должна быть чуть больше мощности котла, чтобы ее рассеивать, в противном случае система перегреется, закипит.

Подбор  насоса под мощность котла

Важно подобрать насос под мощность котла правильно. Насос должен преодолевать гидравлическое сопротивление системы так, чтобы объем проходящей по котлу воды был бы не менее требуемого, т.е. для 10 кВт-ного котла должно быть не менее 500 литров в час (0,5 м куб./ч.)

• Производительность насоса 25-40 на 3-ей скорости составляет при напоре 3 метра не менее 0,75 м куб в час, что для большинства систем позволяет применять его с котлом до 15 кВт, при площадях до 150 м кв, а в коротких системах и с котлом 20 кВт.

• Производительность насоса 25-60 при напоре 3м составляет уже 2,5 м куб в час, что дает возможность использовать его для котлов до 40 кВт и площадей отопления до 300 м кв…

Расчет объёма воды в системе отопления дома

Онлайн калькулятор для расчета общего объема воды в системе отопления, введите свои данные в соответствующие поля и нажмите кнопку «Рассчитать». Устройство выгребной ямы изучайте по ссылке.

Укажите запрашиваемые данные и нажмите
«РАССЧИТАТЬ ОБЪЕМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ»

Объем теплообменника котла , литров (паспортная величина)

.

РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАК

Объем расширительного бака, литров

.

ПРИБОРЫ ИЛИ СИСТЕМЫ ТЕПЛООБМЕНА

.

Разборные, секционные радиаторы

Общее количество секций

.

Неразборные радиаторы и конвекторы

Объем прибора по паспорту

Количество приборов

Тип и диаметр трубы

Общая длина контуров

.

ТРУБЫ КОНТУРА ОТОПЛЕНИЯ (подача + обратка)

Стальные трубы ВГП

Армированные полипропиленовые трубы

Металлопластиковые трубы

.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ (теплоаккумулятор, гидрострелка, коллектор, теплобоменник и другие)

Суммарный объем дополнительных элементов системы

Цены на теплоаккумулятор

теплоаккумулятор

Вода — удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость (C) — это количество тепла, необходимое для изменения температуры единицы массы вещества на один градус.

При расчете массового и объемного расхода в системах водяного отопления при более высоких температурах следует скорректировать удельную теплоемкость в соответствии с рисунками и таблицами ниже.

Удельная теплоемкость дается при различных температурах (° C и ° F) и давлении водонасыщения (которое для практического использования дает тот же результат, что и атмосферное давление при температурах <100 ° C (212 ° F)).

• I удельная теплоемкость сохора (C _v ) для воды в замкнутой системе постоянного объема , (= изометрической или изометрической ).
• Изобарическая теплоемкость (C _p ) для воды в системе постоянного давления (ΔP = 0).

Онлайн-калькулятор удельной теплоемкости воды

Калькулятор ниже можно использовать для расчета удельной теплоемкости жидкой воды при постоянном объеме или постоянном давлении и заданных температурах.
Выходная удельная теплоемкость выражается в кДж / (кмоль * K), кДж / (кг * K), кВтч / (кг * K), ккал / (кг K), BTU (IT) / (моль * ° R). и британские тепловые единицы (IT) / (фунт _м * ° R)

Примечание! Температура должна быть в пределах 0–370 ° C, 32–700 ° F, 273–645 K и 492–1160 ° R, чтобы получить допустимые значения.

См. Вода и тяжелая вода — термодинамические свойства.
См. Также другие свойства Вода при меняющейся температуре и давлении : Точки кипения при высоком давлении, Точки кипения при давлении вакуума, Плотность и удельный вес, Динамическая и кинематическая вязкость, Энтальпия и энтропия, Теплота испарения, Константа ионизации , pK _w , нормальной и тяжелой воды, точки плавления при высоком давлении, число Прандтля, свойства в условиях равновесия газ-жидкость, давление насыщения, удельный вес, удельный объем, теплопроводность, температуропроводность и давление пара в газожидкостном состоянии. равновесие,
, а также Удельная теплоемкость воздуха — при постоянном давлении и переменной температуре, воздух — при постоянной температуре и переменном давлении, аммиак, бутан, диоксид углерода, монооксид углерода, этан, этанол, этилен, водород, метан, метанол , Азот, кислород и пропан.

Удельная теплоемкость для жидкой воды при температурах от 0 до 360 ° C:

Для полного стола с изобарической удельной теплоемкостью — поверните экран!

[Дж / (моль K)]

0,001165

0,9987

Удельная теплоемкость для жидкой воды при температурах от 32 до 675 ° F:

Для полной таблицы с изобарической температурой Тепло — поверните экран!

1,0

Как рассчитать тепло Необходимо, чтобы вызвать фазовое изменение

2. Образование
3. Наука
4. Физика
5. Как рассчитать скрытое тепло, необходимое для фазового изменения

Стивен Хольцнер

В физике л Atent heat количество тепла на килограмм, которое необходимо добавить или убрать, чтобы объект изменил свое состояние; Другими словами, скрытое тепло — это тепло, необходимое для того, чтобы произошел фазовый переход.Его единицами измерения являются джоули на килограмм (Дж / кг) в системе MKS (метр-килограмм-секунда).

Физики различают три типа скрытой теплоты, соответствующие фазовым переходам между твердым телом, жидкостью и газом:

• Скрытая теплота плавления, л _f . Это количество тепла на килограмм, необходимое для перехода между твердой и жидкой фазами, например, когда вода превращается в лед или лед превращается в воду.

• Скрытая теплота парообразования, л _v . Это количество тепла на килограмм, необходимое для перехода между жидкой и газовой фазами, например, когда вода кипит или когда пар конденсируется в воду.

• Скрытая теплота сублимации, л _с . Это количество тепла на килограмм, необходимое для перехода между твердой и газовой фазами, как при испарении сухого льда.

Вот формула теплопередачи при фазовых переходах, где

м — масса, а л — скрытая теплота:

Здесь L занимает место

и c (удельная теплоемкость) в формуле изменения температуры.

Предположим, вы находитесь в ресторане со стаканом 100 граммов воды комнатной температуры и 25 градусов Цельсия, но вы предпочитаете ледяную воду с температурой 0 градусов Цельсия.Сколько льда вам нужно? Вы можете найти ответ, используя формулы нагрева как для изменения температуры, так и для фазового перехода.

Вы достаете свой планшет, полагая, что тепло, поглощаемое тающим льдом, должно равняться теплу, теряемому водой, которую вы хотите охладить. Вот количество тепла, теряемого охлаждаемой вами водой:

T — конечная температура, а T ₀ — начальная температура.

Подсчет чисел показывает, сколько тепла нужно терять воде:

Как определить удельную теплоемкость материалов Накопитель тепловой энергии использует примеры приложения igcse / O level / gcse Physics revision notes

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ — объяснение и ее применение

Как определить удельную теплоемкость материала

Приложения данных — накопители тепловой энергии и расчеты

Редакция Доктора Брауна по физике
Банкноты

Подходит для курсов GCSE / IGCSE Physics / Science или
их эквивалент

Каждый раз, когда какой-либо материал нагревается до более высокой температуры
Вы увеличиваете накопитель тепловой энергии
материала.Мера того, сколько энергии необходимо для повышения
температура данного количества материала до определенной температуры называется теплоемкостью
материала. В
удельная теплоемкость
вещество можно определить как количество энергии, необходимое для изменения температуры
один килограмм вещества на один градус Цельсия. От удельной теплоемкости
материал, количество материала и температура изменяют материал
опыта, вы можете рассчитать увеличение или уменьшение этого материала
накопитель тепловой энергии.

Подиндекс этой страницы

1.
Объясняя и определяя
удельная теплоемкость
емкость материалов

2.
Примеры вопросов
с удельной теплоемкостью

3а.
Как измерить
удельная теплоемкость вещества — твердое

3б.
Измерение
удельная теплоемкость жидкости, такой как вода

3с.
Два способа измерения теплоемкости твердого тела косвенным методом

4.Применение тепла
данные о мощности — примеры систем хранения тепловой энергии — тепловая энергия
трансферы

1.
Объяснение и определение удельной теплоемкости
емкость материалов

Это хорошая идея прочитать

Сначала примеры преобразования накопителя энергии в системах.

Специфический скрытый
тепло рассматривается на отдельной странице.

Каждый раз, когда вы получаете увеличение
температура системы, энергия должна передаваться от одного накопителя энергии к
еще один.

Однако для такое же количество
Передаваемая энергия , повышение температуры будет изменяться на .

Повышение температуры будет зависеть от
количество нагретого материала и его структура .

Не путайте тепло и температуру !

Когда какой-либо объект нагревается,
передаваемая тепловая энергия (« тепло ») увеличивает тепловую энергию
магазин объекта.

Температура повышается, но
температура только указывает, насколько горячий или холодный объект.

Когда вы нагреваете материал , тепловая энергия
поглощен и его
внутренняя энергия увеличена
за счет увеличения его
Запасы тепловой и потенциальной энергии .

На уровне частиц
это связано с :

(i) Увеличение кинетической энергии
накопитель , вызванный повышенной вибрацией твердых частиц или повышенной кинетической энергией свободного движения
частиц жидкости и газа из одного места в другое.

Из кинетической теории частиц
значение температуры является мерой средней кинетической энергии
частицы — большая часть средней внутренней энергии материала.

(ii) Увеличение потенциала
энергия , вызванная увеличением кинетической энергии, противодействующей
межчастичные силы притяжения — частиц в среднем немного
дальше друг от друга с повышением температуры.

Внутренний накопитель энергии представляет собой сумму
накопитель кинетической энергии плюс накопитель потенциальной энергии — последний может
часто игнорируются в описанных здесь ситуациях, касающихся теплоемкости.

Энергия, передаваемая данному материалу
работа в качестве накопителя тепловой энергии для повышения ее температуры на определенную величину может варьироваться в довольно широких пределах.

например вам нужно больше четырех
в раз больше тепловой энергии для повышения заданной массы воды до заданной температуры
чем для той же массы масла для отопления или алюминия (у них
разные удельные теплоемкости — но об этом позже).

Применение: Солнечные панели могут содержать
вода, нагретая солнечным излучением.

Вода обладает высокой теплоемкостью
и может хранить много тепловой энергии.

Эту воду затем можно использовать для
отапливают здания или обеспечивают горячее водоснабжение.

Вода — обычный конвейер
тепловая энергия в системах центрального отопления.

Вода очень хорошая термальная
накопитель энергии в грелке для холодных зимних ночей в постели.

Разные вещества хранят разное количество
энергии на килограмм при каждом повышении температуры C.

Другими словами, разные
материалы требуют разного количества тепловой энергии для повышения заданного
количество материала при таком же повышении температуры.

Это называется удельной теплоемкостью и варьируется от материала к материалу, будь то газ,
жидкость или твердое тело — все зависит от природы и расположения
частицы — атомы, ионы или молекулы.

Материалы с высокой теплоемкостью будут
выделять много тепловой энергии при охлаждении от более высокого до более низкого
температура.

Удельная теплоемкость ( SHC
или просто c ) из
вещество — это количество энергии, необходимое для изменения температуры
один килограмм вещества на один градус Цельсия.

Это способ
количественная оценка увеличения или уменьшения запаса тепловой энергии материала.

Формула для выражения
количество переданного тепла
между запасами энергии задается уравнением.

изменение запаса тепловой энергии (Дж) = масса
(кг) x удельная теплоемкость (Дж / кг ^o C) x изменение температуры ( ^o C)

∆E = m x c x ∆θ

∆ E
= переданная энергия в Джоулях (изменение тепловой энергии)

м = масса материала в килограммах кг

c = SHC = удельная теплоемкость
мощность Дж / кг ^o C,

∆ θ =
∆T = изменение температуры в градусах Цельсия ^o C

Удельная теплоемкость
вода 4180 Дж / кг ^o C (Джоулей на килограмм на градус),

это означает, что требуется 4180 Дж тепловой энергии
повысить температуру 1 кг воды на 1 ^o C.

Количество энергии, хранящейся в
(передан) или
высвобождается из системы, поскольку изменения ее температуры можно рассчитать с помощью
приведенное выше уравнение.

Другие значения удельной теплоемкости (Дж / кг ^o C):

лед 2100, алюминий 902, бетон 800,
стекло 670, сталь 450, латунь 380, медь 385, свинец 130

Поскольку каждый материал имеет разные
теплоемкость , хотя можно нагреть ту же массу вещества от одного
температуры к другому, вы не можете предположить, что они хранят такое же количество
тепловая тепловая энергия на килограмм.

Материалы с наибольшим нагревом
емкость будет хранить наибольшее количество тепловой энергии на килограмм для того же
повышение температуры — они эффективно более концентрированные
накопитель тепловой энергии.

И наоборот, при разрешении материалов
для охлаждения материалы с наибольшей удельной теплоемкостью будут
выделять больше тепловой энергии на килограмм при таком же снижении
температура.

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и
субиндекс для этой страницы

2.Примеры вопросов по удельной теплоемкости

1 квартал
Блок меди массой 0,5 кг поглотил 1520 Дж энергии, и его температура повысилась на
8.0 ^o C.

Рассчитайте удельную теплоемкость
медь.

∆E = m x c x ∆T

SHC _медь = ∆E / (м x ∆T)

SHC _медь = ∆E / (м x ∆T)
= 1520 / (0,5 х 8,0) =
380 Дж / кг ^o C

2 квартал
Блочная бронза имеет удельную теплоемкость 400 Дж / кг при ^o C.

Если блок бронзы массой 1500 г поглощает 3000
Дж энергии, каким будет повышение его температуры?

∆E = m x c x ∆T, 1500 г
= 1.500 кг

так переставляем: ∆T = ∆E /
(m x SHC _бронза ) = 3000 / (1,5 x 400) =
5.0 ^o C

3 квартал
Вычислите тепловую энергию в кДж, необходимую для нагрева 2 кг воды (SHC = 4180
Дж / кг ^o C) от 20 ^o C до 100 ^o C.

∆E = m x c x ∆T = 2 x 4180 x
(100-20) = 6,68 x 10 ⁵ Дж

Требуемая тепловая энергия =
668 кДж

Q4 Резервуар для воды вмещает 500 кг
горячая вода при 80 ^o C. (SHC вода = 4180 Дж / кг ^o C)

Сколько МДж тепловой энергии может быть
переводится в систему отопления, если температура воды упадет до 25 ^o C?

∆E = m x c x ∆T = 500 x 4180
х (80-25) = 1.15 х 10 ⁸ Дж

Передаваемая тепловая энергия = 1,15 x 10 ⁸
/ 10 ⁶ = 115 МДж
(1,15 х 10 ² МДж, 3 н.ф.)

Q5 Решить более сложную проблему — так
«дважды» подумайте хорошенько!

Предположим, что 2 кг стали при температуре
80 ^o C помещают в 10 кг (~ 10 литров) воды при температуре 15 ^o C.

Рассчитайте конечную температуру
материалы.

Сталь

SHC = 450 Дж / кг ^o C,
SHC вода = 4180 Дж / кг ^o C

Потеря энергии стали в Дж.
store = прирост запаса тепловой энергии воды в Дж.

При «тепловом равновесии» они будут
оба при одинаковой температуре, назовем это T .

Падение температуры стали (80
— T ), превышение температуры воды составляет ( T -15)

Потери от стали тепловой энергии
store = ∆E = m x c x ∆T = 2 x 450 x (80 — T) = 900 x (80 — T) J

Прирост тепловой энергии воды
store = ∆E = m x c x ∆T = 10 x 4180 x (T — 15) = 41800 x
(Т — 15) Дж

Итак, изменение стального накопителя тепловой энергии
= изменение в водном накопителе тепловой энергии

900 х (80 — Т) = 41800 х (Т —
15)

72000 — 900 т = 41800 т — 627000

(меняя стороны, меняя знаки, мы
получить)

72000 + 627000 = 900 т + 41800 т

699000 = 42700 т

Т = 699000/42700 =
16.4 ^o C
(3 SF)

Q6 Ночной нагреватель вмещает 75 кг
бетон (SHC = 800 Дж / кг ^o C)

Ночью, когда электричество дешевле и
охладителя дома, сколько кДж тепловой энергии необходимо для повышения
температура бетона от 8 ^o C до 35 ^o C.

∆E = m x c x ∆T = 75 x
800 х (35-8) = 1.62 х 10 ⁶ Дж

1,62 x 10 ⁶ /1000 =

1620 Дж

Q7
Этот вопрос основан на физическом эксперименте, который я проводил в школе примерно в
1961.

Это хороший небольшой эксперимент.

Точно взвесьте 100,0 г (~ 100 мл)
воду в химический стакан комнатной температуры.

А 50.Грузик из латуни 0 г удерживался тонким
проволокой или щипцами в центре ревущего пламени Бунзена.

Через несколько минут латунная гиря
погрузили в стакан на 100 г холодной воды, начальная температура которой была 19,5 ^o C.

После осторожного перемешивания
термометром температура воды поднялась до 55,5 ^o С.

SHC латуни = 380 Дж / кг ^o C, SHC
вода = 4180 Дж / кг ^o C

(a) Если температура пламени равна T,
рассчитать две передачи накопителя тепловой энергии.

Передача тепловой энергии из латуни
вес = ∆E = m x c x ∆T = (50/1000) x 380 x (T — 19,5) = 19,0 (T —
19,5) J

Передача тепловой энергии из латуни
вес = ∆E = m x c x ∆T = (100/1000) x 4180 x (55,5 — 19,5) = 15048 Дж

(б) Рассчитайте температуру пламени T

Передача тепловой энергии из латуни
вес (Дж) = передача тепловой энергии воде (Дж)

19.0 (Т — 19,5) = 15048

19,0 т — 370,5 = 15048

19,0 т = 15418,5

Т = 15418,5 / 19,0 =

812 ^o C
(3 SF)

(b) Предложите некоторые источники ошибок в
эксперимент

(i) вес теряет некоторое количество тепла
энергии в воздух при передаче — возможно, совсем немного, так как экспериментальный
ответ, который вы получаете, часто намного ниже реального ответа на пламя
температура пламени Бунзена ~ 1000-1200 ^o C.

(ii) стеклянный стакан впитывает некоторое количество
тепла, поэтому его теплоемкость не учитывалась

(iii) нижняя часть провода будет
передать немного тепла — но если вы используете латунную проволоку, вы можете взвесить это
тоже и убедитесь, что все погружено в воду!

8 квартал
Автомобиль массой 1000 кг, движущийся со скоростью 20,0 м / с, резко остановился.
торможение.

Предположим, что вся кинетическая энергия равна
преобразуется в тепловую энергию четырьмя стальными тормозными барабанами.

Если общая масса стальных барабанов
тормоза — 25,0 кг, при условии отсутствия тепловых потерь, рассчитать максимальный подъем
по температуре тормозных барабанов.

(a) Сначала рассчитайте кинетическую энергию
(KE) автомобиля.

KE = mv ²

KE = x 1000 x 20 ² = 2,0
х 10 ⁵ Дж

(b) Рассчитайте превышение температуры
тормозная система (SHC стали = 450 Дж / кг ^o C)

∆E = m x c x ∆T

∆T = ∆E / (м x c) = 2.0 х 10 ⁵
/ (25 х 450) =
17,8 ^o C
(3сф)

Следующие два вопроса посложнее
и предполагают использование формул электричества:
Расчет электроэнергии, P = IV

Удельная теплоемкость воды
4180 Дж / кг ^o C . Будьте осторожны со всеми блоками .

9 квартал
Небольшой электрический чайник подключен к сети переменного тока 240 В и использует
ток 8.0 А.

Содержит 1,5 кг воды (~ 1,5 л,
1500 мл, 1500 см ³ ) при 20 ^o C.

(a) Рассчитайте мощность чайника и
скорость передачи энергии.

P (Вт) = I (a) x V (п.д. в вольтах) = 8
х 240 =

1920 Вт =
1920 г.
Дж / с

(б) Если чайник включен на 2.0
минут, сколько энергии передается в накопитель тепловой энергии
вода?

P = 1920 Дж / с, передаваемая энергия =
мощность x время = 1920 x 2 x 60 = 230400 Дж =
2.3
х 10 ⁵
J

(c) Какой температуры будет горячая вода?
тоже встать?

∆E = масса воды x SHC _h3O x повышение температуры

∆E (Дж) = m (кг) x c (Дж / кгОС) x ∆T ( ^o C)

Перестановка: ∆T = ∆E / (м x SHC _h3O )

∆T = 230400 / (1,5 x 4180) = 36.7 ^o C

Следовательно, температура через 2 минуты
отопления 20 + 36,7 =

56,7 ^o С

(d) Сколько энергии нужно для подъема
температура воды от 20 ^o C до 100 ^o C?

∆E = масса воды x SHC _h3O x повышение температуры

∆E = 1,5 x 4180 x (100-20) = 5.016 x 10 ⁵ Дж =
5,01 x 10 ⁵
J (3 SF)

(e) Запуск с холодной водой при 20 ^o C,
сколько времени нужно, чтобы вскипятить чайник в минутах и ​​секундах?

Какие предположения вы сделали для
это расчет?

Мощность чайника 1920 Вт, то есть
1920 Дж / с, а необходимая энергия = 5,016 x 10 ⁵ Дж

P = E / t, поэтому t = E / P = 5.016 х 10 ⁵
/ 1920 = 261,25 с.

Время закипания =
4 минуты 21 секунда
(с точностью до секунды).

Этот расчет предполагает, что все
электрическая энергия, преобразованная в тепловую, фактически увеличила
накопитель тепловой энергии воды.

Однако вы всегда получите небольшой
количество потерянной тепловой энергии, передаваемой в накопитель тепловой энергии
корпуса котла за счет теплопроводности, конвекции и излучения
передача в накопитель тепловой энергии окружающего воздуха.

Q10

Цилиндр с горячей водой (погружной нагреватель) указан как имеющий
емкость «120 литров воды» (120 кг воды).

Бак оборудован подогревателем мощностью 3 кВт.
элемент отрабатывающий сетевое электричество 240 В.

(а) Сколько энергии необходимо для обогрева
свежая холодная вода при температуре от 12 ^o C до температуры 70 ^o C?

∆E = масса воды x SHC _h3O x повышение температуры

Необходимая энергия = 120 x 4180 x (70 —
12) = 29 092 800 Дж =
2.91 х 10 ⁷
J (3 SF)

(б) Сколько времени потребуется, чтобы нагреть
вода вверх? (с точностью до минуты)

P (Дж / с) = E (Дж) / т (с), 3000 = 29
092 800 / т

время = E / P = 29 092 800/3000 =
9697,6 секунды

9697,6 / 60 = 161,6. время
требуется =
162 минут (SF)

(c) Какой ток протекает через
нагревательный элемент?

P = I x V, I = P / V = ​​3000 /
240 = 12.5 А

(г) Какое сопротивление нагрева
элемент?

В = ИК, R = В / I = 240 / 12,5
= 19,2 Ом

(e) Если погружной был установлен 6
кВт нагревательного элемента, как это повлияет на время нагрева воды до
определенная температура?

Это вдвое больше мощности 3 кВт.
нагревательный элемент.

P = E / t, t = E / P, для
такое же количество воды и такое же повышение температуры,
занимает половину времени
по сравнению с каменкой мощностью 3 кВт,

Q11

?

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и
субиндекс для этой страницы

3 а.
Как измерить удельную теплоемкость вещества — твердого вещества

В
экспериментальная установка и установка для блока из твердого материала

Вы
нужен блок материала известной массы, например 0.От 5 до 1,5 кг.

Значит, вам нужен баланс массы.

Блок должен быть окружен хорошим слоем изоляции, чтобы
минимизировать потери тепла в окружающую среду. Полистирол был бы хорошим изолятором, потому что он
преимущественно карманы газа CO ₂ низкой плотности с низкой теплоемкостью
(низкий запас тепловой энергии), но следите за тем, чтобы не «перегреть» и не размягчить
полистирол! Могут подойти слои хлопка или газеты.

В блоке необходимо просверлить два отверстия —
один для термометра и другой для нагревательного элемента.

Сделать дополнительную диаграмму с
джоульметр?

Его массу необходимо точно измерить.

Нагревательный элемент включен последовательно
с амперметром (для измерения силы тока I в амперах) и постоянным током. источник питания
например 5-15 вольт. Вольтметр необходимо подключить параллельно к нагревателю.
элементные соединения.

Вам также понадобится секундомер или секундомер.

В эксперименте электрическая энергия равна
передается и преобразуется в тепловую энергию, которая поглощается блоком,
повышение его температуры и увеличение накопителя тепловой энергии .

электрический ток в цепи действительно воздействует на нагреватель и, таким образом, передает
электрическая энергия от источника питания к нагревателям накопитель тепловой энергии
который, в свою очередь, передается в накопитель энергии металлического блока и, следовательно, его
повышается температура.

Процедура и
измерения

Метод (i) один набор измерений с использованием блока алюминия весом 0,50 кг

Включить ТЭН, задав напряжение на
например, 12 В (но для расчетов используйте точные показания цифрового вольтметра).

Когда кажется, что блок нагревается
непрерывно включите часы / секундомер и запишите температуру.

Запишите p.d. напряжение и ток в
усилители с точным цифровым амперметром, оба показания которых должны быть постоянными
на протяжении всего эксперимента.

После, например, 15 минут, запись финала
температуры и проверьте показания напряжения и тока, а также
поворот власти.

Когда блок остынет, можно
повторить эксперимент.

Метод (ii) многократные измерения с использованием блока меди весом 1,1 кг

Другой подход — измерение температуры
считывание каждую минуту в течение, например, 15 минут, когда кажется, что медный блок постоянно нагревается
вверх. Показания напряжения и тока должны быть постоянными.

Это дает больше данных И более надежно
результатов, чем метод (i), и устраняет несоответствия в температуре
чтения.

Процедура аналогична методу (i), НО
снятие дополнительных показаний температуры между начальным и конечным термометром
показания за более длительный период времени.

Я предположил те же ток и напряжение,
Однако предстоит еще много работы в расчетах!

Как рассчитать
удельная теплоемкость твердого

Расчеты предполагают , что все
электрическая энергия в конечном итоге увеличивает запас тепловой энергии металла
блок.

На самом деле вы не можете избежать небольшой потери
тепло через утеплитель.

Данные результатов и расчет
для метода (i)

Масса, например, алюминиевого блока 500 г = 0,50 кг

Начальная температура 29,5 ^o C, конечная
температура 38,5 ^o C, повышение температуры ∆T
= 9,0 ^o C

Текущий 0.39А , п.д. 11,5В , время
15 минут = 15 x 60 = 900 с

Мощность P = ток x p.d. = I x V = 0,39
x 11,5 = 4,485 Вт = 4,485 Дж / с

, следовательно, общая электрическая энергия = тепло
переданная энергия = P x время = 4,485 x 900 = 4036,5 Дж

(Примечание: вы можете провести эксперимент с
Джоульметр , изначально установлен
на нуле, поэтому в приведенных выше расчетах нет необходимости!)

переданной энергии =
∆ E (Дж) = m x c x ∆θ = масса Al (кг) x
SHC _Al (Дж / кг ^o C) x ∆T

4036.5 = 0,5 x SHC _Al x 9,0 = SHC _Al
х 4,5

поэтому при перестановке SHC _Al =
4036,5 / 4,5 = 897

Итак, удельная теплоемкость алюминия =
897 Дж / кг ^o C

Примечание , что этот метод основан только на
два показания температуры.

В экспериментах SHC вы можете включить в
схема источника питания джоульметр для измерения передаваемой энергии, которая
делает расчет намного проще.Используя джоульметр, вам не понадобится
вольтметр или амперметр.

переданная энергия = масса воды x
удельная теплоемкость воды x повышение температуры

переданной энергии =
∆ E (Дж) = m x c x
∆θ = масса алюминия (кг) x
SHC _Al (Дж / кг ^o C) x ∆T

перестановка дает: SHC _Al
= ∆E / (масса Al x ∆T)

Пусть температура поднимется хорошо 10
градусов и повторите эксперимент как минимум дважды, чтобы получить среднее значение — для
самый точный результат.

Данные
и расчет
для метода (ii) много работы!

По показаниям напряжения (В) и тока (I)
вы рассчитываете общую переданную энергию за все 15 минут считывания.

полная переданная энергия = P x t = I x V x t
= ток (A) x p.d. (V) x время в секундах

Итак, у вас есть 15 переданных энергии
числа, непрерывно увеличивающиеся от 1 до 15 минут

Примем ток, напряжение как метод (i)

Я предполагаю, что термометр можно прочитать
ближайший 0.5 ^o C как типичная 0-100 ^o C школьная лаборатория
термометр (более точный термометр, ртутный или цифровой показания до 0,1 ^o C)
самое желанное!)

Следовательно, P = IV = 0,39 A x 11,5 В = 4,485 Дж / с,
энергия передается в секунду.

Итак, через 1 минуту передачи энергии = 4,485 x 1
х 60 = ~ 269 Дж,

это окончательно увеличивается до 4.485 x 15 x 60 = ~ 4037 Дж

Вы
затем постройте график зависимости температуры от энергии, передаваемой, например, из 29.5 ^o С
до 38,5 ^o C. Предполагая, что показания температуры в лучшем случае
ближайшая 0,5 ^o C, это делает «расчетные» данные более реалистичными.
обоснование метода множественного чтения (ii).

Примечание к графику: блок может не нагреваться
сначала стабильно, и вначале вы можете получить кривую вверх, но в конечном итоге
график должен стать линейным, и именно здесь вы измеряете градиент.

Расчет

Масса меди = 1.10 кг, пусть c = SHC _Cu

Уравнение удельной теплоемкости:
∆ E = m x c x ∆θ

переданная энергия = масса Cu x SHC _Cu
x изменение температуры

Перестановка ∆E = m x c x ∆θ дает
…

∆θ =
∆ E / (м x c) и
∆θ / ∆E = 1 / (м x c)

Это означает, что градиент графика = 1 / (м
х в)

так, c = SHC _Cu = 1 / (м x
градиент)

Из графика градиент = (38 — 30) /
(3800 — 500) = 8/3300 = 0.002424

поэтому удельная теплоемкость меди
= SHC _Cu = 1 / (1,10 x 0,002424) = 1 / 0,002666 =
376
Дж / кг ^o C

Источники ошибки

Несмотря на хорошую изоляцию, система
всегда будет терять небольшое количество запаса тепловой энергии, поскольку
нагревается. Система должна быть хорошо изолирована, например, вата
или пленка с пузырчатой ​​пленкой.

Всегда нужно повторять эксперименты, чтобы
более уверены в своих данных, но вы всегда должны знать об источниках ошибок и
как их минимизировать.

Тепловая энергия должна проводиться через
блокировать и быть равномерно распределенными, я сомневаюсь, что это так, поэтому измеренные
показания температуры могут отличаться от средней температуры всего
блок.

Чем лучше теплопроводность твердого тела,
Чем быстрее распространяется тепло, тем лучше результаты, поэтому подойдет алюминиевый или медный блок.

Результаты были бы не такими хорошими с
более бедный дирижер вроде
бетон?

Потери тепла трудно устранить, поэтому
повышение температуры может быть немного меньше ожидаемого для идеальной изоляции,
но вы всегда должны использовать изоляцию вокруг ВСЕХ поверхности
блок для этого эксперимента с удельной теплоемкостью.

Расширение эксперимента

Можно повторить для любого подходящего материала в
сплошная блочная форма.

В контейнер из полистирола можно положить и другие материалы.
например песок, земля и т. д.

Блок и изоляцию можно поменять на
изолирующий полистирольный стакан, наполненный жидкостью известной массы.

Потребуется
крышка с двумя отверстиями для нагревательного элемента и точного термометра.

Процедуры и расчеты аналогичны
определить удельную теплоемкость жидкости.

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и
субиндекс для этой страницы

3b. Измерение
удельная теплоемкость жидкости, такой как вода

Вы можете использовать аналогичную настройку
описанный выше для измерения SHC твердого блока.

Вместо блока можно использовать
стакан из пенополистирола (хорошая изоляция) с крышкой.

Отмерьте массу жидкости в
чашка из полистирола = масса чашки + жидкость — масса пустой чашки (измеряется на
баланс массы).

Для удобства можно использовать воду.

Поместите чашку в изотермический ящик или
стакан.

Двойная теплоизоляция
необходимо для минимизации потерь тепловой энергии в окружающую среду.

Сделать дополнительную диаграмму с
джоульметр?

Порядок действий идентичен
описан для твердого тела.

В экспериментах SHC вы можете включить в
схема источника питания джоульметр для измерения передаваемой энергии, которая
делает расчет намного проще.

При использовании джоульметра вам не нужно
вольтметр и амперметр, плюс дополнительный расчет.

переданная энергия = масса воды x
удельная теплоемкость воды x повышение температуры

переданной энергии =
∆ E (Дж) = m x c x
∆θ = масса воды (кг) x
SHC _h3O (Дж / кг ^o C) x ∆T

перестановка дает: SHC _h3O
= ∆E / (масса воды x ∆T)

Пусть температура поднимется хорошо 10
градусов и повторите эксперимент как минимум дважды, чтобы получить среднее значение — для
самый точный результат.

Если у вас нет джоулеметра, то, как в
схему снимите с вольтметра и амперметра.

Использование уравнения: полная переданная энергия
(J) = P x t = I x V x t
= ток (A) x p.d. (V) x время в секундах

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и
субиндекс для этой страницы

3c. Измерение теплоемкости твердого тела косвенным методом (A)

(Процедуры (iv) (A) и (iv) (B) относятся к расчету
Q5 в приведенном выше наборе вопросов по удельной теплоемкости)

Этот метод основан на передаче
между накопителем тепловой энергии латунного груза и накопителем тепловой энергии
воды.

Иллюстрация процедуры A

Метод (процедура A)

Латунная гиря точно взвешивается и
помещен в стакан с ледяной водой (водопроводная вода плюс куски льда)

Это осталось на некоторое время и
время от времени помешивая, пока латунная гиря не достигнет той же температуры, что и
вода.

В стакан навевают 250 г воды
и нагревают примерно до 80 ^o C (кипятить не нужно, увеличивается
опасность).

После легкого перемешивания температура
теплая вода берется (T2) непосредственно перед переносом.

Температура (T1) ледяной воды
также взят непосредственно перед переносом латунной гири из ледяной воды в
теплой водой с помощью щипцов или тонкой проволоки и петли.

После переноса холодной латунной гири
в теплую воду, дайте время для теплопередачи в латунь
вес до завершения и после легкого перемешивания считайте конечную температуру (T3)

Результаты и расчет (A)

Типичные результаты:

Масса латунной гирьки 200 г (0.200
кг), масса воды 250 г (0,250 кг), SHC воды = 4180 Дж / кг ^o C

Начальная температура ледяной воды Т1
= 0,5 ^o C

Начальная температура теплой воды
(T2) = 79,5 ^o C

Конечная температура воды / латуни в
2-й стакан (T3) = 74,0 ^o C (более холодный, поскольку вес латуни поглощает
тепло)

∆ E
= Передача тепловой энергии на латунную гирю = Передача тепловой энергии от
вода (все в J)

∆ E
= м х с х ∆Т = 0.200 x SHC _латунь x (T3 — T1) = 0,250 x 4180 x
(Т2 — Т3) = 5747,5

∆ E
= 0,200 x SHC _{, латунь} x (74,0 — 0,5) = 0,250 x 4180 x (79,5 —
74,0) = 5747,5

0,20 x SHC _латунь x 73,5 =
5747,5

14,7 x SHC _латунь = 5747,5

SHC _латунь = 5747,5 / 14,7 =

391 Дж / кг ^o C
(3 SF)

Улучшения и источники ошибок (A)

(i) Не могу быть уверенным, что
латунная гиря полностью остыла до ~ 0 ^o C (T1).

(ii) Горячая вода в стакане
все время теряя тепло, давая больший охлаждающий эффект, чем просто от
латунный груз — возможно, лучше использовать более низкую температуру запуска в
второй стакан, например 40-50 ^o C.

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и
субиндекс для этой страницы

3c. продолжение:
Альтернативная процедура, но аналогичная методика (B)

Иллюстрация процедуры B

Метод (процедура B)

Вы можете провести эксперимент, аналогичный (A),
положить латунную гирю в горячую воду, чтобы некоторые нагрели до ~ 80-90 ^o C.

Вы можете нагреть воду прямо в химическом стакане, чтобы
~ 80-90 ^o C.

Подождите, пока латунная гиря нагреется
вверх.

После осторожного легкого перемешивания измерьте
начальная температура латунной гири (T1, ~ 90 ^o C) в горячем
вода.

Измерьте начальную температуру
холодная вода во 2-м стакане (T2, ~ 20 ^o C)

Поднимите латунный груз щипцами или
тонкая проволока и петля и
переложите его в стакан с водой комнатной температуры.

Дайте время для накопления тепловой энергии
переводы должны иметь место.

После осторожного легкого перемешивания измерьте
конечная температура латунной массы / воды (Т3) в «подогретой» воде.

Затем вы можете выполнить аналогичный расчет, как
выше например

Результаты и расчет (B)

Типичные результаты:

Масса латунная гиря 200 г (0,200 кг),
масса воды 250 г (0.250 кг), SHC вода = 4180 Дж / кг ^o C

Начальная температура нагретой воды / латуни
масса (T1) = 85,0 ^o C

Начальная температура холодной воды
(T2) = 20,5 ^o C

Конечная температура воды / латуни во 2-м
стакан (T3) = 24,9 ^o C

∆ E
= Передача тепловой энергии от горячего латунного груза = Передача тепловой энергии в
вода (все в J)

∆ E
= м х с х ∆Т = 0.200 x SHC _латунь x (T1 — T3) = 0,250 x 4180 x (T3
— Т2) =?

∆ E
= 0,200 x SHC _{, латунь} x (85,0 — 24,9) = 0,250 x 4180 x (24,9 — 20,5)
= 4598

0,20 x SHC _латунь x 60,1 = 4598

12,02 x SHC _латунь = 4598

SHC _латунь = 4598 / 12,02 =
383 Дж / кг ^o C
(3 SF)

Усовершенствования и источники ошибок (B)

(i) Не могу быть уверенным, что
латунная масса полностью прогрелась до ~ 80-90 ^o C (T1)

(ii) Не совсем уверен, что термический
передача энергии от горячей латунной гири к воде завершена — если ее оставить
слишком долго 2-й стакан с водой начнет охлаждаться
изменение температуры, чем следует измерять.

(iii) Стакан впитывает часть
дополнительная тепловая энергия передается в накопитель тепловой энергии воды.

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и
субиндекс для этой страницы

4 .
Применение данных теплоемкости — примеры систем хранения тепловой энергии

Чем больше теплоемкость
Материал, тем больше тепловой энергии он может удерживать для данной массы материала.

Это означает, что высокая температура
материалы емкости могут накапливать много энергии при нагревании и затем выделять
много, если остыть. Другими словами, материалы с высокой удельной теплоемкостью
емкости хороши для хранения тепловой энергии — хороший материал для теплового
накопитель энергии.

Материалы, используемые в
обогреватели / системы отопления, обычно имеют высокую удельную теплоемкость, например, вода
(SHC H ₂ O = 4180 Дж / кг ^o C, очень высокая) используется в системах центрального отопления.
и легко прокачивается
вокруг дома для распределения тепла там, где это необходимо, отличный «мобильный»
накопитель тепловой энергии.

Вода также используется в качестве охлаждающей жидкости в
автомобильные двигатели, потому что они могут поглощать много тепловой энергии для данного
повышение температуры. Аккумулятор тепловой энергии блока цилиндров составляет
снижается и увеличивается запас тепловой энергии воды. Тепловой
энергия воды передается в окружающий воздух, чтобы
увеличить запас тепловой энергии за счет решетки радиатора.

Старая добрая горячая вода
Бутылка — приятный удобный накопитель тепловой энергии для обогрева постели.

Бетон (SHC 750-960 Дж / кг ^o C,
довольно высокая) применяется в обогревателях ночного хранения (с использованием дешевых ночных
электричество).

Чем больше масса бетона, тем больше
его повышение температуры (безопасно!), тем больше его способность хранить
тепловая энергия, которая будет передана в дом в дневное время ..

маслонаполненный
нагреватели используются для небольшого хранения тепла (масло SHC = 900 Дж / кг ^o C, не
как вода), но будет конвектировать в масляном радиаторе и постепенно высвобождать
высокая температура.

Археологическая справка !

Доисторический человек изучил тысячи
лет назад этот горячий камень сохранял много тепловой энергии .

Теплоемкость природного камня составляет
обычно около 840 Дж / кг ^o C.

Большие камни были нагреты на огне и
упал в кастрюли из камня, как показано ниже.

Тепло от накопителя тепловой энергии г.
камень увеличивает запас тепловой энергии более холодной воды, поэтому кипение
воду и готовящуюся пищу, например мясо, помещают в наполненную водой поилку.

Это может показаться грубым, но медные кастрюли
были предметом роскоши для многих доисторических людей!

Эта каменная корыто находится у
Круг из камня бронзового века (показан ниже) в Дромбеге, Корк, Ирландия.

Несколько из них были построены на этом
участок и питается и связан отводным ручьем.

Их можно найти по всей Ирландии и
Великобритании и, предположительно, континентальной Европы.

американских индейцев также использовали
та же техника, бросая горячие камни в деревянную миску с едой и водой.

• Проверьте свой
  практическая работа, которую вы выполняли, или демонстрации учителей, которые вы наблюдали в Модуле P1.1, все это является частью хорошей проверки для вашего
  Модуль экзаменационный контекст задает вопросы и помогает понять, «как работает наука».

  • Прохождение белого света через
    призма и обнаружение инфракрасного излучения с помощью термометра.

  • Демонстрация использования мячей в
    лоток для отображения поведения частиц в веществах в разных состояниях
    то есть газ, жидкость и твердое тело.

  • Измерение охлаждающего эффекта
    образуется путем испарения путем наложения влажной ваты на колбу
    термометр или датчик температуры.

  • Спланировать и провести
    исследование факторов, влияющих на скорость охлаждения банки с
    вода, например форма, объем и цвет банки с помощью куба Лесли, чтобы
    продемонстрировать влияние на излучение изменения характера поверхности.

  • Исследование теплопроводности
    с использованием стержней из разных материалов.

    ---

    НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и
    субиндекс для этой страницы

Версия IGCSE
отмечает удельную теплоемкость KS4 физика Научные заметки о удельной теплоемкости
теплоемкость GCSE руководство по физике
примечания по удельной теплоемкости для школ, колледжей, академий, преподавателей курсов естественных наук, изображений
рисунки диаграммы для уточнения науки удельной теплоемкости
удельная теплоемкость для пересмотра модулей физики примечания по темам физики, чтобы помочь в понимании
университетские курсы по удельной теплоемкости по техническим наукам
карьера в области физики вакансии в отрасли
технический лаборант
стажировки технические стажировки по инженерной физике США 8 класс 9 класс 10 AQA
физика GCSE
примечания по удельной теплоемкости Научные заметки по физике Edexcel
удельная теплоемкость для OCR 21 века
физика наука OCR GCSE Gateway физика наука
отмечает WJEC gcse science CCEA / CEA научный эксперимент gcse к
определить удельную теплоемкость

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и
субиндекс для этой страницы

.