Tabela prikazuje termofizička svojstva vodene pare na liniji zasićenja ovisno o temperaturi. Svojstva pare prikazana su u tablici u rasponu temperatura od 0,01 do 370 ° C.

Svaka temperatura odgovara pritisku pod kojim je vodena para u stanju zasićenja. Na primjer, pri temperaturi vodene pare od 200 ° C, njegov pritisak će biti 1,555 MPa ili oko 15,3 atm.

Specifični toplotni kapacitet pare, njena toplotna provodljivost i njeno povećanje kako temperatura raste. Gustina vodene pare takođe se povećava. Vodena para postaje vruća, teška i viskozna, sa visokim specifičnim toplotnim kapacitetom, što pozitivno utiče na izbor pare kao nosača toplote u nekim vrstama izmjenjivača toplote.

Na primjer, prema tablici, specifična toplota vodena para C str na temperaturi od 20 ° C jednako je 1877 J / (kg stepena), a kada se zagrije na 370 ° C, toplotni kapacitet pare povećava se na vrijednost od 56520 J / (kg stepena).

Tablica daje sljedeća termofizička svojstva vodene pare na liniji zasićenja:

• pritisak pare na određenoj temperaturi p · 10 -5, Pa;
• gustina pare ρ″ , kg / m 3;
• specifična (masna) entalpija h ″, kJ / kg;
• r, kJ / kg;
• specifična toplota pare C str, kJ / (kg stepena);
• koeficijent toplotne provodljivosti λ · 10 2, W / (m · stepeni);
• toplotna difuzivnost a · 10 6, m 2 / s;
• dinamička viskoznost μ 10 6, Pa · s;
• kinematička viskoznost ν 10 6, m 2 / s;
• Prandtlov broj Pr.

Specifična toplina isparavanja, entalpija, toplotna difuzivnost i kinematička viskoznost vodene pare opadaju s porastom temperature. U ovom slučaju povećavaju se dinamička viskoznost i Prandtlov broj pare.

Budi pazljiv! Toplotna provodljivost u tablici je naznačena u snazi ​​od 10 2. Ne zaboravite podijeliti sa 100! Na primjer, toplotna provodljivost pare na temperaturi od 100 ° C je 0,02372 W / (m · °).

Toplotna provodljivost vodene pare pri različitim temperaturama i pritiscima

Tabela prikazuje vrijednosti toplotne provodljivosti vode i pare na temperaturama od 0 do 700 ° C i pritiscima od 0,1 do 500 atm. Dimenzija toplotne provodljivosti W / (m · stepeni).

Red ispod vrijednosti u tablici označava fazni prijelaz vode u paru, odnosno brojevi ispod crte odnose se na paru, a iznad nje - na vodu. Tabela pokazuje da se vrijednost koeficijenta i vodene pare povećava s povećanjem pritiska.

Napomena: toplotna provodljivost u tabeli je naznačena u snazi ​​od 10 3. Ne zaboravite podijeliti sa 1000!

Toplotna provodljivost vodene pare na visokim temperaturama

Tabela prikazuje vrijednosti toplotne provodljivosti razdvojene vodene pare u W / (m · °) na temperaturama od 1400 do 6000 K i pritiscima od 0,1 do 100 atm.

Prema tablici, toplotna vodljivost vodene pare na visokim temperaturama primjetno se povećava u rasponu od 3000 ... 5000 K. Pri visokim pritiscima maksimalna toplotna vodljivost postiže se na višim temperaturama.

Budi pazljiv! Toplotna provodljivost u tablici je naznačena u snazi ​​od 10 3. Ne zaboravite podijeliti sa 1000!

U ovom malom materijalu ukratko ćemo razmotriti jedno od najvažnijih svojstava vode za našu planetu, njezinu Kapacitet toplote.

Specifična toplina vode

Napravimo kratko tumačenje ovog pojma:

Kapacitet toplote supstanca je njena sposobnost da akumulira toplinu u sebi. Ova vrijednost se mjeri količinom topline koju apsorbira, zagrijavanjem za 1 ° C. Na primjer, toplotni kapacitet vode je 1 cal / g, ili 4,2 J / g, a tla - na 14,5-15,5 ° C (ovisno o vrsti tla) kreće se od 0,5 do 0,6 cal (2, 1-2,5 J ) po jedinici zapremine i od 0,2 do 0,5 cal (ili 0,8-2,1 J) po jedinici mase (grama).

Toplinski kapacitet vode ima značajan utjecaj na mnoge aspekte našeg života, ali u ovom ćemo se materijalu usredotočiti na njezinu ulogu u formiranju temperaturni režim naša planeta, naime ...

Toplotni kapacitet vode i Zemljine klime

Kapacitet toplote voda u svojoj apsolutnoj vrijednosti je dovoljno velika. Iz gornje definicije vidimo da ona znatno premašuje toplotni kapacitet tla naše planete. Zbog takve razlike u toplotnim kapacitetima, tlo se u poređenju sa vodama svetskog okeana mnogo brže zagreva i shodno tome brže hladi. Zbog inertnijih svjetskih okeana, fluktuacije dnevnih i sezonskih temperatura Zemlje nisu toliko velike kao što bi bile u odsustvu oceana i mora. Odnosno, u hladnoj sezoni voda zagrijava Zemlju, au toploj se hladi. Prirodno, ovaj utjecaj je najuočljiviji u priobalnim regijama, ali u globalno prosječnoj dimenziji utječe na cijelu planetu.

Prirodno, mnogi faktori utječu na kolebanje dnevnih i sezonskih temperatura, ali voda je jedan od najvažnijih.

Povećanje amplitude kolebanja dnevnih i sezonskih temperatura radikalno bi promijenilo svijet oko nas.

Na primjer, svi su dobri poznata činjenica- kamen gubi čvrstoću tijekom naglih kolebanja temperature i postaje lomljiv. Očito bismo i sami bili "donekle" drugačiji. Barem bi fizički parametri našeg tijela bili drugačiji.

Abnormalna svojstva toplotnog kapaciteta vode

Specifična toplina vode ima anomalna svojstva. Ispada da s porastom temperature vode njen toplinski kapacitet opada, ta dinamika traje i do 37 ° C, daljnjim povećanjem temperature toplinski kapacitet počinje rasti.

Ova činjenica sadrži jednu zanimljivu izjavu. Relativno gledano, sama priroda, predstavljena vodom, identifikovala je 37 ° C kao najviše ugodna temperatura za ljudsko tijelo, pod uslovom da se naravno poštuju svi drugi faktori. Sa bilo kojom dinamikom promjene temperature okoliš temperatura vode ima tendenciju do 37 ° C.

Danas ćemo razgovarati o tome kakav je toplotni kapacitet (uključujući vodu), koje je vrste i gdje se koristi ovaj fizički pojam. Također ćemo pokazati koliko je vrijednost ove količine korisna za vodu i paru, zašto je morate znati i kako ona utječe na naš svakodnevni život.

Koncept toplotnog kapaciteta

Ovo fizička količina se koristi toliko često u svijetu oko i u nauci da je prije svega potrebno o njemu reći. Već prva definicija zahtijeva od čitatelja da bude donekle pripremljen, barem u različitostima. Dakle, toplotni kapacitet tijela definira se u fizici kao odnos koraka beskrajno male količine toplote i odgovarajuće beskrajno male količine temperature.

Količina toplote

Gotovo svi razumiju šta je temperatura, na ovaj ili onaj način. Podsjetimo vas da „količina toplote“ nije samo fraza, već pojam koji označava energiju koju tijelo gubi ili dobiva u razmjeni s okolinom. Ova vrijednost se mjeri u kalorijama. Ova jedinica je poznata svim ženama koje su na dijetama. Drage dame, sada znate šta sagorijevate na traci i čemu je jednak svaki pojeden komad hrane (ili ostavljen na tanjiru). Dakle, svako tijelo čija se temperatura mijenja doživljava povećanje ili smanjenje količine toplote. Odnos ovih količina je toplotni kapacitet.

Primjena toplotnog kapaciteta

Međutim, stroga definicija fizičkog koncepta koji razmatramo rijetko se koristi sam po sebi. Gore smo rekli da se vrlo često koristi u Svakodnevni život... Oni koji nisu voljeli fiziku u školi sada su vjerovatno zbunjeni. Podignut ćemo veo tajne i reći ćemo vam da se vruća (pa čak i hladna) voda u slavini i u cijevima za grijanje pojavljuje samo zahvaljujući proračunima toplotnog kapaciteta.

Vremenski uvjeti koji određuju je li već moguće otvoriti kupališnu sezonu ili dok vrijedi boraviti na obali, također uzimaju u obzir ovu vrijednost. Bilo koji uređaj koji se odnosi na grijanje ili hlađenje ( hladnjak ulja, hladnjak), ovi izračuni utječu na sve troškove energije za kuhanje (na primjer, u kafiću) ili ulični mekani sladoled. Kao što možete razumjeti, govorimo o takvoj vrijednosti kao što je toplotni kapacitet vode. Bilo bi glupo pretpostaviti da prodavači i obični potrošači to rade, ali inženjeri, dizajneri, proizvođači sve su uzeli u obzir i u to unijeli odgovarajuće parametre kućanskih aparata... Međutim, proračuni toplotnog kapaciteta koriste se mnogo šire: u vodenim turbinama i proizvodnji cementa, u ispitivanju legura za avione ili železničke vozove, u građevinarstvu, topljenju i hlađenju. Čak se i istraživanje svemira oslanja na formule koje sadrže ovu vrijednost.

Vrste toplotnog kapaciteta

Dakle, sve u svemu praktične primjene koristiti srodnika ili specifična toplota. Definirano je kao količina toplote(napomena, nema beskonačno malih količina) potrebnih za zagrijavanje jedinice materije za jedan stepen. Stupnjevi na Kelvinovoj i Celzijevoj skali se podudaraju, ali u fizici je uobičajeno ovu vrijednost nazivati ​​u prvim jedinicama. Ovisno o tome kako se izražava jedinica količine supstance, razlikuje se masa, zapremina i molarna specifična toplota. Sjetimo se da je jedan mol količina supstance koja sadrži oko šest do deset do dvadeset i treću snagu molekula. Ovisno o problemu, koristi se odgovarajući toplinski kapacitet, njihova je oznaka u fizici različita. Masni toplotni kapacitet označen je kao C i izražava se u J / kg * K, zapreminski - C` (J / m 3 * K), molarni - C μ (J / mol * K).

Idealan plin

Ako je problem riješen idealan plin onda je za njega izraz drugačiji. Prisjetimo se da atomi (ili molekuli) ove supstance, koja u stvarnosti ne postoji, međusobno ne djeluju. Ova kvaliteta radikalno mijenja sva svojstva idealnog plina. Stoga tradicionalni pristupi proračunima neće dati željeni rezultat. Idealan gas je potreban kao model za opisivanje elektrona u metalu, na primjer. Njegov toplotni kapacitet definiran je kao broj stepeni slobode čestica od kojih je sastavljen.

Stanje agregacije

Čini se da su za supstancu sve fizičke karakteristike iste pod svim uvjetima. Ali to nije slučaj. Tijekom prijelaza u drugo agregacijsko stanje (za vrijeme topljenja i smrzavanja leda, tijekom isparavanja ili očvršćavanja rastopljenog aluminijuma), ova se vrijednost mijenja trzajem. Dakle, toplotni kapacitet vode i vodene pare su različiti. Znakovito, kao što ćemo vidjeti u nastavku. Ova razlika u velikoj mjeri utječe na upotrebu tekućih i plinovitih sastojaka ove supstance.

Kapacitet grijanja i grijanja

Kao što je čitatelj već primijetio, najčešće u stvarnom svijetu pojavljuje se toplotni kapacitet vode. Ona je izvor života, bez nje naše postojanje nije moguće. Čoveku je potrebno. Stoga je od davnina do modernih vremena zadatak uvijek bio dovod vode u domove i industriju ili polja. Dobro za one zemlje koje tijekom cijele godine pozitivna temperatura. Stari Rimljani gradili su akvadukte kako bi opskrbili svoje gradove ovim vrijednim resursom. Ali tamo gdje je zima, ova metoda ne bi uspjela. Poznato je da led ima veću specifičnu zapreminu od vode. To znači da se smrzavanjem u cijevima uništava uslijed širenja. Dakle, pre inženjera centralno grijanje i dostava vruća i hladna voda kod kuće je izazov kako to izbjeći.

Toplotni kapacitet vode, uzimajući u obzir dužinu cijevi, dat će potrebna temperatura, na koji se kotlovi moraju zagrijavati. Međutim, naše zime su vrlo hladne. A na sto stepeni Celzijusa već se odvija ključanje. U ovoj situaciji u pomoć dolazi specifična vrućina vodena para. Kao što je gore napomenuto, agregatno stanje mijenja ovu vrijednost. Pa, u kotlovima koji donose toplinu u naše domove postoji jako pregrijana para. Zbog visoke temperature stvara nevjerojatan pritisak, pa kotlovi i cijevi koji do njih vode moraju biti vrlo jaki. U ovom slučaju, čak i mala rupa, vrlo malo curenje, može dovesti do eksplozije. Toplinski kapacitet vode ovisi o temperaturi i nelinearan je. Odnosno, za zagrijavanje od dvadeset do trideset stepeni potrebna je drugačija količina energije od, recimo, od sto pedeset do sto šezdeset.

Za sve radnje koje utječu na zagrijavanje vode, to treba uzeti u obzir, posebno kada je riječ o velikim količinama. Toplinski kapacitet pare, kao i mnoga njena svojstva, ovisi o tlaku. Na istoj temperaturi kao i tečno stanje, plinoviti ima gotovo četiri puta manji toplotni kapacitet.

Iznad smo dali mnogo primjera zašto je potrebno zagrijavati vodu i kako je potrebno uzeti u obzir vrijednost toplinskog kapaciteta. Međutim, još nismo rekli da među svim raspoloživim resursima planete ova tečnost ima dovoljno visoku stopu potrošnje energije za grejanje. Ovo svojstvo se često koristi za hlađenje.

Budući da je toplotni kapacitet vode visok, ona će efikasno i brzo oduzeti višak energije. To se koristi u industriji, u visokotehnološkoj opremi (na primjer, u laserima). A kod kuće to vjerovatno najviše znamo efikasna metoda hladna tvrdo kuhana jaja ili vruću tavu - isperite pod hladnom slavinom.

I princip djelovanja atoma nuklearni reaktori općenito, temelji se na velikom toplotnom kapacitetu vode. Vruća zona, kako i samo ime kaže, ima nevjerovatne visoka temperatura... Zagrijavajući se, voda na taj način hladi sistem, sprečavajući da reakcija izmakne kontroli. Tako dobivamo potrebnu električnu energiju (zagrijana para okreće turbine) i nema katastrofe.

Entalpija je svojstvo supstance koja ukazuje na količinu energije koja se može pretvoriti u toplinu.

Entalpija je termodinamičko svojstvo supstance koje ukazuje nivo energije pohranjena u svojoj molekularnoj strukturi. To znači da iako materija može imati energiju na zemlji, ne može se sva pretvoriti u toplotu. Dio interne energije uvijek ostaje u supstanci i održava svoju molekularnu strukturu. Nekoj supstanci je nedostupno kada se temperatura približi temperaturi okoline. Dakle, entalpija je količina energije koja je dostupna za pretvaranje u toplotu pri određenoj temperaturi i pritisku. Jedinice entalpije- Britanska termalna jedinica ili džul za energiju i Btu / lbm ili J / kg za specifičnu energiju.

Iznos entalpije

broj entalpije materije na osnovu zadate temperature. Ova temperatura je vrijednost koju su naučnici i inženjeri izabrali kao osnovu za proračun. To je temperatura na kojoj je entalpija supstance nula J. Drugim riječima, tvar nema dostupnu energiju koja se može pretvoriti u toplinu. Ova temperatura se razlikuje za različite supstance. Na primjer, ova temperatura vode je trostruka točka (O ° C), azot -150 ° C, a rashladna sredstva na bazi metana i etana -40 ° C.

Ako je temperatura supstance viša od zadate temperature ili se pri određenoj temperaturi promijeni u plinovito stanje, entalpija se izražava kao pozitivan broj. Suprotno tome, pri temperaturama ispod ove, izražava se entalpija supstance negativan broj... Entalpija se koristi u proračunima kako bi se utvrdila razlika u nivoima energije između dva stanja. To je neophodno za konfiguriranje hardvera i utvrđivanje korisna akcija proces.

Entalpijačesto se definiše kao ukupna energija materije, jer je jednaka zbroju njegove unutarnje energije u datom stanju, zajedno s njegovom sposobnošću za rad (pv). Ali u stvarnosti, entalpija ne ukazuje na ukupnu energiju supstance na datoj temperaturi iznad apsolutne nule (-273 ° C). Stoga, umjesto definiranja entalpija kao ukupnu toplinu supstance, preciznije je definirajte kao ukupnu količinu raspoložive energije supstance koja se može pretvoriti u toplinu.
H = U + pV