05.07.2022

Единицы измерения тепла – Что такое калория перевод Гкал в кВт и МВт, как рассчитывают тепловую энергию на горячую воду и отопление

Содержание

Единицы измерения температуры и количества тепла

Основной единицей измерения температуры был градус Международной температурной шкалы, практически соответствующий градусу Цельсия. Эта величина равна 1/100 температурного интервала между 0 и 100 °С, т. е. между температурами плавления льда и кипения воды при давлении 760 мм рт. ст.

Абсолютной температурой называется температура, отсчитываемая от абсолютного нуля, т. е. от –273,16 °С, и измеряемая в градусах Кельвина (°К).

Градус Кельвина по величине не отличается от градуса Цельсия. Поэтому абсолютная температура выражается в градусах стоградусной шкалы следующим образом:

Т, °К = t, °С + 273,16

В системе СИ единицей измерения температуры установлен градус Кельвина.

Допускается для выражения практических результатов измерений температуры применение градуса Цельсия наряду с градусом Кельвина, в зависимости от начала отсчета (положения нуля) по шкале.

Пример: 250±5 °С = 523,16±5 °К.

В системе СИ работа, энергия и количество теплоты измеряются в джоулях (Дж). Иногда применяют более крупную и удобную для практических целей единицу — килоджоуль (кДж), равный 1000 Дж. За единицу работы в СИ принимают работу, совершаемую силой в 1 Н на перемещении в 1 м. Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.

В качестве внесистемных тепловых единиц допускается применение калории и килокалории. Калория — это количество тепла, необходимого для нагрева 1 г воды на 1 °С (от 19,5 до 20,5 °С).

1 кал (калория) = 4,1868 Дж;

1 ккал (килокалория) = 1000 кал = 4186,8 Дж = 4,187 кДж;

1 Мкал (мегакалория) = 106 кал = 4,1868 МДж;

1 Гкал (гигакалория) = 109 кал = 4186,8 МДж.

Для сравнения при оценке топлива применяется так называемое условное тепло, теплота сгорания которого для расчета принимается условно равной 7 Мкал/кг или 7 Гкал/т. В таких случаях говорят соответственно об 1 кг или 1 т условного топлива (т. у. т.).

Единицы тепла

Количество тепла

Большая калория (килограмм-калория) есть количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воды при 15° на 1° С.
Практически большая калория = средней калории = 1/10 количества тепла, неодля нагревания 1 кг воды от 0° до 100° С.
Малая калория (грамм-калория) есть количество тепла, необходимое для нагревания 1 г воды на 1° С., т. е. 1/1000 большой калории.

Английская тепловая единица (British Thermal Unit, В. Т. U.) есть количество тепла, необходимое для нагревания 1 англ. фунта воды на 1° Фаренгейта.
1 В. Т. U. = 0,2520 больш. калории.

Во французской системе М — Т — S единицей количества тепла служит термин — количество тепла, необходимое для нагревания 1 тонны воды при 15° на 1° С.

В этой системе большая калория называется миллитермией, малая калория — микротермией.
В холодильной технике для измерения количества теряемого тепла применяется фригория, равная по абсолютной величине большой калории.

Теплота и работа эквивалентны

. Значение одной единицы количества тепла в единицах работы называется механическим эквивалентом тепла. Значение одной единицы работы в тепловых единицах называется калорическим эквивалентом работы.

1 б. кал. = 4,186•1010 эргов = 426,9 килограммометрам = 4184 международн. джоулям = 3,968 В. Т. U.

1 англ. тепловая единица (В. Т. U.) = 0,2520 б. кал. = 778 фунто-футам (анг.) = 107,6 килограммометрам

Теплоемкость

Под теплоемкостью с данного вещества подразумевается число калорий, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1° С.
Для нагревания g кг вещества, имеющего теплоемкость с, на t градусов, требуется g. с. t калорий

Теплоемкость различных веществ при 15° С

Алкоголь 0,58 Алюминий 0,214 Бензол 0,41
Бронза 0,09 Вода 0,999 Водяной пар 0,48
Гипс 0,20 Гранит 0,20 Графит 0,2
Древесный уголь 0,2 Железо 0,111 Золото 0,031
Керосин 0,51 Латунь 0,090 Лед 0,463
Каменный уголь 0,31 Машинное масло 0,40 Медь 0,092
Мрамор 0,20 Никкель 0,105 Олово 0,054
Платина 0,032 Ртуть 0,0333 Свинец 0,031
Сера 0,17 Серная кислота 0,33 Серебро 0,055
Скипидар 0,42 Сталь 0,114 Стекло 0,19
Сурьма 0,050 Цинк 0,002 Эфир 0,56

Теплоемкость не постоянна: с увеличением температуры она немного возрастает для всех тел, кроме ртути, для которой она убывает

Изменение состояния тел с температурой

Точки плавления и отвердевания различных тел при нормальном атмосферном давлении

Азот -209,9 Алкоголь -114
Алюминий 657 Аммиак -78,2
Анилин -6,2 Боксит 1820
Бензол 5,50 Бор 2400
Бронза 900 Бура 878
Ванадий
1800
Висмут 267,5
Вода 0 Вода морская -2,5
Вольфрам 3400 Воск 64
Вуда сплав 60-70 Глинозем чистый 2010
Глицерин -20 Дельта-металл 950
Доменные шлаки 1300-1430 Железо 1530
Чугун серый 1200 Чугун белый 1130
Золото 1063 Инвар (никкелевая сталь) 1425
Иридий 2340 Кадмий 320,9
Калий 62,5 Кальций 113,5-119,5
Каучук 125 Кислород -218
Кобальт 1480 Кремний 1420
Латунь 900 Магналий 600-700
Магний 651 Марганец 1210
Масло льняное -20 Масло репное -3,5
Медь 1083 Молибден 2500
Натрий 97,5 Нафталин 80,0
Никкель 1450 Олово 231,8
Осмий 2700 Палладий 1557
Парафин 64 Платина 1764
Поваренная соль 800 Повар, соль, конц. раств 18
Припой мягкий 135-210 Припой с висмутом 94-125
Ртуть -38,89 Свинец
320,9
Сера 112,8 Сернистый ангидрид -72
Сероуглерод -112 Серебро 960,5
Скипидар -10 Спермацет 49
Сталь 1300-1400 Стеарин 68
Сурьма 630 Тантал 2850
Титан 1800 Толуол -94,5
Углекислота -78,5 Фарфор 1550
Фосфор 44 Хлористый кальций
720
Хлороформ -63,7 Хром 1520
Феррохром 2180 Цинк 419,4

Точки плавления конусов 3егера

° С ° С ° С ° С
022 600 07а 960 9 1280 29 1650
021 650 06а 980 10 1300 30 1670
020 670 05а 1000 11 1320 31 1690
019 690 04а 1020 12 1350 32 1710
018 710 03а 1040 13 1380 33 1730
017 730 02а 1060 14 1410 34 1750
016 750 01а 1080 15 1435 35 1770
015а 790 1100 16 1460 36 1790
013а 815 1120 17 1480 37 1825
012а 835 1140 18 1500 38 1850
011а 855 1150 19 1520 39 1880
010а 880 1180 20 1530 40 1920
00а 900 1200 26 1580 41 1960
09а 920 7 1230 27 1610 42 2000
08а 940 8 1250 28 1630

Керамические материалы и изделия, точка плавления которых соответствует № 26 и выше, называются огнеупорными

Точка кипения разных веществ при атмосферном давлении

Азот -196,8 Алкоголь -78,3
Алюминий 1800 Аммиак -33,4
Анилин 184,2 Ацетилен -83,6
Ацетон 66,7 Бензол 80,2
Бензофенон 305,9 Висмут 1420
Вода 100 Водород -252,8
Воздух -193 Гелий -268,8
Глицерин 290 Железо 2450
Кадмий 767 Кислород -183,0
Льняное масло 316 Магний 1120
Марганец 1900 Медь 2300
Метиловый алкоголь 64,7 Нафталин 218,0
Нитробензол 210 Окись углерода -190
Олово 2270 Парафин 300
Поваренная соль, нас. раствор 108 Ртуть 356,7
Свинец 1525 Сера 444,5
Сернистый ангидрид -10,0 Сероуглерод 46,2
Скипидар 161 Толуол 110,8
Углекислота -78,5 Уксусная кислота 118,5
Фосфор 287 Хлор 35,8
Хлористый кальц., нас. раст 180 Хлороформ 62
Цинк 906 Эфир 34,5

Скрытая теплота плавления

Скрытая теплота плавления какого-либо вещества есть число больших калорий, затрачиваемое для превращения 1 кг вещества из твердого состояния в жидкое без повышения температуры. То же самое количество тепла освобождается при отвердевании расплавленного вещества

Скрытые теплоты плавления различных веществ

Алюминий 94 Аммиак 33,4 Висмут 10,2
Доменные шлаки 50 Кадмий 10,8 Лед (вода) 79,7
Медь 41 Нафталин 36 Олово 13,8
Платина 27 Ртуть 2,8 Свинец 5,5
Сера 9 Серебро 26,0 Фосфор 5,0
Цинк 23,0 Бензол 30,4 Железо 49

Скрытая теплота кипения

Скрытая теплота кипения жидкости есть число больших калорий, затрачиваемое на превращение 1 кг жидкости при постоянном внешнем давлении в пар той же температуры. Такое же количество тепла освобождается при конденсации пара. Скрытая теплота кипения зависит от температуры

Скрытая теплота при температуре кипения

Алкоголь 202 Аммиак (при 0 ) 321 Анилин 104
Азот 48 Бензол 94 Вода 539,1
Водород 110 Кислород 51 Сера 362
Сернистый ангидрид 96 Сероводород 85 Скипидар 70
Толуол 87 Углекислота 142 Хлор 62
Хлористый метилен при (0) 97 Хлороформ 58 Эфир 90

Расширение тел от теплоты

Коэффициент линейного расширения α есть увеличение длины тела при увеличении температуры на 1° С и при первоначальной длине, равной 1.
Коэффициент объемного расширения = 3α для твердых однородных тел. Для всех газов при постоянном давлении расширение на 1° повышения температуры составляет почти одинаково 1/273 = 0,00366 первоначального объема

Коэффициент линейного расширения на 1°С

Алюминий 23,8.10-6 Бронза 17,5.10-6 Висмут 13,4.10-6
Гипс 25.10-6 Железо 11,5.10-6 Золото 14,4.10-6
Инвар (36% никкеля, 63,5% железа) 1,6.10-6 Иридий 6,5.10-6 Кварц плавленый 0,5.10-6
Кобальт 12,7.10-6 Константин 15,2.10-6 Магналий 24.10-6
Латунь 18,5.10-6 Медь 16,5.10-6 Магний 26.10-6
Нейзильбер 18.10-6 Никкель 13,1.10-6 Олово 23,0.10-6
Платина 9,0.10-6 Платино-иридий 8,8.10-6 Свинец 29,2.10-6
Сера 9.10-6 Серебро 19,7.10-6 Стекло 8.10-6
Тантал 6,5.10-6 Фарфор 3,0.10-6 Цинк 30.10-6

Железо и сталь имеют почти одинаковое расширение.

Коэффициент расширения в среднем равен между 0° и 100° 11,5 • 10-6 • t, при более высоких температурах 11,5 • 10-6 + 0,08 • 10-6 • t (t повышение температуры в градусах).

Литая сталь в закаленном состоянии обладает большим коэффициентом расширения до 0,000014, который, однако, при отпуске приходит к нормальной величине. У чугуна коэффициент расширения падает до 9 • 10-6

Усадка

При затвердевании и остывании размеры металлов изменяются. Возникающие натяжения, вызываемые неравномерным охлаждением и неодинаковым распределением материала, увеличивают или уменьшают размеры с одной или другой стороны отливки

Металл Линейная
относи-
тельная
Линейная
см на 1м
Поверхн
относи-
тельная
Поверхн
см3 на 1м3
Объемная
относи-
тельная
Объемная
см3 на 1м3
Алюминий 1:56 1,79 1:28 357 1:19 53590
Алюмин. бронза 1:53 1,89 1:27 377 1:18 56610
Бронза 1:63 1,59 1:32 317 1:21 47610
Колокольный мет. 1:65 1,54 1:33 308 1:22 46140
Латунь 1:65 1,54 1:32 313 1:22 46140
Медь 1:125 0,80 1:63 160 1:42 24000
Олово 1:128 0,78 1:64 156 1:43 23400
Сталь 1:50 2,00 1:25 400 1:17 60000
Свинец 1:92 1,09 1:46 217 1:31 32610
Цинк 1:62 1,61 1:32 313 1:21 48300
Чугун 1:96 1,04 1:48 208 1:32 31260

Примеры расчета усадки

Чугунный стержень длиной в 2,50 м усаживается на 2,5 х 1,04 см = 2,6 см.
Предмет из бронзы, модель которого имеет объем 300 см3 = 0,000300 м3, получит объем 300 см3 — 0,000300 . 47610 см3 = 300 см3 — 14,28 см3 = 285,72 см3.
В прокатных цехах считают усадку стали ок. 12 мм/м

В вашем браузере отключен Javascript.
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!

Не можешь написать работу сам?

Доверь её нашим специалистам

от 100 р.стоимость заказа

2 часамин. срок

Узнать стоимость

Единицы измерения температуры и количества тепла

Основной единицей измерения температуры был градус Международной температурной шкалы, практически соответствующий градусу Цельсия. Эта величина равна 1/100 температурного интервала между 0 и 100 °С, т. е. между температурами плавления льда и кипения воды при давлении 760 мм рт. ст.

Абсолютной температурой называется температура, отсчитываемая от абсолютного нуля, т. е. от –273,16 °С, и измеряемая в градусах Кельвина (°К). Градус Кельвина по величине не отличается от градуса Цельсия. Поэтому абсолютная температура выражается в градусах стоградусной шкалы следующим образом:

Т, °К = t, °С + 273,16

В системе СИ единицей измерения температуры установлен градус Кельвина. Допускается для выражения практических результатов измерений температуры применение градуса Цельсия наряду с градусом Кельвина, в зависимости от начала отсчета (положения нуля) по шкале.

Пример: 250±5 °С = 523,16±5 °К.

В системе СИ работа, энергия и количество теплоты измеряются в джоулях (Дж). Иногда применяют более крупную и удобную для практических целей единицу — килоджоуль (кДж), равный 1000 Дж. За единицу работы в СИ принимают работу, совершаемую силой в 1 Н на перемещении в 1 м. Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.

В качестве внесистемных тепловых единиц допускается применение калории и килокалории. Калория — это количество тепла, необходимого для нагрева 1 г воды на 1 °С (от 19,5 до 20,5 °С).

1 кал (калория) = 4,1868 Дж;
1 ккал (килокалория) = 1000 кал = 4186,8 Дж = 4,187 кДж;
1 Мкал (мегакалория) = 106 кал = 4,1868 МДж;
1 Гкал (гигакалория) = 109 кал = 4186,8 МДж.

Для сравнения при оценке топлива применяется так называемое условное тепло, теплота сгорания которого для расчета принимается условно равной 7 Мкал/кг или 7 Гкал/т. В таких случаях говорят соответственно об 1 кг или 1 т условного топлива (т. у. т.).

Измерение количества теплоты — урок. Физика, 8 класс.

Измерять количество теплоты учёные стали задолго до того, как в физике появилось понятие энергии. Тогда была установлена особая единица для измерения количества теплоты — калория (кал).

Калория — это количество теплоты, которое необходимо для нагревания \(1\) г воды на \(1\)°С.

\(1\) кал \(= 4,19\) Дж \(≈ 4,2\) Дж.

Термин «калория» (от латинского «calor» — тепло) ввёл в научный оборот французский химик Николя Клеман-Дезорм (\(1779—1842\)).

 

Николя Клеман-Дезорм

 

Его определение калории как единицы измерения тепла было впервые опубликовано в \(1824\) году в журнале «Le Producteur», а во французских словарях оно появилось в \(1842\) году.

Однако задолго до появления этого термина были сконструированы первые калориметры — приборы для измерения теплоты.

 

Первый калориметр изобрёл английский химик Джозеф Блэк и в \(1759—1763\) годах с его помощью определил теплоёмкости разных веществ, скрытую теплоту плавления льда и испарения воды.

 

Джозеф Блэк

 

Изобретением Д. Блэка воспользовались знаменитые французские учёные Антуан Лоран Лавуазье (\(1743—1794\)) и Пьер Симон Лаплас (\(1749—1827\)).

 

Антуан Лоран Лавуазье

 

Пьер Симон Лаплас

 

В \(1780\) году они начали серию калориметрических экспериментов, которые позволили измерить тепловую энергию.

Это понятие встречается ещё в \(XVIII\) веке в трудах шведского физика Иоганна Карла Вильке (\(1732—1796\)), который занимался исследованием электрических, магнитных и тепловых явлений и задумывался об эквивалентах, в которых можно измерять тепловую энергию.

 

Иоганн Карл Вильке

 

Устройство, которое впоследствии начали называть калориметром, Лавуазье и Лаплас использовали, чтобы измерять количество теплоты, выделяющееся в различных физических, химических и биологических процессах. Тогда ещё не было точных термометров, поэтому для измерения теплоты приходилось идти на ухищрения.

 

 

Первый калориметр был ледяным. Внутренняя полая камера, куда помещали объект, излучающий тепло (например, мышку), была окружена рубашкой, заполненной льдом или снегом. А ледяная рубашка, в свою очередь, была окружена воздушной, чтобы лёд не плавился под действием внешнего нагрева. Тепло от объекта внутри калориметра нагревало и плавило лёд. Взвешивая талую воду, стекавшую из рубашки в специальный сосуд, исследователи определяли теплоту, выделенную объектом.

Этот прибор позволил Лавуазье и Лапласу измерить теплоту многих химических реакций: сгорания угля, водорода, фосфора, чёрного пороха. Своими работами они заложили основы термохимии и сформулировали её основной принцип:

Всякие тепловые изменения, которые испытывает какая-нибудь материальная система, переменяя своё состояние, происходят в обратном порядке, когда система вновь возвращается в своё первоначальное состояние.

Иными словами, чтобы разложить воду на водород и кислород, надо затратить столько же энергии, сколько выделяется при реакции водорода с кислородом с образованием воды.

В том же \(1780\) году Лавуазье поместил в калориметр морскую свинку. Тепло от её дыхания растапливало снег в рубашке. Потом последовали и другие эксперименты, которые имели огромное значение для физиологии.

Тогда-то Лавуазье высказал мысль, что дыхание животного подобно горению свечи, за счёт которого в организме поддерживается необходимый запас тепла. Он также впервые связал три важнейшие функции живого организма: дыхание, питание и транспирацию (испарение воды). Видимо, с тех пор и заговорили о том, что пища сгорает в нашем организме.

 

В \(XIX\) веке благодаря стараниям знаменитого французского химика Марселена Бертло (\(1827—1907\)), который опубликовал более 200 работ по термохимии, точность калориметрических методов сильно повысилась и появились более совершенные приборы — водяной калориметр и герметичная калориметрическая бомба.

 

Марселен Бертло

 

Последний прибор нам особенно интересен, потому что в нём можно измерять теплоту, выделяемую при очень быстрых реакциях — горении и взрыве.

 

 

Навеску сухого исследуемого вещества насыпают в тигель, помещают внутри бомбы и герметично закрывают этот сосуд. Затем вещество поджигают электрической искрой. Оно сгорает, отдавая тепло воде в окружающей его водяной рубашке. Термометры позволяют точно фиксировать изменение температуры воды.

В похожем калориметре в тридцатых годах \(XIX\) века проводил первые опыты с пищей знаменитый немецкий химик Юстус фон Либих (\(1803—1873\)), который разделял идеи Лавуазье о том, что пища — это топливо для организма, как дрова для печки.

 

Юстус фон Либих

 

Юлиус фон Майер

 

Либих назвал эти дрова: белки, жиры и углеводы. Он сжигал навески пищи в калориметре и измерял выделившееся тепло. На основании результатов этих опытов Либих вместе со своим коллегой Юлиусом фон Майером составил первые в мире таблицы калорийности продуктов питания и на их основе попытался рассчитать научно обоснованный рацион для прусских солдат.

Знаменитым последователем Юстуса фон Либиха стал американский агрохимик Уилбур Олин Этуотер (\(1844—1907\)).

 

Уилбур Олин Этуотер

 

Этуотер первым додумался измерять энергоёмкость компонентов пищи и придумал схему подсчёта калорийности любых продуктов питания. Ему не пришлось начинать с нуля. Три года (\(1869—1871\)) Этуотер провёл в Германии, где изучал опыт европейских коллег-агрохимиков. Здесь он не только вдохновился идеями физиологической калориметрии, посеянными Либихом, но и освоил некоторые методики эксперимента.

Сегодня Этуотера называют отцом диетологии. Значения калорийности углеводов (\(4\) ккал/г), белков (\(4\) ккал/г) и жиров (\(9\) ккал/г) впервые экспериментально получил Этуотер. Но и теперь, спустя сто двадцать лет, диетологи используют эти цифры при подсчёте энергетической ценности продуктов питания. Система Этуотера по сей день лежит в основе маркировки продуктов. И в этом смысле, как верно подметил кто-то из журналистов, Уилбур Этуотер — самый цитируемый учёный в мире.

Источники:

Стрельникова Л., «Калория и её история»/ Стрельникова Л.//«Химия и жизнь». — 2013. — №2.

www.biologylib.ru

www.biphoo.com

www.587.su

www.commons.wikimedia.org

www.ebookdead3b.cf

www.liveinternet.ru

www.invata-mate.info

www.surfingbird.com

www.fitband.ru

Теплопроводность — Википедия

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела (атомов, молекул, электронов и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием гипотетического теплорода от одного тела к другому. Однако с развитием молекулярно-кинетической теории явление теплопроводности получило своё объяснение на основе взаимодействия частиц вещества. Молекулы в более нагретых частях тела движутся быстрее и передают энергию посредством столкновений медленным частицам в более холодных частях тела.

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

q→=−ϰgrad(T),{\displaystyle {\vec {q}}=-\varkappa \,\mathrm {grad} (T),}

где q→{\displaystyle {\vec {q}}} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, ϰ{\displaystyle \varkappa } — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T{\displaystyle T} — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad(T){\displaystyle \mathrm {grad} (T)} (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.[1]

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

P=−ϰSΔTl,{\displaystyle P=-\varkappa {\frac {S\Delta T}{l}},} [Вт/(м·К) · (м2·К)/м = Вт/(м·К) · (м·К) = Вт]

где P{\displaystyle P} — полная мощность тепловых потерь, S{\displaystyle S} — площадь сечения параллелепипеда, ΔT{\displaystyle \Delta T} — перепад температур граней, l{\displaystyle l} — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Связь с электропроводностью[править | править код]

Связь коэффициента теплопроводности ϰ{\displaystyle \varkappa } с удельной электрической проводимостью σ{\displaystyle \sigma } в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

ϰσ=π23(ke)2T,{\displaystyle {\frac {\varkappa }{\sigma }}={\frac {\pi ^{2}}{3}}\left({\frac {k}{e}}\right)^{2}T,}
где k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана,
e{\displaystyle e} — заряд электрона,
T{\displaystyle T} — абсолютная температура.

Коэффициент теплопроводности газов[править | править код]

В газах коэффициент теплопроводности может быть найден по приближённой формуле[2]

ϰ∼13ρcvλv¯,{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}\lambda {\bar {v}},}

где ρ{\displaystyle \rho } — плотность газа, cv{\displaystyle c_{v}} — удельная теплоёмкость при постоянном объёме, λ{\displaystyle \lambda } — средняя длина свободного пробега молекул газа, v¯{\displaystyle {\bar {v}}} — средняя тепловая скорость. Эта же формула может быть записана как[3]

ϰ=ik3π3/2d2RTμ,{\displaystyle \varkappa ={\frac {ik}{3\pi ^{3/2}d^{2}}}{\sqrt {\frac {RT}{\mu }}},}

где i{\displaystyle i} — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5{\displaystyle i=5}, для одноатомного i=3{\displaystyle i=3}), k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана, μ{\displaystyle \mu } — молярная масса, T{\displaystyle T} — абсолютная температура, d{\displaystyle d} — эффективный (газокинетический) диаметр молекул, R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах[править | править код]

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): ϰ∼13ρcvlv¯∝P{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}l{\bar {v}}\propto P}, где l{\displaystyle l} — размер сосуда, P{\displaystyle P} — давление.

Таким образом коэффициент теплопроводности вакуума тем ближе к нулю, чем глубже вакуум. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, энергия в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотерь стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье неприменим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл[4], а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:[5]

τ∂q∂t=−(q+ϰ∇T).{\displaystyle \tau {\frac {\partial \mathbf {q} }{\partial t}}=-\left(\mathbf {q} +\varkappa \,\nabla T\right).}

Если время релаксации τ{\displaystyle \tau } пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Коэффициенты теплопроводности различных веществ[править | править код]

\tau
Материал Теплопроводность, Вт/(м·K)
Графен 4840 ± 440 — 5300 ± 480
Алмаз 1001—2600
Графит 278,4—2435
Арсенид бора[en] 200—2000
Карбид кремния 490
Серебро 430
Медь 401
Оксид бериллия 370
Золото 320
Алюминий 202—236
Нитрид алюминия 200
Нитрид бора 180
Кремний 150
Латунь 97—111
Хром 107
Железо 92
Платина 70
Олово 67
Оксид цинка 54
Сталь нелегированная 47—58
Свинец 35,3
Сталь нержавеющая (аустенитная) [6] 15
Кварц 8
Термопасты высокого качества 5—12 (на основе соединений углерода)
Гранит 2,4
Бетон сплошной 1,75
Бетон на гравии или щебне из природного камня 1,51
Базальт 1,3
Стекло 1—1,15
Термопаста КПТ-8 0,7
Бетон на песке 0,7
Вода при нормальных условиях 0,6
Кирпич строительный 0,2—0,7
Силиконовое масло 0,16
Пенобетон 0,05—0,3
Газобетон 0,1—0,3
Древесина 0,15
Нефтяные масла 0,12
Свежий снег 0,10—0,15
Пенополистирол (горючесть Г1) 0,038—0,052
Экструдированный пенополистирол (горючесть Г3 и Г4) 0,029—0,032
Стекловата 0,032—0,041
Каменная вата 0,034—0,039
Воздух (300 K, 100 кПа) 0,022
Аэрогель 0,017
Аргон (273—320 K, 100 кПа) 0,017
Аргон (240—273 K, 100 кПа) 0,015
Вакуум (абсолютный) 0 (строго)

Также нужно учитывать передачу тепла из-за конвекции молекул и излучения. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепловая энергия передаётся излучением (Солнце, инфракрасные теплогенераторы). В газах и жидкостях происходит перемешивание разнотемпературных слоёв естественным путём или искусственно (примеры принудительного перемешивания — фены, естественного — электрочайники). Также в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепловой энергии, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

Тепловые величины, единицы измерения — Справочник химика 21

    ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ВЕЛИЧИН [c.45]

    Поток нейтронов Ф, который является важнейшей регулируемой рабочей величиной в реакторе, определяется как произведение плотности и скорости нейтронов. Основной единицей измерения является единица потока (1 нейтрон см» сек). В зависимости от типа ядерного реактора при полной нагрузке поток нейтронов в активной зоне реактора достигает 10 2—10 единиц. Поток нейтронов пропорционален числу делений в единицу времени и, следовательно, высвобождающейся энергии. При каждом делении ядра высвобождается 3,2-Ю вт-сек энергии 1 вт высвобождается при 3-10 ° делений в 1 сек. Таким образом, тепловая мощность и поток нейтронов ядерного реактора взаимно пропорциональны. [c.549]


    ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ВЕЛИЧИН [c.6]

    Некоторые модули, используемые при моделировании ХТС, не соответствуют реально существующим элементам системы. К такого типа модулям относятся, например, модуль-калькулятор стоимости модуль расчета материальных и тепловых балансов системы модуль эквивалентного преобразования единиц измерения физико-химических величин и др. [c.327]

    Количество выделенного (или поглощенного) тепла называют тепловым эффектом процесса. Чтобы этой величине придать полную определенность, надо условиться об ее знаке, выбрать единицы измерения, установить, к какому количеству вещества ее следует относить, и договориться о режиме протекания процесса. Решение вопроса о знаке и единицах измерения не вызывает затруднений, хотя в отношении первого могут быть два, а в отношении второго — очень много вариантов. Примем положитель-нь1 тепловой эффект эндотермических процессов условимся относить тепловой эффект к 1 моль вещества (обычно продукта реакции) и выражать его в килокалориях. [c.9]

    Величину коэффициента А в среднем можно принять равной 2,1. Коэффициент теплопередачи аг имеет единицу измерения Вт/(м К). В качестве тепловой изоляции используют синтетические и минеральные материалы, имеюш,1 е пористую структуру с замкнутыми мелкими порами, в которых исключается теплопередача конвекцией. Как известно, тонкие слои воздуха являются хорошей изоляцией при толщинах, исключающих возникновение свободной конвекции. Такие пористые материалы имеют весьма малые значения коэффициента теплопроводности, что позволяет при определенной толщине слоя изоляции (обычно до 150 мм) и ее конструкции получить большую величину термического сопротивления стенки. [c.174]

    Количество выделенной (или поглощенной) теплоты называют тепловым эффектом процесса . Чтобы этой величине придать полную определенность, надо условиться об ее знаке, выбрать единицы измерения, установить, к какому количеству вещества ее следует относить, и выбрать режим протекания процесса. Примем положительным тепловой эффект эндотермических процессов условимся выражать его в килокалориях (ккал). [c.9]


    Определение тепловых величин и соотношение между единицами их измерения [c.582]

    В качестве основных единиц измерения физических величин в Международной системе единиц приняты метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кан-дела. Предусмотрены также две дополнительные единицы — радиан и стерадиан. Для различных областей измерений рекомендуются производные единицы СИ. Ниже перечислены основные производные единицы измерения СИ (механические, тепловые, электрические), с которыми приходится наиболее часто оперировать и в химической технологии  [c.450]

    Теплопроводность. Способность передавать тепло твердой, жидкой и газообразными фазами определяет удельную теплопроводность горных пород I или тепловое удельное сопротивление Коэффициент теплопроводности представляет собой величину, равную количеству тепла, переносимому породой в единицу времени через единицу площади при единичном градиенте температуры. В системе СИ единицей измерения К служит Вт/моль-°С. [c.114]

    Согласно молекулярно-кинетической теории сообщаемая телу тепловая энергия, вызывающая повышение температуры, преобразуется в энергию движения его молекул. Изменение энергии движения молекул при изменении температуры приводит к тому, что практически все физические свойства вещества оказываются функциями его температуры. Температура не может быть выражена в абсолютных единицах измерений. Она представляет собой безразмерную величину. [c.18]

    Величина К = 1/(1/а1 +5/А, + 1/аа) называется коэффициентом теплопередачи. При = 1 м и г — = = 1 К тепловой поток Q = К Вт/(м К)- Таким образом, коэффициент теплопередачи, выражаясь в тех же единицах измерения, что и коэ( )фициент теплоотдачи, характеризует количество тепла, передаваемого в единицу времени через 1 м поверхности плоской стенки от нагретой среды к холодной при рашости их температур 1 К- [c.312]

    Изменения объема при образовании бинарных соединений приведены в табл. 2 по расчету для кубической модификации кремния и стабильной кристаллической формы другого элемента. Эти данные приведены для температуры 20° без учета теплового расширения. Параметры кристаллических решеток указываются преимущественно в А, реже — в кХ. Поскольку разница в этих единицах зачастую меньше точности самих измерений параметров кристаллических решеток, то было нецелесообразно пересчитывать все в одну систему измерения. Удельный вес, где это оказалось возможным, вычислен из величины элементарной ячейки. Вышеуказанное о единицах измерения элементарной ячейки должно быть учтено при оценке точности значения удельных весов и молекулярных объемов. Однако для практических целей эти неточности не имеют никакого значения. [c.14]

    Когда хотят показать энергетический эффект химической реакции, то в правой части уравнения реакции записывают количество выделенной или поглощенной теплоты в тех или иных единицах измерения. Так как в уравнении реакции формула каждого вещества выражает его количество, равное одному молю, а коэффициент при формуле — число молей этого вещества, то и величину энергии, записанную в уравнении, относят к обозначенным в уравнении количествам исходных и полученных веществ. Выделенную энергию записывают обычно со знаком плюс, а поглощенную—со знаком минус. В первом случае реакцию называют экзотермической, во втором — эндотермической. Такие уравнения, выражающие законы сохранения массы и энергии в химических реакциях, называются термохими

Британская тепловая единица — это… Что такое Британская тепловая единица?


Британская тепловая единица

Британская термическая единица (BTU, англ. British thermal unit) — единица измерения энергии, используемая в США. В настоящее время используется в основном для обозначения мощности тепловых установок, в других сферах её заменила единица СИ джоуль.

BTU определяется как количество тепла, необходимое для того, чтобы поднять температуру 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта. Существует несколько альтернативных определений BTU различающихся по температуре воды, из-за чего значение BTU в разных определениях может отличаться на величину до 0,5 %.

Соотношения с другими единицами измерений

1 BTU равен

BTU/час

Наиболее известным примером использования данной единицы в России является использование связанной единицы BTU/час (BTU/h). Данными единицами маркируется вся продаваемая в нашей стране бытовая техника, предназначенная для кондиционирования.

Соотношения между BTU/час и другими единицами:

Цены на природный газ

Ещё одно использование британской термальной единицы — котировки цен на топливо (как правило, на англо-американских рынках). Один баррель нефти содержит 5,825×106 BTU. Один кубический метр природного газа содержит 36 678,5 BTU.

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Британская разведка
  • Британская зависимая территория

Смотреть что такое «Британская тепловая единица» в других словарях:

  • Британская тепловая единица — БТЕ (0,252 ккал, 1,06 кДж) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы БТЕ EN British thermal unitBTU …   Справочник технического переводчика

  • британская тепловая единица — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN British thermal unitBTU …   Справочник технического переводчика

  • Британская термическая единица — Британская тепловая единица (британская термическая единица, BTU, англ. British thermal unit)  единица измерения энергии, используемая в англоязычных странах. В настоящее время используется в основном для обозначения мощности тепловых… …   Википедия

  • БТЕ — британская тепловая единица …   Словарь сокращений русского языка

  • BTU (British Thermal Unit) — Британская тепловая единица (БТЕ). Единица количества тепла, необходимого для повышения температуры одного фунта воды на один градус Фаренгейта. На практике одна БТЕ приблизительно эквивалентна сжиганию одной хозяйственной спички. Она равна 1054… …   Глоссарий терминов бытовой и компьютерной техники Samsung

  • BTU (British Thermal Unit) — Британская тепловая единица (БТЕ). Единица количества тепла, необходимого для повышения температуры одного фунта воды на один градус Фаренгейта. На практике одна БТЕ приблизительно эквивалентна сжиганию одной хозяйственной спички. Она равна 1054… …   Глоссарий терминов бытовой и компьютерной техники Samsung

  • ТЕПЛОТА — кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело …   Энциклопедия Кольера

  • БТЕ — британская тепловая единица Великобритания, ед. изм. Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с. БТЕ британская термическая единица Великобритания, ед. изм. Источник:… …   Словарь сокращений и аббревиатур

  • БТЕ — (британская тепловая единица), количество тепловой энергии, необходимое для поднятия температуры 1 фунта воды от 59,5 до 60,5 °F. Одна БТЕ эквивалентна 252 КАЛОРИЯМ, или 1055 ДЖОУЛЕЙ. Эта единица в настоящее время почти полностью заменена… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • МЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА — (metric system) Система измерения, основывающаяся на десятеричной системе. Она впервые получила признание во Франции в конце XVIII в. и к 1830 м гг. широко распространилась в Европе. В Великобритании законопроекты о ее обязательном введении не… …   Словарь бизнес-терминов

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.