Capacidade de calor é a capacidade de absorver certas quantidades de calor durante o aquecimento ou liberar quando resfriado. A capacidade calorífica de um corpo é a razão entre uma quantidade infinitesimal de calor que um corpo recebe e o aumento correspondente em seus indicadores de temperatura. O valor é medido em J/K. Na prática, um valor ligeiramente diferente é usado - calor específico.
Definição
O que significa calor específico? Esta é uma quantidade relacionada a uma única quantidade de uma substância. Assim, a quantidade de uma substância pode ser medida em metros cúbicos, quilogramas ou mesmo em moles. Do que depende? Na física, a capacidade calorífica depende diretamente de qual unidade quantitativa se refere, o que significa que eles distinguem entre capacidade calorífica molar, massa e volumétrica. Na indústria da construção, você não verá medidas molares, mas verá outras o tempo todo.
O que influencia a capacidade calorífica específica?
O que é capacidade de calor, você sabe, mas quais valores afetam o indicador ainda não está claro. O valor da capacidade calorífica específica é diretamente afetado por vários componentes:temperatura da substância, pressão e outras características termodinâmicas.
À medida que a temperatura de um produto aumenta, sua capacidade calorífica específica aumenta, mas certas substâncias apresentam uma curva completamente não linear nessa relação. Por exemplo, com um aumento nos indicadores de temperatura de zero a trinta e sete graus, a capacidade de calor específico da água começa a diminuir e, se o limite estiver entre trinta e sete e cem graus, o indicador, ao contrário, será aumentar.
Vale a pena notar que o parâmetro também depende de como as características termodinâmicas do produto (pressão, volume e assim por diante) podem mudar. Por exemplo, o calor específico a pressão estável e a volume estável serão diferentes.
Como calcular o parâmetro?
Você está interessado em qual é a capacidade de calor? A fórmula de cálculo é a seguinte: C \u003d Q / (m ΔT). Quais são esses valores? Q é a quantidade de calor que o produto recebe quando aquecido (ou liberado pelo produto durante o resfriamento). m é a massa do produto e ΔT é a diferença entre as temperaturas final e inicial do produto. Abaixo está uma tabela da capacidade calorífica de alguns materiais.
E o cálculo da capacidade calorífica?
Calcular a capacidade calorífica não é uma tarefa fácil, principalmente se forem usados apenas métodos termodinâmicos, é impossível fazê-lo com mais precisão. Portanto, os físicos usam os métodos da física estatística ou o conhecimento da microestrutura dos produtos. Como calcular para o gás? Capacidade calorífica do gásé calculado a partir do cálculo da energia média do movimento térmico de moléculas individuais em uma substância. Os movimentos das moléculas podem ser do tipo translacional e rotacional, e dentro de uma molécula pode haver um átomo inteiro ou vibração de átomos. A estatística clássica diz que para cada grau de liberdade dos movimentos rotacionais e translacionais, existe um valor na capacidade calorífica molar do gás, que é igual a R/2, e para cada grau de liberdade vibracional, o valor é igual a R. Esta regra também é chamada de lei de equipartição.
Ao mesmo tempo, uma partícula de um gás monoatômico difere por apenas três graus de liberdade de translação e, portanto, sua capacidade calorífica deve ser igual a 3R/2, o que está em excelente acordo com o experimento. Cada molécula de gás diatômico tem três graus de liberdade translacionais, dois rotacionais e um vibracional, o que significa que a lei de equipartição será 7R/2, e a experiência mostrou que a capacidade calorífica de um mol de um gás diatômico à temperatura normal é 5R/ 2. Por que houve tal discrepância na teoria? Tudo se deve ao fato de que, ao estabelecer a capacidade calorífica, será necessário levar em consideração vários efeitos quânticos, ou seja, usar a estatística quântica. Como você pode ver, a capacidade de calor é um conceito bastante complicado.
A mecânica quântica diz que qualquer sistema de partículas que oscilam ou giram, incluindo uma molécula de gás, pode ter certos valores discretos de energia. Se a energia do movimento térmico no sistema instalado for insuficiente para excitar as oscilações da frequência necessária, essas oscilações não contribuem paracapacidade de calor do sistema.
Nos sólidos, o movimento térmico dos átomos é uma oscilação fraca perto de certas posições de equilíbrio, isso se aplica aos nós da rede cristalina. Um átomo tem três graus de liberdade vibracional e, de acordo com a lei, a capacidade calorífica molar de um sólido é igual a 3nR, onde n é o número de átomos existentes na molécula. Na prática, esse valor é o limite ao qual tende a capacidade calorífica do corpo em altas temperaturas. O valor é alcançado com mudanças normais de temperatura em muitos elementos, isso se aplica a metais, bem como a compostos simples. A capacidade calorífica do chumbo e de outras substâncias também é determinada.
E as baixas temperaturas?
Já sabemos o que é capacidade calorífica, mas se falarmos de baixas temperaturas, como o valor será calculado então? Se estamos falando de indicadores de baixa temperatura, então a capacidade calorífica de um corpo sólido acaba sendo proporcional a T 3 ou a chamada lei da capacidade calorífica de Debye. O principal critério para distinguir altas temperaturas de baixas é a comparação usual delas com um parâmetro característico para uma determinada substância - esta pode ser a temperatura característica ou Debye qD. O valor apresentado é definido pelo espectro de vibração dos átomos no produto e depende significativamente da estrutura cristalina.
Nos metais, os elétrons de condução fazem uma certa contribuição para a capacidade calorífica. Esta parte da capacidade calorífica é calculada usandoEstatísticas de Fermi-Dirac, que levam os elétrons em consideração. A capacidade calorífica eletrônica de um metal, que é proporcional à capacidade calorífica usual, é um valor relativamente pequeno e contribui para a capacidade calorífica do metal apenas em temperaturas próximas ao zero absoluto. Então a capacidade de calor da rede se torna muito pequena e pode ser desprezada.
Capacidade de calor de massa
Calor específico de massa é a quantidade de calor que precisa ser trazida para uma unidade de massa de uma substância para aquecer o produto por unidade de temperatura. Este valor é denotado pela letra C e é medido em joules dividido por um quilograma por kelvin - J / (kg K). Isso é tudo sobre a capacidade de calor de massa.
O que é capacidade térmica volumétrica?
A capacidade de calor em volume é uma certa quantidade de calor que precisa ser adicionada a uma unidade de volume de um produto para aquecê-lo por unidade de temperatura. Este indicador é medido em joules dividido por um metro cúbico por kelvin ou J / (m³ K). Em muitos livros de referência de construção, é a capacidade de calor específico da massa no trabalho que é considerada.
Aplicação prática da capacidade calorífica na construção civil
Muitos materiais de uso intensivo de calor são usados ativamente na construção de paredes resistentes ao calor. Isso é extremamente importante para casas caracterizadas por aquecimento periódico. Por exemplo, forno. Produtos de uso intensivo de calor e paredes construídas a partir deles acumulam perfeitamente o calor, armazenam-no durante os períodos de aquecimento e liberam calor gradualmente após o desligamentosistema, permitindo assim manter uma temperatura aceitável ao longo do dia.
Então, quanto mais calor armazenado na estrutura, mais confortável e estável será a temperatura nos quartos.
Vale a pena notar que o tijolo e o concreto comuns usados na construção de moradias têm uma capacidade térmica muito menor do que o poliestireno expandido. Se tomarmos ecowool, ele consome três vezes mais calor do que o concreto. Deve-se notar que na fórmula para calcular a capacidade calorífica, não é em vão que existe massa. Devido à grande massa de concreto ou tijolo, em comparação com a ecowool, permite acumular grandes quantidades de calor nas paredes de pedra das estruturas e suavizar todas as flutuações diárias de temperatura. Apenas uma pequena massa de isolamento em todas as casas de estrutura, apesar da boa capacidade de calor, é a área mais fraca para todas as tecnologias de estrutura. Para resolver este problema, impressionantes acumuladores de calor são instalados em todas as casas. O que é isso? São peças estruturais caracterizadas por uma grande massa com um índice de capacidade térmica bastante bom.
Exemplos de acumuladores de calor na vida
O que poderia ser? Por exemplo, algum tipo de parede interna de tijolos, um grande fogão ou lareira, contrapisos de concreto.
Móveis em qualquer casa ou apartamento é um excelente acumulador de calor, porque madeira compensada, aglomerado e madeira podem armazenar calor apenas por quilo de peso três vezes mais do que o famoso tijolo.
Existem desvantagens nos acumuladores de calor? É claro que a principal desvantagem dessa abordagem éo fato de que o acumulador de calor precisa ser projetado na fase de criação de um layout de casa de madeira. Tudo devido ao fato de ser muito pesado, e isso precisará ser levado em consideração ao criar a fundação e, em seguida, imaginar como esse objeto será integrado ao interior. Vale dizer que é preciso levar em conta não apenas a massa, será necessário avaliar ambas as características no trabalho: massa e capacidade calorífica. Por exemplo, se você usar ouro com um peso incrível de vinte toneladas por metro cúbico como armazenamento de calor, o produto funcionará como deveria apenas vinte e três por cento melhor do que um cubo de concreto, que pesa duas toneladas e meia.
Qual substância é mais adequada para armazenamento de calor?
O melhor produto para um acumulador de calor não é concreto e tijolo! Cobre, bronze e ferro fazem um bom trabalho, mas são muito pesados. Curiosamente, mas o melhor acumulador de calor é a água! O líquido tem uma capacidade calorífica impressionante, a maior entre as substâncias disponíveis para nós. Apenas os gases hélio (5190 J / (kg K) e hidrogênio (14300 J / (kg K)) têm maior capacidade calorífica, mas são problemáticos para aplicar na prática. Se desejado e necessário, consulte a tabela de capacidade calorífica das substâncias que você necessidade.
