De tabel toont de thermofysische eigenschappen van waterdamp bij de verzadigingslijn afhankelijk van de temperatuur. Stoomeigenschappen worden in de tabel weergegeven in het temperatuurbereik van 0,01 tot 370 ° C.

Elke temperatuur komt overeen met de druk waarbij de waterdamp in een staat van verzadiging verkeert. Bij een waterdamptemperatuur van 200 ° C zal de druk bijvoorbeeld 1,555 MPa zijn, of ongeveer 15,3 atm.

De specifieke warmtecapaciteit van stoom, de thermische geleidbaarheid en de toename ervan naarmate de temperatuur stijgt. Ook de dichtheid van waterdamp neemt toe. Waterdamp wordt heet, zwaar en stroperig, met een hoge specifieke warmtecapaciteit, wat de keuze voor stoom als warmtedrager in sommige soorten warmtewisselaars positief beïnvloedt.

Volgens de tabel is bijv. specifieke hitte waterdamp C p bij een temperatuur van 20 ° C is het gelijk aan 1877 J / (kg deg), en bij verwarming tot 370 ° C neemt de warmtecapaciteit van stoom toe tot een waarde van 56520 J / (kg deg).

De tabel geeft de volgende thermofysische eigenschappen van waterdamp op de verzadigingslijn:

• stoomdruk bij gespecificeerde temperatuur p · 10 -5, Vader;
• dampdichtheid ρ″ , kg/m3;
• specifieke (massa) enthalpie h, kJ/kg;
• r, kJ/kg;
• soortelijke warmte van stoom C p, kJ / (kg graden);
• coëfficiënt van thermische geleidbaarheid λ · 10 2, W / (m · graden);
• thermische diffusie een · 10 6, m2/s;
• dynamische viscositeit μ 10 6, Pa · s;
• kinematische viscositeit: ν 10 6, m2/s;
• Prandtl-nummer Pr.

Specifieke verdampingswarmte, enthalpie, thermische diffusie en kinematische viscositeit van waterdamp nemen af ​​met toenemende temperatuur. De dynamische viscositeit en het Prandtl-getal van de stoom nemen in dit geval toe.

Doe voorzichtig! Thermische geleidbaarheid in de tabel wordt aangegeven in de macht van 10 2. Vergeet niet te delen door 100! De thermische geleidbaarheid van stoom bij een temperatuur van 100 ° C is bijvoorbeeld 0,02372 W / (m · deg).

Thermische geleidbaarheid van waterdamp bij verschillende temperaturen en drukken

De tabel toont de waarden van thermische geleidbaarheid van water en stoom bij temperaturen van 0 tot 700 ° C en drukken van 0,1 tot 500 atm. Dimensie van thermische geleidbaarheid W / (m · deg).

De lijn onder de waarden in de tabel betekent de faseovergang van water in stoom, dat wil zeggen, de cijfers onder de lijn verwijzen naar stoom en daarboven naar water. De tabel laat zien dat de waarde van de coëfficiënt en waterdamp toeneemt met toenemende druk.

Let op: de thermische geleidbaarheid in de tabel wordt aangegeven in de macht van 10 3. Vergeet niet te delen door 1000!

Thermische geleidbaarheid van waterdamp bij hoge temperaturen

De tabel toont de waarden van thermische geleidbaarheid van gedissocieerde waterdamp in termen van W / (m · deg) bij temperaturen van 1400 tot 6000 K en drukken van 0,1 tot 100 atm.

Volgens de tabel neemt de thermische geleidbaarheid van waterdamp bij hoge temperaturen aanzienlijk toe in het bereik van 3000 ... 5000 K. Bij hoge drukken wordt de maximale thermische geleidbaarheid bereikt bij hogere temperaturen.

Doe voorzichtig! Thermische geleidbaarheid in de tabel wordt aangegeven in de macht van 10 3. Vergeet niet te delen door 1000!

In dit kleine materiaal zullen we kort ingaan op een van de belangrijkste eigenschappen van water voor onze planeet, zijn Warmte capaciteit.

Specifieke warmte van water

Laten we een korte interpretatie van deze term maken:

Warmte capaciteit stof is het vermogen om zelf warmte te accumuleren. Deze waarde wordt gemeten door de hoeveelheid warmte die erdoor wordt geabsorbeerd, bij verwarming met 1 ° C. Zo is de warmtecapaciteit van water 1 cal/g, ofwel 4,2 J/g, en de warmtecapaciteit van water bij 14,5-15,5 °C (afhankelijk van de grondsoort) varieert van 0,5 tot 0,6 cal (2, 1 -2,5 J) per volume-eenheid en van 0,2 tot 0,5 cal (of 0,8-2,1 J) per massa-eenheid (gram).

De warmtecapaciteit van water heeft een aanzienlijke impact op veel aspecten van ons leven, maar in dit materiaal zullen we ons concentreren op de rol ervan in de vorming temperatuur regime onze planeet, namelijk ...

Warmtecapaciteit van water en het klimaat op aarde

Warmte capaciteit water in zijn absolute waarde groot genoeg is. Uit de bovenstaande definitie zien we dat het de warmtecapaciteit van de bodem van onze planeet aanzienlijk overschrijdt. Door zo'n verschil in warmtecapaciteiten warmt de bodem, in vergelijking met de wateren van de wereldzeeën, veel sneller op en koelt daardoor ook sneller af. Door de meer inerte wereldoceanen zijn de schommelingen in de dagelijkse en seizoensgebonden temperaturen van de aarde niet zo groot als ze zouden zijn zonder oceanen en zeeën. Dat wil zeggen, in het koude seizoen verwarmt water de aarde en in het warme seizoen koelt het af. Dit effect is natuurlijk het meest merkbaar in kustgebieden, maar in een wereldwijd gemiddelde dimensie treft het de hele planeet.

Natuurlijk zijn veel factoren van invloed op de schommelingen in dag- en seizoenstemperaturen, maar water is een van de belangrijkste.

Een toename van de amplitude van fluctuaties in dag- en seizoenstemperaturen zou de wereld om ons heen radicaal veranderen.

Iedereen is bijvoorbeeld goed bekend feit- de steen verliest zijn sterkte bij sterke temperatuurschommelingen en wordt broos. Uiteraard zouden wij zelf "iets" anders zijn. In ieder geval zouden de fysieke parameters van ons lichaam anders zijn.

Abnormale warmtecapaciteitseigenschappen van water

De soortelijke warmte van water heeft afwijkende eigenschappen. Het blijkt dat naarmate de watertemperatuur stijgt, de warmtecapaciteit afneemt, deze dynamiek aanhoudt tot 37 ° C, bij een verdere temperatuurstijging begint de warmtecapaciteit toe te nemen.

Dit feit bevat een interessante verklaring. Relatief gezien identificeerde de natuur zelf, vertegenwoordigd door Water, 37 ° C als de meest comfortabele temperatuur voor het menselijk lichaam, op voorwaarde natuurlijk dat alle andere factoren in acht worden genomen. Met elke dynamiek van temperatuurverandering de omgeving watertemperatuur neigt naar 37 ° C.

Vandaag zullen we het hebben over wat de warmtecapaciteit (inclusief water) is, welke soorten het is en waar deze fysieke term wordt gebruikt. We zullen ook laten zien hoe nuttig de waarde van deze hoeveelheid is voor water en stoom, waarom je het moet weten en hoe het ons dagelijks leven beïnvloedt.

Warmtecapaciteit concept

Dit fysieke hoeveelheid zo vaak gebruikt in de wereld om ons heen en in de wetenschap dat het allereerst nodig is erover te vertellen. De allereerste definitie vereist dat de lezer enigszins voorbereid is, althans in verschillen. Dus de warmtecapaciteit van een lichaam wordt in de natuurkunde gedefinieerd als de verhouding van de toename van een oneindig kleine hoeveelheid warmte tot de overeenkomstige oneindig kleine hoeveelheid temperatuur.

Hoeveelheid warmte

Bijna iedereen begrijpt op de een of andere manier wat temperatuur is. Laten we niet vergeten dat "de hoeveelheid warmte" niet zomaar een uitdrukking is, maar een term die de energie aanduidt die het lichaam verliest of wint in ruil met de omgeving. Deze waarde wordt gemeten in calorieën. Deze eenheid is bekend bij alle vrouwen die op dieet zijn. Beste dames, nu weet je wat je verbrandt op de loopband en waar elk stuk eten dat je eet (of op je bord achterlaat) gelijk aan is. Dus elk lichaam waarvan de temperatuur verandert, ervaart een toename of afname van de hoeveelheid warmte. De verhouding van deze hoeveelheden is de warmtecapaciteit.

Toepassing warmtecapaciteit

De strikte definitie van het fysieke concept dat we overwegen, wordt echter zelden op zichzelf gebruikt. We zeiden hierboven dat het heel vaak wordt gebruikt in Alledaagse leven... Degenen die natuurkunde op school niet leuk vonden, zijn nu waarschijnlijk perplex. En we zullen de sluier van geheimhouding oplichten en u vertellen dat warm (en zelfs koud) water in de kraan en in de verwarmingsbuizen alleen verschijnt vanwege de berekeningen van de warmtecapaciteit.

De weersomstandigheden, die bepalen of het al mogelijk is om het zwemseizoen te openen of dat het de moeite waard is om aan de wal te blijven, houden ook rekening met deze waarde. Elk apparaat met betrekking tot verwarming of koeling ( olie radiator, koelkast), worden alle energiekosten voor koken (bijvoorbeeld in een café) of straatsoftijs beïnvloed door deze berekeningen. Zoals u begrijpt, hebben we het over een waarde als de warmtecapaciteit van water. Het zou dwaas zijn om aan te nemen dat dit wordt gedaan door verkopers en gewone consumenten, maar ingenieurs, ontwerpers, fabrikanten hebben met alles rekening gehouden en de juiste parameters in huishoudelijke apparaten... Warmtecapaciteitsberekeningen worden echter veel breder toegepast: bij de productie van waterturbines en cement, bij het testen van legeringen voor vliegtuigen of spoortreinen, in de bouw, smelterijen en koeling. Zelfs ruimteverkenning is afhankelijk van formules die deze waarde bevatten.

Soorten warmtecapaciteit

Dus al met al praktische toepassingen gebruik relatief of specifieke hitte. Het is gedefinieerd als hoeveelheid warmte(let op, geen oneindig kleine hoeveelheden) die nodig zijn om een ​​eenheid materie met één graad te verwarmen. Graden op de Kelvin- en Celsius-schaal vallen samen, maar in de natuurkunde is het gebruikelijk om deze waarde in de eerste eenheden te noemen. Afhankelijk van hoe de eenheid van de hoeveelheid van een stof wordt uitgedrukt, wordt onderscheid gemaakt tussen massa, volume en molaire soortelijke warmte. Bedenk dat één mol de hoeveelheid is van een stof die ongeveer zes tot tien tot de drieëntwintigste macht van moleculen bevat. Afhankelijk van het probleem wordt de bijbehorende warmtecapaciteit gebruikt, hun aanduiding in de natuurkunde is anders. De massawarmtecapaciteit wordt aangeduid als C en wordt uitgedrukt in J / kg * K, volumetrisch - C` (J / m 3 * K), molair - C μ (J / mol * K).

Ideaal gas

Als het probleem is opgelost Ideaal gas, dan is voor hem de uitdrukking anders. Laten we niet vergeten dat atomen (of moleculen) van deze stof, die in werkelijkheid niet bestaat, geen interactie met elkaar hebben. Deze kwaliteit verandert alle eigenschappen van een ideaal gas radicaal. Daarom zullen traditionele benaderingen van berekeningen niet het gewenste resultaat opleveren. Een ideaal gas is nodig als model om bijvoorbeeld elektronen in een metaal te beschrijven. De warmtecapaciteit wordt gedefinieerd als het aantal vrijheidsgraden van de deeltjes waaruit het is samengesteld.

Staat van aggregatie

Het lijkt erop dat voor een stof alle fysieke kenmerken onder alle omstandigheden hetzelfde zijn. Maar dit is niet het geval. Tijdens de overgang naar een andere aggregatietoestand (tijdens het smelten en bevriezen van ijs, tijdens het verdampen of stollen van gesmolten aluminium) verandert deze waarde in een ruk. Zo is de warmtecapaciteit van water en waterdamp verschillend. Veelbetekenend, zoals we hieronder zullen zien. Dit verschil heeft grote invloed op het gebruik van zowel vloeibare als gasvormige bestanddelen van deze stof.

Verwarming en warmtecapaciteit

Zoals de lezer al heeft opgemerkt, wordt meestal in echte wereld de warmtecapaciteit van water verschijnt. Zij is de bron van het leven, zonder haar is ons bestaan ​​onmogelijk. De mens heeft het nodig. Daarom is er van de oudheid tot de moderne tijd altijd een taak geweest om water te leveren aan huizen, industrieën of velden. Goed voor die landen die het hele jaar door positieve temperatuur. De oude Romeinen bouwden aquaducten om hun steden van deze waardevolle hulpbron te voorzien. Maar waar het winter is, zou deze methode niet werken. Van ijs is bekend dat het een hoger specifiek volume heeft dan water. Dit betekent dat, bevriezing in de leidingen, deze door uitzetting vernietigt. Dus, voordat de ingenieurs centrale verwarming en levering warm en koud water thuis is de uitdaging hoe je dit kunt vermijden.

De warmtecapaciteit van water, rekening houdend met de lengte van de leidingen, geeft vereiste temperatuur, waarop de ketels moeten worden verwarmd. Onze winters zijn echter erg koud. En bij honderd graden Celsius wordt er al gekookt. In deze situatie komt de soortelijke warmte te hulp waterdamp. Zoals hierboven vermeld, verandert de aggregatiestatus deze waarde. Welnu, in de ketels die warmte in onze huizen brengen, zit sterk oververhitte stoom. Vanwege de hoge temperatuur creëert het een ongelooflijke druk, dus de ketels en leidingen die ernaartoe leiden moeten erg sterk zijn. In dit geval kan zelfs een klein gaatje, een heel klein lek, tot een explosie leiden. De warmtecapaciteit van water is temperatuurafhankelijk en niet-lineair. Dat wil zeggen, om het van twintig tot dertig graden te verwarmen, is een andere hoeveelheid energie nodig dan bijvoorbeeld van honderdvijftig tot honderdzestig.

Voor alle handelingen die de verwarming van water beïnvloeden, moet hiermee rekening worden gehouden, vooral als het gaat om grote volumes. De warmtecapaciteit van stoom hangt, net als veel van zijn eigenschappen, af van de druk. Bij dezelfde temperatuur als de vloeibare toestand heeft het gasvormige materiaal bijna vier keer minder warmtecapaciteit.

Hierboven hebben we veel voorbeelden gegeven waarom het nodig is om water te verwarmen en hoe het nodig is om rekening te houden met de waarde van de warmtecapaciteit. We hebben echter nog niet verteld dat deze vloeistof van alle beschikbare hulpbronnen van de planeet een voldoende hoog energieverbruik heeft voor verwarming. Deze eigenschap wordt vaak gebruikt voor koeling.

Omdat de warmtecapaciteit van water hoog is, zal het efficiënt en snel overtollige energie opnemen. Dit wordt gebruikt in industrieën, in hightech apparatuur (bijvoorbeeld in lasers). En thuis weten we dat waarschijnlijk het meest effectieve methode: koel hardgekookte eieren of een hete koekenpan - spoel af onder een koude kraan.

En het werkingsprincipe van atomaire kernreactor is over het algemeen gebaseerd op de hoge warmtecapaciteit van water. De hete zone heeft, zoals de naam al doet vermoeden, een ongelooflijke hoge temperatuur... Door zichzelf te verwarmen, koelt het water daardoor het systeem, waardoor de reactie niet uit de hand loopt. Zo krijgen we de nodige elektriciteit (verhitte stoom laat de turbines draaien), en is er geen ramp.

Enthalpie is een eigenschap van een stof die de hoeveelheid energie aangeeft die kan worden omgezet in warmte.

Enthalpie is een thermodynamische eigenschap van een stof die aangeeft: energie level opgeslagen in zijn moleculaire structuur. Dit betekent dat hoewel materie energie op de grond kan hebben, niet alles kan worden omgezet in warmte. Een deel van de interne energie blijft altijd in de substantie en behoudt zijn moleculaire structuur. Een deel van de stof is ontoegankelijk wanneer de temperatuur de omgevingstemperatuur benadert. Vandaar, enthalpie is de hoeveelheid energie die beschikbaar is om bij een bepaalde temperatuur en druk in warmte te worden omgezet. Enthalpie-eenheden- Britse thermische eenheid of joule voor energie en Btu / lbm of J / kg voor specifieke energie.

Enthalpie hoeveelheid

aantal enthalpieën van materie op basis van de gegeven temperatuur. Deze temperatuur is de waarde gekozen door wetenschappers en ingenieurs als basis voor berekeningen. Dit is de temperatuur waarbij de enthalpie van een stof nul J is. Met andere woorden, een stof heeft geen beschikbare energie die kan worden omgezet in warmte. Deze temperatuur is verschillend voor verschillende stoffen. Deze watertemperatuur is bijvoorbeeld een tripelpunt (O °C), stikstof -150 °C en koudemiddelen op basis van methaan en ethaan --40 °C.

Als de temperatuur van een stof hoger is dan de gegeven temperatuur of verandert in een gasvormige toestand bij een bepaalde temperatuur, wordt de enthalpie uitgedrukt als een positief getal. Omgekeerd wordt bij temperaturen daaronder de enthalpie van de stof uitgedrukt negatief nummer... Enthalpie wordt in berekeningen gebruikt om het verschil in energieniveaus tussen twee toestanden te bepalen. Dit is nodig om de hardware te configureren en te bepalen: nuttige actie werkwijze.

Enthalpie vaak gedefinieerd als: totale energie van materie, omdat het gelijk is aan de som van zijn interne energie (en) in een bepaalde toestand, samen met zijn vermogen om werk te doen (pv). Maar in werkelijkheid geeft enthalpie niet de totale energie van een stof aan bij een gegeven temperatuur boven het absolute nulpunt (-273 ° C). Daarom, in plaats van te definiëren enthalpie als de totale warmte van een stof, definieer het nauwkeuriger als de totale hoeveelheid beschikbare energie van een stof die kan worden omgezet in warmte.
H = U + pV