Формула расчета количества тепла для воздуха: Онлайн-калькулятор расчета калорифера: мощность и расход теплоносителя

Содержание

Онлайн-калькулятор расчета калорифера: мощность и расход теплоносителя

Автор Евгений Апрелев На чтение 5 мин. Просмотров 57k.

При конструировании системы воздушного отопления используются уже готовые калориферные установки.

Для правильного подбора необходимого оборудования достаточно знать: необходимую мощность калорифера, который впоследствии будет монтироваться в системе отопления приточной вентиляции, температуру воздуха на его выходе из калориферной установки и расход теплоносителя.

[contents]

Для упрощения производимых расчетов вашему вниманию представлен онлайн-калькулятор расчета основных данных для правильного подбора калорифера.

С помощью него вы сможете рассчитать:

  1. Тепловую мощность калорифера кВт. В поля калькулятора следует ввести исходные данные об объеме проходящего через калорифер воздуха, данные о температуре поступаемого на вход воздуха, необходимую температуру воздушного потока на выходе из калорифера.
  2. Температуру воздуха на выходе
    . В соответствующие поля следует ввести исходные данные об объеме нагреваемого воздуха, температуре воздушного потока на входе в установку и полученную при первом расчете тепловую мощность калорифера.
  3. Расход теплоносителя. Для этого в поля онлайн-калькулятора следует ввести исходные данные: о тепловой мощности установки, полученные при первом подсчете, о температуре теплоносителя подаваемого на вход в калорифер, и значение температуры на выходе из устройства.

Расчет мощности калорифера

Расчет расхода теплоносителя

Расчета калориферов, в качестве теплоносителя которых используется вода или пар, происходит по определенной методике. Здесь важной составляющей являются не только точные расчеты, но и определенная последовательность действий.

Добавление по теме

Обратите внимание!

Если вы не найдете ответ на свой вопрос в этой статье, то посмотрите вопросы наших читателей. Может быть кто-то уже задавал вопрос, похожий на ваш:

Расчет производительности для нагрева воздуха определенного объема

Определяем массовый расход нагреваемого воздуха

G (кг/ч) = L х р

где:

L — объемное количество нагреваемого воздуха, м.куб/час
p — плотность воздуха при средней температуре (сумму температуры воздуха на входе и выходе из калорифера разделить на два) — таблица показателей плотности представлена выше, кг/м.куб

Определяем расход теплоты для нагревания воздуха

Q (Вт) = G х c х (t кон — t нач)

где:

G — массовый расход воздуха, кг/час с — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг•K), (показатель берется по температуре входящего воздуха из таблицы)
t нач — температура воздуха на входе в теплообменник, °С
t кон — температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С

Вычисление фронтального сечения устройства, требующегося для прохода воздушного потока

Определившись с необходимой тепловой мощностью для обогрева требуемого объема, находим фронтальное сечение для прохода воздуха.

Фронтальное сечение — рабочее внутреннее сечение с теплоотдающими трубками, через которое непосредственно проходят потоки нагнетаемого холодного воздуха.

f (м.кв) = G / v

где:

G — массовый расход воздуха, кг/час
v — массовая скорость воздуха — для оребренных калориферов принимается в диапазоне 3 — 5 (кг/м.кв•с). Допустимые значения — до 7 — 8 кг/м.кв•с

Вычисление значений массовой скорости

Находим действительную массовую скорость для калориферной установки

  V(кг/м.кв•с) = G / f

где:

G — массовый расход воздуха, кг/час
f — площадь действительного фронтального сечения, берущегося в расчет, м.кв

Расчет расхода теплоносителя в калориферной установке

Рассчитываем расход теплоносителя

Gw (кг/сек) = Q / ((cw х (t вх — t вых))

где:

Q — расход тепла для нагрева воздуха, Вт
cw — удельная теплоемкость воды Дж/(кг•K)
t вх — температура воды на входе в теплообменник, °С

t вых — температура воды на выходе из теплообменника, °С

Подсчет скорости движения воды в трубах калорифера

W (м/сек) = Gw / (pw х fw)

где:

Gw — расход теплоносителя, кг/сек
pw — плотность воды при средней температуре в воздухонагревателе (принимается по таблице внизу), кг/м. куб
fw — средняя площадь живого сечения одного хода теплообменника (принимается по таблице подбора калориферов КСк), м.кв

Определение коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплотехнической эффективности рассчитывается по формуле

Квт/(м.куб х С) = А х Vn х Wm

где:

V – действительная массовая скорость кг/м.кв х с
W – скорость движения воды в трубах м/сек
A

Расчет тепловой производительности калориферной установки

Подсчет фактической тепловой мощности:

q (Вт) = K х F х ((t вх +

t вых)/2 — (t нач +t кон)/2))

или, если подсчитан температурный напор, то:

q (Вт) = K х F х средний температурный напор

где:

K — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м.кв•°C)
F — площадь поверхности нагрева выбранного калорифера (принимается по таблице подбора), м. кв
t вх — температура воды на входе в теплообменник, °С
t вых — температура воды на выходе из теплообменника, °С
t нач — температура воздуха на входе в теплообменник, °С
t кон — температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С

Определение запаса устройства по тепловой мощности

Определяем запас тепловой производительности:

((qQ) / Q) х 100

где:

q — фактическая тепловая мощность подобранных калориферов, Вт
Q — расчетная тепловая мощность, Вт

Расчет аэродинамического сопротивления

Расчет аэродинамического сопротивления. Величину потерь по воздуху можно рассчитать по формуле:

ΔРа (Па)=В х Vr

где:

v — действительная массовая скорость воздуха, кг/м.кв•с
B, r — значение модуля и степеней из таблицы

Помогла вам статья произвести расчет калорифера?

Помогла, мне все понятноНе помогла, нужно объяснить более подробно

Определение гидравлического сопротивления теплоносителя

Расчет гидравлического сопротивления калорифера вычисляется по следующей формуле:

ΔPw(кПа)= С х W2

где:

С — значение коэффициента гидравлического сопротивления заданной модели теплообменника (смотреть по таблице)
W — скорость движения воды в трубках воздухонагревателя, м/сек.

Онлайн-калькулятор расчета и мощности электрических калориферов

На странице сайта представлен онлайн-расчет электрических калориферов с нахождением следующих теплотехнических данных:
1. требуемой мощности электрокалорифера, в зависимости от объема и температуры нагреваемого воздуха;

2. температуры воздуха на выходе из электрического калорифера.

Онлайн-расчет мощности электрического калорифера

Расход тепла вентиляционным электрокалорифером на подогрев приточного воздуха. В поля онлайн-калькулятора вносятся показатели: объем проходящего через электрический канальный калорифер холодного воздуха, температура входящего воздуха, необходимая температура на выходе из электрического калорифера. По результатам онлайн-расчета калькулятора выводится требуемая мощность электрического нагревательного модуля для соблюдения заложенных условий.

1 поле. Объем проходящего через канальный электронагреватель приточного воздуха, м³/ч
2 поле. Температура воздуха на входе в электрический калорифер, °С
3 поле. Необходимая температура воздуха на выходе из электрокалорифера, °С
4 поле. Требуемая мощность электрического калорифера (расход тепла на подогрев приточного воздуха) для введенных данных

Онлайн-подбор электрического калорифера

Онлайн-подбор электрического калорифера по объему нагреваемого воздуха и тепловой мощности. Ниже выложена таблица с номенклатурой электрокалориферов производства ЗАО Т.С.Т., по которой можно ориентировочно подобрать подходящий для ваших данных канальный электрический модуль. На каждый воздушный калорифер серии СФО представлен наиболее приемлемый (для этой модели и номера) диапазон нагреваемого воздуха, а также некоторые диапазоны температуры воздуха на входе и выходе из нагревателя. Кликнув мышкой по наименованию выбранного электрического воздухоподогревателя, можно перейти на страницу с его подробными теплотехническими характеристиками.

Наименование калорифера Установленная тепловая мощность, кВт Диапазон производительности по воздуху, м³/ч Температура входящего / выходящего воздуха, °с
СФО-16 15 800 - 1500 -25 / +22 +1
-20 / +28 +6
-15 / +34 +11
-10 / +40 +17
-5 / +46 +22
0 / +52 +28
Наименование калорифера Установленная тепловая мощность, кВт Диапазон производительности по воздуху, м³/ч Температура входящего / выходящего воздуха, °с
СФО-25 22. 5 1500 - 2300 -25 / +13 +1
-20 / +18 +5
-15 / +24 +11
-10 / +30 +16
-5 / +36 +22
0 / +41 +27
Наименование калорифера Установленная тепловая мощность, кВт Диапазон производительности по воздуху, м³/ч Температура входящего / выходящего воздуха, °с
СФО-40 45 2300 - 3500 -30 / +18 +2
-25 / +24 +7
-20 / +30 +13
-10 / +42 +24
-5 / +48 +30
0 / +54 +35
Наименование калорифера Установленная тепловая мощность, кВт Диапазон производительности по воздуху, м³/ч Температура входящего / выходящего воздуха, °с
СФО-60 67. 5 3500 - 5000 -30 / +17 +3
-25 / +23 +9
-20 / +29 +15
-10 / +35 +20
-5 / +41 +26
0 / +47 +32
Наименование калорифера Установленная тепловая мощность, кВт Диапазон производительности по воздуху, м³/ч Температура входящего / выходящего воздуха, °с
СФО-100 90
5000 - 8000
-25 / +20 +3
-20 / +26 +9
-15 / +32 +14
-10 / +38 +20
-5 / +44 +25
0 / +50 +31
Наименование калорифера Установленная тепловая мощность, кВт Диапазон производительности по воздуху, м³/ч Температура входящего / выходящего воздуха, °с
СФО-160 157. 5 8000 - 12000 -30 / +18 +2
-25 / +24 +8
-20 / +30 +14
-10 / +36 +19
-5 / +42 +25
0 / +48 +31
Наименование калорифера Установленная тепловая мощность, кВт Диапазон производительности по воздуху, м³/ч Температура входящего / выходящего воздуха, °с
СФО-250 247.5 12000 - 20000 -30 / +21 +1
-25 / +27 +6
-20 / +33 +12
-10 / +39 +17
-5 / +45 +23
0 / +51 +29
Купить электрические калориферы производства ЗАО Т.С.Т. Вы можете, отправив в адрес нашего предприятия заявку на электронную почту [email protected] ru. В выставленном коммерческом предложении или документе на оплату будут представлены цена запрашиваемого отопительного оборудования, сроки изготовления и условия поставки. Доставка до покупателей приобретенных электрокалориферов осуществляется, как на условиях самовывоза, так и автотранспортом нашего предприятия, транспортными компаниями. До местных терминалов транспортных компаний электрические воздухонагреватели довозятся бесплатно.

Онлайн-расчет расхода пара калорифером

Расход пара в зависимости от мощности калорифера. В верхнее поле калькулятора вносится значение тепловой мощности подобранного промышленного воздухонагревателя. В выпадающем меню выбирается давление сухого насыщенного пара, поступающего в калорифер приточной вентиляции. По результатам онлайн-расчета показывается необходимый расход теплоносителя для выработки указанной производительности по теплу.

1 поле. Объем проходящего через калорифер приточного воздуха, м³/ч
2 поле. Температура воздуха на входе в электрический калорифер, °С
3 поле. Тепловая мощность подобранного канального воздухоподогревателя, кВт
4 поле (результат). Температура воздуха на выходе из электрокалорифера, °С

Подробное описание, теплотехнические характеристики, чертежи и схемы подключения электрических воздухонагревателей представлены на странице сайта: Электрокалориферы СФО.

АНО ДПО «УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

Теплый период года — ТП.

1. При кондиционировании воздуха в тёплый период года — ТП изначально принимаются оптимальные параметры внутреннего воздуха в рабочей зоне помещения:

tВ = 20 ÷ 22ºC;   φВ = 40 ÷ 65%.

2. Границы оптимальных параметров при кондиционировании наносят на J-d диаграмму (см. рисунок 1).

3. Для достижения оптимальных параметров внутреннего воздуха в рабочей зоне помещения в тёплый период года — ТП требуется охлаждение наружного приточного воздуха.

4. При наличии тепловых избытков в помещении в тёплый период года — ТП, а также учитывая, что приточный воздух охлаждается, целесообразно выбрать из зоны оптимальных параметров наибольшую температуру

tВ = 22ºC

и наибольшую относительную влажность внутреннего воздуха в рабочей зоне помещения

φВ = 65%.

Получим на J-d диаграмме точку внутреннего воздуха — (•) В.

5. Составляем тепловой баланс помещения по тёплому периоду года — ТП:

  • по явному теплу ∑QТПЯ
  • по полному теплу ∑QТПП

6. Рассчитываем поступления влаги в помещение

∑W

7. Определяем тепловую напряженность помещения по формуле:

где: V — объем помещения, м3.

8. Исходя из величины теплового напряжения, находим градиент нарастания температуры по высоте помещения.

Градиент температуры воздуха по высоте помещений общественных и гражданских зданий.

Тепловая напряженность помещения QЯ/Vпом.grad t, °C
кДж/м3Вт/м3
Более 80Более 230,8 ÷ 1,5
40 ÷ 8010 ÷ 230,3 ÷ 1,2
Менее 40Менее 100 ÷ 0,5

и рассчитываем температуру удаляемого воздуха

tY = tB + grad t(H — hр.з.), ºС

где: Н — высота помещения, м;
hр.з. — высота рабочей зоны, м.

9. Для ассимиляции температуру приточного воздуха — tП принимаем на 4 ÷ 5ºС ниже температуры внутреннего воздуха - tВ, в рабочей зоне помещения.

10. Определяем численное значение величины тепло-влажностного отношения

11. На J-d диаграмме точку 0,0 °С шкалы температур соединяем прямой линией с численным значением тепло-влажностного отношения (для нашего примера численное значение величины тепло-влажностного отношения принимаем 3 800).

12. На J-d диаграмме проводим изотерму приточного — tП, с численным значением

tП = tВ — 5, °С.

13. На J-d диаграмме проводим изотерму уходящего воздуха с численным значением уходящего воздуха — tУ, найденным в пункте 8.

14. Через точку внутреннего воздуха — (•) В, проводим линию, которая параллельна линии тепло-влажностного отношения.

15. Пересечение этой линии, которая будет называться — лучом процесса

с изотермами приточного и уходящего воздуха — tП и tУ определит на J-d диаграмме точку приточного воздуха — (•) П и точку уходящего воздуха — (•) У.

16. Определяем воздухообмен по полному теплу

и воздухообмен на ассимиляцию избытков влаги

Внимание!

Остается самое главное, а именно как из точки — ( • ) Н, с параметрами наружного воздуха tН„Б“, °С и JН„Б“, кДж/кг попасть в точку ( • ) П, с параметрами приточного воздуха.

Возможно несколько решений этой задачи, а именно:

1. Классический вариант (см. рисунок 2).

Для обработки наружного приточного воздуха используем секцию оросительной камеры и секцию калорифера 2-го подогрева.

1. На J-d диаграмме из точки приточного воздуха — (•) П, проводим линию постоянного влагосодержания d = const, до пересечения с линией относительной влажности φ = 90% . Это стабильный вариант работы оросительной камеры.

Получаем точку (•) О, которая характеризует параметры увлажнённого и охлаждённого воздуха в оросительной камере.

2. Соединяем прямой линией точку с параметрами наружного воздуха — (•) Н, с точкой с параметрами увлажнённого и охлаждённого воздуха — (•) О. Эта прямая линия на J-d диаграмме характеризует политропический процесс, при котором все параметры обрабатываемого воздуха изменяются.

Для получения политропического процесса вода, поступающая из системы хозяйственно – питьевого водопровода, подаётся на форсунки оросительной камеры, где подвергается мелко — дисперсному распылению.

Часть влаги уносится с приточным воздухом, увлажняя и охлаждая его, а оставшаяся часть влаги стекает в дренажный поддон оросительной камеры и удаляется системой дренажных трубопроводов в хозяйственно – фекальную канализацию.

Таким образом, температура воды, которая идёт на увлажнение приточного воздуха, остаётся всегда неизменной. Это обязательное условие при увлажнении воздуха по политропному процессу.

3. Линия НО — политропический процесс, который процесс увлажнения и охлаждения приточного воздуха. Линия ОП характеризует процесс нагрева воздуха в теплообменнике 2-го подогрева.

4. Подобная обработка наружного приточного воздуха не является идеальной и имеет ряд недостатков:

  • сначала воздух увлажняется и охлаждается в оросительной камере в тёплый период года — ТП, а затем нагревается в теплообменнике 2-го подогрева;
  • политропический процесс требует постоянного увеличенного водопотребления, так как вода, которая не пошла на увлажнение приточного воздуха, удаляется в систему хозяйственно – фекальной канализации;
  • в тёплый период года — ТП, в системе теплоснабжения калорифера 2-го подогрева будет являться теплоноситель из открытой системы горячего водоснабжения — ГВС, который по своим параметрам — температурному перепаду и по располагаемому давлению нестабилен.

Возможно, осуществить нагрев увлажнённого и охлаждённого воздуха в электрическом калорифере, но это повлечёт значительное увеличение энергетических затрат.

Принципиальная схема обработки приточного воздуха в тёплый период года – ТП для 1-го варианта – классического, смотри на рисунок 3.

2. Второй вариант.

Для охлаждения наружного приточного воздуха в поверхностном воздухоохладителе возможны два случая:

Случай а (см. рисунок 4).

Абсолютная влажность воздуха или влагосодержание наружного воздуха — dH„Б“, меньше влагосодержания приточного воздуха — dП

dH„Б“ < dП г/кг.

1. В этом случаи необходимо охлаждать наружный приточный воздух — (•) Н на J-d диаграмме, до температуры приточного воздуха.

Процесс охлаждения воздуха в поверхностном воздухоохладителе на J-d диаграмме будет изображаться прямой линией НО. Процесс будет происходить с уменьшением теплосодержания — энтальпии, уменьшением температуры и увеличением относительной влажности наружного приточного воздуха. При этом влагосодержание воздуха остаётся неизменным.

2. Для того чтобы попасть из точки — (•) О, с параметрами охлаждённого воздуха в точку — (•) П, с параметрами приточного воздуха, необходимо воздух увлажнить паром.

При этом температура воздуха остаётся неизменной — t = const, и процесс на J-d диаграмме будет изображаться прямой линией — изотермой.

Принципиальная схема обработки приточного воздуха в тёплый период года — ТП, для 2-го варианта, случай а, смотри на рисунок 5.

Случай б (см. рисунок 6).

Абсолютная влажность воздуха или влагосодержание наружного воздуха — dH„Б“, больше влагосодержания приточного воздуха — dП

dH„Б“ > dП г/кг.

1. В этом случаи необходимо «глубоко» охлаждать приточный воздух. Т. е. процесс охлаждения воздуха на J - d диаграмме вначале будет изображаться прямой линией с постоянным влагосодержанием — dН = const, проведённой из точки с параметрами наружного воздуха — (•) Н, до пересечения с линией относительной влажности — φ = 100%. Полученная точка называется — точка росыТ.Р. наружного воздуха.

2. Далее процесс охлаждения от точки росы пойдет по линии относительной влажности φ = 100% до конечной точки охлаждения — (•) О. Численное значение влагосодержания воздуха с точке (•) О равно численному значению влагосодержания воздуха в точке притока — (•) П.

3. Далее необходимо нагреть воздух от точки — (•) О, до точки приточного воздуха — (•) П. Процесс нагревания воздуха будет происходить с постоянным влагосодержанием.

Принципиальная схема обработки приточного воздуха в тёплый период года — ТП, для 2-го варианта, случай б, смотри на рисунок 7.

3. Третий вариант.

Возможно, часть наружного приточного воздуха пропускать по байпасу, а затем смешивать часть охлаждённого приточного воздуха с воздухом, проходящим по байпасу, чтобы параметры воздуха в точке смеси — (•) С, имели бы параметры приточного воздуха в точке — (•) П.

В нашем курсе этот вариант не рассматривается.

Холодный период года — ХП.

1. При кондиционировании воздуха в холодный период года — ХП изначально принимаются оптимальные параметры внутреннего воздуха в рабочей зоне помещения:

tВ = 20 ÷ 22ºC;  φВ = 30 ÷ 55%.

2. Изначально на J-d диаграмму по двум известным параметрам влажного воздуха наносим точки (см. рисунок 8):

  • наружного воздуха (•) Н tН = - 28ºC;   JН = - 27,3 кДж/кг;
  • внутреннего воздуха (•) В tВ = 22ºC;   φВ = 30% с минимальной относительной влажностью;
  • внутреннего воздуха (•) В1 tВ1 = 22ºC;   φВ1 = 55% с максимальной относительной влажностью.

При наличии тепловых избытков в помещении целесообразно принять верхний температурный параметр внутреннего воздуха в помещении из зоны оптимальных параметров.

3. Составляем тепловой баланс помещения по холодному периоду года — ХП:

  • по явному теплу ∑QХПЯ
    по полному теплу ∑QХПП

4. Рассчитываем поступления влаги в помещение

∑W

5. Определяем тепловую напряженность помещения по формуле:

где: V — объем помещения, м3.

6. Исходя из величины теплового напряжения, находим градиент нарастания температуры по высоте помещения.

Градиент температуры воздуха по высоте помещений общественных и гражданских зданий.

Тепловая напряженность помещения QЯ/Vпом.grad t, °C
кДж/м3Вт/м3
Более 80Более 230,8 ÷ 1,5
40 ÷ 8010 ÷ 230,3 ÷ 1,2
Менее 40Менее 100 ÷ 0,5

и рассчитываем температуру удаляемого воздуха

tY = tB + grad t(H – hр. з.), ºС

где: Н — высота помещения, м;
hр.з. — высота рабочей зоны, м.

7. Для ассимиляции избытков тепла и влаги в помещении температуру приточного воздуха — tП, принимаем на 4 ÷ 5ºС ниже температуры внутреннего воздуха — tВ, в рабочей зоне помещения.

8. Определяем численное значение величины тепло-влажностного отношения

9. На J-d диаграмме точку 0,0°С шкалы температур соединяем прямой линией с численным значением тепло-влажностного отношения (для нашего примера численное значение величины тепло-влажностного отношения принимаем 5 800).

10. На J-d диаграмме проводим изотерму приточного — tП, с численным значением

tП = tВ — 5, °С.

11. На J-d диаграмме проводим изотерму уходящего воздуха с численным значением уходящего воздуха — tУ, найденным в пункте 6.

12. Через точки внутреннего воздуха — (•) В, (•) В1, проводим линии, которые параллельны линии тепло-влажностного отношения.

13. Пересечение этих линий, которые будет называться — лучами процесса

с изотермами приточного и уходящего воздуха — tП и tУ определит на J-d диаграмме точки приточного воздуха — (•) П, (•) П1 и точки уходящего воздуха — (•) У, (•) У1.

14. Определяем воздухообмен по полному теплу

и воздухообмен на ассимиляцию избытков влаги

Внимание!

Остается самое главное, а именно как из точки — (•) Н, с параметрами наружного воздуха t Н„Б“, °С и JН„Б“, кДж/кг попасть в точку (•) П, с параметрами приточного воздуха.

Возможно несколько решений этой задачи, а именно:

1. Первый способ – классический (см. рисунок 8)

1. Процессы обработки наружного воздуха:

  • нагрев наружного воздуха в калорифере 1-го подогрева;
  • увлажнение по адиабатному циклу;
  • нагрев в калорифере 2-го подогрева.

Построение процессов обработки воздуха на J-d диаграмме.

2. Из точки с параметрами наружного воздуха — (•) Н проводим линию постоянного влагосодержания — dН = const.

Эта линия характеризует процесс нагревания наружного воздуха в калорифере 1-го подогрева. Конечные параметры наружного воздуха после его нагревания будут определены в пункте 8.

3. Из точки с параметрами приточного воздуха — (•) П проводим линию постоянного влагосодержания dП = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 90% (эту относительную влажность стабильно обеспечивает оросительная камера при адиабатическом увлажнении).

Получаем точку — (•) О с параметрами увлажнённого и охлаждённого приточного воздуха.

4. Через точку — (•) О проводим линию изотермы — tО = const до пересечения со шкалой температур.

Значение температуры в точке — (•) О близко к 0°С. Поэтому в оросительной камере возможно образование тумана.

5. Следовательно, в зоне оптимальных параметров внутреннего воздуха в помещении необходимо выбрать другую точку внутреннего воздуха — (•) В1 с той же температурой — tВ1 = 22°С, но с большей относительной влажностью — φВ1 = 55%.

В нашем случае точка — (•) В1 принималась с самой максимальной относительной влажностью из зоны оптимальных параметров. При необходимости возможно принять и промежуточную относительную влажность из зоны оптимальных параметров.

6. Аналогично пункту 3. Из точки с параметрами приточного воздуха — (•) П1 проводим линию постоянного влагосодержания dП1 = const до пересечения с линией относительной влажности φ = 90% .

Получаем точку — (•) О1 с параметрами увлажнённого и охлаждённого приточного воздуха.

7. Через точку — (•) О1 проводим линию изотермы — tО1 = const до пересечения со шкалой температур и считываем численное значение температуры увлажнённого и охлаждённого воздуха.

Важное замечание!

Минимальное значение конечной температуры воздуха при адиабатическом увлажнении должно находиться в пределах 5 ÷ 7°С.

8. Из точки с параметрами приточного воздуха — (•) П1 проводим линию постоянного теплосодержания — JП1 = сonst до пересечения с линией постоянного влагосодержания наружного воздуха — точка (•) Н — dН = const.

Получаем точку — (•) К1 с параметрами нагретого наружного воздуха в калорифере 1-го подогрева.

9. Процессы обработки наружного воздуха на J-d диаграмме будут изображаться следующими линиями:

  • линия НК1 — процесс нагревания приточного воздуха в калорифере 1-го подогрева;
  • линия К1О1 — процесс увлажнения и охлаждения нагретого воздуха в оросительной камере;
  • линия О1П1 — процесс нагревания увлажнённого и охлаждённого приточного воздуха в калорифере 2-го подогрева.

10. Обработанный наружный приточный воздух с параметрами в точке — (•) П1 поступает в помещение и ассимилирует избытки теплоты и влаги по лучу процесса — линия П1В1. За счёт нарастания температуры воздуха по высоте помещения — grad t. Параметры воздуха изменяются. Процесс изменения параметров происходит по лучу процесса до точки уходящего воздуха — (•) У1.

11. Необходимое количество приточного воздуха для ассимиляции избытков теплоты и влаги в помещении определяем по формуле

12. Требуемое количество теплоты для нагрева наружного воздуха в калорифере 1-го подогрева

Q1 = GΔJ(JK1 — JH) = GΔJ(tK1 — tH), кДж/ч

13. Необходимое количество влаги для увлажнения приточного воздуха в оросительной камере

W = GΔJ(dO1 — dK1), г/ч

14. Требуемое количество теплоты для нагрева увлажнённого и охлаждённого приточного воздуха в калорифере 2-го подогрева

Q2 = GΔJ(JП1 — JO1) = GΔJ x C(tП1 — tO1), кДж/ч

Величину удельной теплоёмкости воздуха С принимаем:

C = 1,005 кДж/(кг × °С).

Чтобы получить тепловую мощность калориферов 1-го и 2-го подогрева в кВт необходимо величины Q1 и Q2 в размерности кДж/ч разделить на 3600.

Принципиальная схема обработки приточного воздуха в холодный период года — ХП, для 1-го способа — классического, смотри на рисунок 9.

2. Второй способ обработки наружного воздуха позволяет избежать нагревания его в калорифере 2-го подогрева (см. рисунок 10).

Построение процессов обработки воздуха на J-d диаграмме.

1. Параметры внутреннего воздуха выбираем из зоны оптимальных параметров:

  • температуру – максимальную tВ = 22°С;
  • относительную влажность – минимальную φВ = 30%.

2. По двум известным параметрам внутреннего воздуха находим точку на J-d диаграмме — (•) В.

3. Температуру приточного воздуха принимаем на 5°С меньше температуры внутреннего воздуха

tП = tВ — 5, °С.

На J-d диаграмме проводим изотерму приточного воздуха — tП.

4. Через точку с параметрами внутреннего воздуха — (•) В проводим луч процесса с численным значением тепло-влажностного отношения

ε = 5 800 кДж/кг Н2О

до пересечения с изотермой приточного воздуха — tП

Получаем точку с параметрами приточного воздуха — (•) П.

5. Из точки с параметрами наружного воздуха — (•) Н проводим линию постоянного влагосодержания — dН = const.

6. Из точки с параметрами приточного воздуха — (•) П проводим линию постоянного теплосодержания — JП = const до пересечения с линиями:

  • относительной влажности φ = 90%.

Получаем точку с параметрами увлажнённого и охлаждённого приточного воздуха — (•) О.

  • постоянного влагосодержания наружного воздуха — dН = const.

Получаем точку с параметрами нагретого в калорифере приточного воздуха — (•) К.

7. Часть нагретого приточного воздуха пропускаем через оросительную камеру, оставшуюся часть воздуха пропускаем по байпасу, минуя оросительную камеру.

8. Смешиваем увлажнённый и охлаждённый воздух с параметрами в точке — (•) О с воздухом, проходящим по байпасу, с параметрами в точке — (•) К в таких пропорциях, чтобы точка смеси — (•) С совместилась с точкой приточного воздуха — (•) П:

  • линия КО — общее количество приточного воздуха — GП;
  • линия КС — количество увлажнённого и охлаждённого воздуха — GО;
  • линия СО — количество воздуха, проходящего по байпасу — GП — GО.

9. Процессы обработки наружного воздуха на J-d диаграмме будут изображаться следующими линиями:

  • линия НК — процесс нагревания приточного воздуха в калорифере;
  • линия КС — процесс увлажнения и охлаждения части нагретого воздуха в оросительной камере;
  • линия СО — байпасирование нагретого воздуха минуя оросительную камеру;
  • линия КО — смешение увлажнённого и охлаждённого воздуха с нагретым воздухом.

10. Обработанный наружный приточный воздух с параметрами в точке — (•) П поступает в помещение и ассимилирует избытки теплоты и влаги по лучу процесса — линия ПВ. За счёт нарастания температуры воздуха по высоте помещения — grad t. Параметры воздуха изменяются. Процесс изменения параметров происходит по лучу процесса до точки уходящего воздуха — (•) У.

11. Количество воздуха, проходящего через оросительную камеру можно определить по отношению отрезков

12. Необходимое количество влаги для увлажнения приточного воздуха в оросительной камере

W = GO(dП — dH), г/ч

Принципиальная схема обработки приточного воздуха в холодный период года — ХП, для 2-го способа, смотри на рисунок 11.

3. Третий способ самый простой – увлажнение наружного приточного воздуха в паровом увлажнителе (см. рисунок 12).

Построение процессов обработки воздуха на J-d диаграмме.

1. Определение параметров внутреннего воздуха — (•) В и нахождение точки на J-d диаграмме смотри пункты 1 и 2.

2. Определение параметров приточного воздуха — (•) П смотри пункты 3 и 4.

3. Из точки с параметрами наружного воздуха — (•) Н проводим линию постоянного влагосодержания — dН = const до пересечения с изотермой приточного воздуха — tП. Получим точку — (•) К с параметрами нагретого наружного воздуха в калорифере.

4. Процессы обработки наружного воздуха на J-d диаграмме будут изображаться следующими линиями:

  • линия НК — процесс нагревания приточного воздуха в калорифере;
  • линия КП — процесс увлажнения нагретого воздуха паром.

5. Далее аналогично пункту 10.

6. Количество приточного воздуха определяем по формуле

7. Количество пара на увлажнение нагретого приточного воздуха рассчитываем по формуле

W = GП(dП — dK), г/ч

8. Количество тепла на нагрев приточного воздуха

Q = GП(JK — JH) = GП x C(tK — tH),  кДж/ч

где: С = 1,005 кДж/(кг × ºС) – удельная теплоемкость воздуха.

Для получения тепловой мощности калорифера в кВт, необходимо величину Q кДж/ч разделить на 3600 кДж/(ч × кВт).

Принципиальная схема обработки приточного воздуха в холодный период года ХП, для 3-го способа, смотри на рисунке 13.

Такое увлажнение применяется, как правило, для отраслей: медицинской, радиоэлектронной, пищевой и т.п.

3. Четвертый способ (см. рисунок 14) .

Применение сотовых увлажнителей дает возможность наиболее оптимального с точки зрения затрат энергии решить вопрос увлажнения воздуха. Задавшись фронтальной скоростью движения Vф = 2,3 м/сек приточного воздуха в сотовом увлажнителе можно достичь относительной влажности приточного воздуха:

  • при глубине сотовой насадки 100ммφ = 45%;
  • при глубине сотовой насадки 200ммφ = 65%;
  • при глубине сотовой насадки 300ммφ = 90%.

Построение процессов обработки воздуха на J-d диаграмме.

1. Параметры внутреннего воздуха выбираем из зоны оптимальных параметров:

  • температуру – максимальную tВ = 22°С;
  • относительную влажность – минимальную φВ = 30%.

2. По двум известным параметрам внутреннего воздуха находим точку на J-d диаграмме — (•) В.

3. Температуру приточного воздуха принимаем на 5°С меньше температуры внутреннего воздуха

tП = tВ — 5, °С.

На J-d диаграмме проводим изотерму приточного воздуха — tП.

4. Через точку с параметрами внутреннего воздуха — (•) В проводим луч процесса с численным значением тепло-влажностного отношения

ε = 5 800 кДж/кг Н2О

до пересечения с изотермой приточного воздуха — tП.

Получаем точку с параметрами приточного воздуха — (•) П.

5. Из точки с параметрами наружного воздуха — (•) Н проводим линию постоянного влагосодержания — dН =  const.

6. Из точки с параметрами приточного воздуха — (•) П проводим линию постоянного теплосодержания — JП = const до пересечения с линиями:

  • относительной влажности φ = 65%.

Получаем точку с параметрами увлажнённого и охлаждённого приточного воздуха — (•) О.

  • постоянного влагосодержания наружного воздуха — dН = const.

Получаем точку с параметрами нагретого в калорифере приточного воздуха — (•) К.

7. Часть нагретого приточного воздуха пропускаем через сотовый увлажнитель, оставшуюся часть воздуха пропускаем по байпасу, минуя сотовый увлажнитель.

8. Смешиваем увлажнённый и охлаждённый воздух с параметрами в точке — (•) О с воздухом, проходящим по байпасу, с параметрами в точке — (•) К в таких пропорциях, чтобы точка смеси — (•) С совместилась с точкой приточного воздуха — (•) П:

  • линия КО — общее количество приточного воздуха — GП;
  • линия КС — количество увлажнённого и охлаждённого воздуха — GО;
  • линия СО — количество воздуха, проходящего по байпасу — GП — GО.

9. Процессы обработки наружного воздуха на J-d диаграмме будут изображаться следующими линиями:

  • линия НК — процесс нагревания приточного воздуха в калорифере;
  • линия КС — процесс увлажнения и охлаждения части нагретого воздуха в сотовом увлажнителе;
  • линия СО — байпасирование нагретого воздуха, минуя сотовый увлажнитель;
  • линия КО — смешение увлажнённого и охлаждённого воздуха с нагретым воздухом.

10. Обработанный наружный приточный воздух с параметрами в точке — (•) П поступает в помещение и ассимилирует избытки теплоты и влаги по лучу процесса — линия ПВ. За счёт нарастания температуры воздуха по высоте помещения — grad t. Параметры воздуха изменяются. Процесс изменения параметров происходит по лучу процесса до точки уходящего воздуха — (•) У.

11. Количество воздуха, проходящего через оросительную камеру можно определить по отношению отрезков

12. Необходимое количество влаги для увлажнения приточного воздуха в оросительной камере

Принципиальная схема обработки приточного воздуха в холодный период года — ХП, для 4-го способа, смотри на рисунок 15.

Однако, вероятность совпадения количества подачи приточного воздуха, рассчитанная для ТП и ХП очень мала.

Нахождение общего решения.

Возможны три варианта решения этой проблемы.

1. Первый вариант

Принять количество наружного приточного воздуха по холодному периоду года (ХП) — GХП равное количеству наружного приточного воздуха по тёплому периоду года (ТП) — GТП, т. е.

GХП = GТП = G.

В этом случае придётся выполнить перерасчёт параметров приточного воздуха в точке — (•) П для холодного периода года — (ХП).

Для этого определяют приращение теплосодержания или влагосодержания в приточном воздухе в холодный период года — (ХП).

и на пересечении с лучом процесса по холодному периода года — εХП получаем точку — (•) П с пересчитанными параметрами приточного воздуха.

Этот вариант самый простой, но и самый затратный.

2. Второй вариант — применяя рециркуляцию воздуха.

А) Оптимальное применение рециркуляции (см. рисунок 16).

Для резко континентального климата территории России в холодный период года — ХП смешивание уходящего вытяжного внутреннего воздуха с наружным приточным воздухом в секции камеры рециркуляции центрального кондиционера возможно лишь в том случае, когда температура точки смеси — (•) С является положительной и находится в пределах

tС = 5 ÷ 7, °С.

В этом случае количество наружного воздуха — GН, кг/ч составляет 25 ÷ 30% от общего количества приточного воздуха — GП, кг/ч.

Причём, это количество наружного воздуха должно быть не меньше минимальной санитарной нормы подачи наружного воздуха на одного человека.

Принципиальная схема обработки приточного воздуха для 2-го варианта, оптимального применения рециркуляции А) смотри на рисунок 17.

Если из J-d диаграммы следует, что количество наружного воздуха — GН, кг/ч, принятое по санитарной норме подачи наружного воздуха на одного человека, оказалось больше 30% от общего количества воздуха, то в этом случаи необходимо:

  • увеличить общее количество приточного воздуха — GП, кг/ч с таким условием, чтобы количество наружного воздуха было бы 25 ÷ 30% от общего количества приточного воздуха (смотри рисунок 17).

Или

  • наружный приточный воздух предварительно подогреть в калорифере до положительной температуры в пределах 5 ÷ 7 °С, и только после этого смешивать его с воздухом, идущим на рециркуляцию (смотри рисунок 18).

Б) Применение рециркуляции с камерой орошения (см. рисунок 19) .

1. Общее количество приточного воздуха принимаем по тёплому периоду года — ТП

GПТП, кг/ч.

2. Количество наружного приточного воздуха принимаем по нормативному воздухообмену

Gнорм., кг/ч.

3. Количество воздуха, идущего на рециркуляцию, определяем по формуле

GP = GПТП — Gнорм., кг/ч.

4. Численное значение влагосодержания смеси определяем из уравнения смеси

Построение процессов обработки воздуха на J-d диаграмме.

5. Параметры внутреннего воздуха выбираем из зоны оптимальных параметров:

  • температуру – максимальную tВ = 22°С;
  • относительную влажность – минимальную φВ = 30%.

6. По двум известным параметрам находим на J-d диаграмме точку внутреннего воздуха — (•) В.

7. Температуру приточного воздуха принимаем на 5 °С меньше температуры внутреннего воздуха

tП = tВ — 5, °С.

На J-d диаграмме проводим изотерму приточного воздуха — tП.

8. Составляем тепловой баланс помещения по холодному периоду года — ХП:

  • по явному теплу ΣQХПЯ, Вт;
  • по полному теплу ΣQХПП, кДж/ч.

9. Рассчитываем поступления влаги в помещение

ΣW, кг/ч.

10. Определяем тепловую напряженность помещения по формуле

где: V — объем помещения, м3.

11. Исходя из величины теплового напряжения, находим градиент нарастания температуры по высоте помещения и рассчитываем температуру удаляемого воздуха

tY = tB + grad t(H — hр.з), ºС

где: Н — высота помещения, м;
hр. з. — высота рабочей зоны, м.

На J-d диаграмме проводим изотерму уходящего воздуха — tУ.

12. Через точку с параметрами внутреннего воздуха — (•) В проводим луч процесса с численным значением тепло-влажностного отношения

ε = 5 800 кДж/кг Н2О

до пересечения с изотермой приточного воздуха — tП и с изотермой уходящего воздуха — tУ.

Получаем точку с параметрами приточного воздуха — (•) П и точку с параметрами уходящего воздуха — (•) У.

13. Из точки с параметрами наружного воздуха — (•) Н проводим линию постоянного влагосодержания — dН = const.

14. На J-d диаграмме проводим линию постоянного влагосодержания с численным значением влагосодержания смеси — dC1, найденным из уравнения смеси в пункте 4.

15. Из точки с параметрами приточного воздуха — (•) П проводим линию постоянного теплосодержания — JП = const до пересечения с линиями:

  • относительной влажности φ = 90%.

Получаем точку с параметрами увлажнённого и охлаждённого приточного воздуха — (•) О.

  • и с линией постоянного влагосодержания смеси — dC1.

Получаем точку с параметрами смеси воздуха уходящего и воздуха наружного нагретого в калорифере — (•) С1.

16. Часть приточного воздуха с параметрами в точке смеси — (•) С1 пропускаем через оросительную камеру увлажняя и охлаждая его, оставшуюся часть воздуха пропускаем по байпасу, минуя оросительную камеру.

17. Смешиваем увлажнённый и охлаждённый воздух с параметрами в точке — (•) О с воздухом, проходящим по байпасу с параметрами в точке — (•) С1 в таких пропорциях, чтобы точка смеси — (•) С2 совместилась с точкой приточного воздуха — (•) П:

  • линия С1О — общее количество приточного воздуха — GПТП;
  • линия С1С2 — количество увлажнённого и охлаждённого воздуха;
  • линия С2О — количество, проходящего по байпасу.

18. Соединяем прямой линией точку с параметрами уходящего воздуха — (•) У с точкой с параметрами смешанного воздуха — (•) С1 и далее до пересечения с линией постоянного влагосодержания наружного воздуха — dН.

Получаем точку — (•) Кс параметрами нагретого в калорифере наружного воздуха в количестве нормативного воздухообмена — Gнорм., кг/ч.

19. Смешиваем нагретый наружный воздух с параметрами в точке — (•) К с частью уходящего вытяжного воздуха с параметрами в точке — (•) У в таких пропорциях, чтобы точка смеси — (•) С1 находилась на пересечении линии смеси и линии постоянного теплосодержания приточного воздуха — JП:

  • линия КУ — общее количество приточного воздуха — GПТП;
  • линия С1У — количество нагретого наружного воздуха — Gнорм. ; кг/ч;
  • линия С1К — количество, воздуха идущего на рециркуляцию — GР = GПТП — Gнорм.кг/ч

20. Количество воздуха, проходящего через оросительную камеру можно определить по отношению отрезков

21. Необходимое количество влаги для увлажнения приточного воздуха в оросительной камере

W = GПТП (dП — dC1), г/ч

22. Обработанный наружный приточный воздух с параметрами в точке — (•) П поступает в помещение и ассимилирует избытки теплоты и влаги по лучу процесса — линия ПВ. За счёт нарастания температуры воздуха по высоте помещения — grad t параметры воздуха изменяются. Процесс изменения параметров происходит по лучу процесса до точки уходящего воздуха — (•) У.

Этот вариант с рециркуляцией воздуха значительно сокращает расход тепла — нагревать воздух надо не весь, а только воздух по нормативному воздухообмену Gнорм. и уменьшает расход влаги в оросительной камере.

Принципиальная схема обработки приточного воздуха для 2-го варианта, применение рециркуляции с камерой орошения Б) смотри на рисунок 20.

В) Применение рециркуляции и увлажнение паром (см. рисунок 21).

Этот вариант обработки приточного воздуха схож с вариантом Б.

1. Общее количество приточного воздуха принимаем по тёплому периоду года — ТП

GПТП, кг/ч.

2. Количество наружного приточного воздуха принимаем по нормативному воздухообмену

Gнорм., кг/ч.

3. Количество воздуха, идущего на рециркуляцию, определяем по формуле

GP = GПТП — Gнорм. , г/ч.

4. Численное значение влагосодержания смеси определяем из уравнения смеси

Построение процессов обработки воздуха на J-d диаграмме.

5. Параметры внутреннего воздуха выбираем из зоны оптимальных параметров:

  • температуру – максимальную tВ = 22 °С;
  • относительную влажность – минимальную φВ = 30%.

6. По двум известным параметрам находим на J-d диаграмме точку внутреннего воздуха — (•) В.

7. Температуру приточного воздуха принимаем на 5 °С меньше температуры внутреннего воздуха

tП = tВ — 5, °С.

На J-d диаграмме проводим изотерму приточного воздуха — t П.

8. Составляем тепловой баланс помещения по холодному периоду года — ХП:

  • по явному теплу ΣQЯХП, Вт;
  • по полному теплу ΣQПХП, кДж/ч.

9. Рассчитываем поступления влаги в помещение

ΣW, кг/ч.

10. Определяем тепловую напряженность помещения по формуле

где: V — объем помещения, м3.

11. Исходя из величины теплового напряжения, находим градиент нарастания температуры по высоте помещения и рассчитываем температуру удаляемого воздуха

tY = tB + grad t (H — hр.з.), ºС

где: Н — высота помещения, м;
hр.з. — высота рабочей зоны, м.
На J-d диаграмме проводим изотерму уходящего воздуха — tУ.

12. Через точку с параметрами внутреннего воздуха — (•) В проводим луч процесса с численным значением тепло-влажностного отношения

ε = 5 800 кДж/кг Н2О

до пересечения с изотермой приточного воздуха — tП и с изотермой уходящего воздуха — tУ.

Получаем точку с параметрами приточного воздуха — (•) П и точку с параметрами уходящего воздуха — (•) У.

13. Из точки с параметрами наружного воздуха — (•) Н проводим линию постоянного влагосодержания — dН = const.

14. На J-d диаграмме проводим линию постоянного влагосодержания с численным значением влагосодержания смеси — dC, найденным из уравнения смеси в пункте 4.

15. Пересечение изотермы приточного воздуха — tП с линией постоянного влагосодержания смеси — dС определит на J-d диаграмме точку смеси — (•) С.

16. Соединяем прямой линией точку с параметрами уходящего воздуха — (•) У, с точкой с параметрами смешанного воздуха — (•) С. Далее проводим прямую до пересечения с линией постоянного влагосодержания наружного воздуха — dН.

Получаем точку — (•) К с параметрами нагретого в калорифере наружного воздуха в количестве нормативного воздухообмена — Gнорм., кг/ч.

17. Смешиваем нагретый наружный воздух с параметрами в точке — (•) К с частью уходящего вытяжного воздуха с параметрами в точке — (•) У в таких пропорциях, чтобы точка смеси — (•) С находилась на пересечении линии смеси и линии изотермы приточного воздуха — tП

  • линия КУ — общее количество приточного воздуха — GПТП;
  • линия СУ — количество нагретого наружного воздуха — Gнорм.; кг/ч;
  • линия КС — количество воздуха, идущего на рециркуляцию — GP = GПТП — Gнорм. , кг/ч

18. Необходимое количество пара для увлажнения приточного воздуха в паровом увлажнителе

W = GПТП (DП — dC), г/ч

19. Обработанный наружный приточный воздух с параметрами в точке — (•) П поступает в помещение и ассимилирует избытки теплоты и влаги по лучу процесса — линия ПВ. За счёт нарастания температуры воздуха по высоте помещения — grad t параметры воздуха изменяются. Процесс изменения параметров происходит по лучу процесса до точки уходящего воздуха — (•) У.

Этот вариант с рециркуляцией воздуха значительно сокращает расход тепла — нагревать воздух надо не весь, а только воздух по нормативному воздухообмену Gнорм..

Принципиальная схема обработки приточного воздуха для 2-го варианта, применение рециркуляции и увлажнение паром В) смотри на рисунок 22.

Расход теплоты на вентиляцию

Расход теплоты на вентиляцию

По своему назначению вентиляция подразделяется на общую, местную приточную и местную вытяжную.

Общая вентиляция производственных помещений осуществляется при подаче приточного воздуха, который поглощает вредные выделения в рабочей зоне, приобретая ее температуру и влажность, и удаляется с помощью вытяжной системы.

Местную приточную вентиляцию используют непосредственно на рабочих местах или в небольших помещениях.

Местная вытяжная вентиляция (местный отсос) должна быть предусмотрена при проектировании технологического оборудования для предотвращения загрязнения воздуха рабочей зоны.

Кроме вентиляции в производственных помещениях применяют кондиционирование воздуха, цель которого — поддержание постоянной температуры и влажности воздуха (в соответствии с санитарно-гигиеническими и технологическими требованиями) вне зависимости от изменения внешних атмосферных условий.

Системы вентиляции и кондиционирования воздуха характеризуются рядом общих показателей (табл. 22).

Расход теплоты на вентиляцию в значительно большей степени, чем расход теплоты на отопление, зависит от вида технологического процесса и интенсивности производства и определяется в соответствии с действующими строительными нормами и правилами и санитарными нормами.

Часовой расход теплоты на вентиляцию QI (МДж/ч) определяют либо по удельным вентиляционным тепловым характеристикам зданий (для вспомогательных помещений), либо по произво-

На предприятиях легкой промышленности применяются различные типы вентиляционных устройств, в том числе общеобменные, для местных отсосов, системы кондиционирования и др.

Удельная вентиляционная тепловая характеристика зависит от назначения помещений и составляет 0,42 — 0,84 • 10~3 МДж/(м3 • ч • К).

По производительности приточной вентиляции часовой расход теплоты на вентиляцию определяют по формуле

дительности действующих приточных вентиляционных установок (для производственных помещений).

По удельным характеристикам часовой расход теплоты определяют следующим образом:

В том случае, если вентиляционная установка предназначена для компенсации потерь воздуха при местных отсосах, при определении QI учитывают не температуру наружного воздуха для расчета вентиляции tHв, а температуру наружного воздуха для расчета отопления /н 0.

В системах кондиционирования расход теплоты рассчитывают в зависимости от схемы подачи воздуха.

Так, годовой расход теплоты в прямоточных кондиционерах, работающих с использованием наружного воздуха, определяют по формуле

Если кондиционер работает с рециркуляцией воздуха, то в формулу по определению Q£кон вместо температуры приточного

Годовой расход теплоты на вентиляцию QI (МДж/год) рассчитывают по уравнению

Смотрите также

Расчет тепловой мощности прибора для отопления Теплота Харьков

Формула расчета мощности теплового обогревателя исходя из площади помещения и желаемой температуры. Данная статья поможет самостоятельно рассчитать мощность тепловентилятора, конвектора, радиатора, тепловой завесы или общую мощность для отопления дома.

Расчет тепловой мощности обогревательного прибора.

Для расчета мощности любого обогревательного прибора в конкретно взятом помещении, вам необходимо знать некоторые характеристики данного места:

• V – Объем нагреваемого помещения, (ширина х длина х высота) в м3.

• Т – Температурная разница между наружной температурой воздуха и желаемой температурой внутри помещения в °C

• К – Коэффициент теплового рассеивания, который можно подобрать, исходя из характеристик помещения.

          - К = 0,6 - 0,9 – помещения с очень высокой теплоизоляцией стен, пола и крыши, с небольшой площадью окон. Очень хорошая теплоизоляция

          - К = 1,0 – 1,9 - стандартная жилая конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей. Данное помещение можно охарактеризовать, как - Средняя теплоизоляция.

          - К = 2,0 – 2,9 – упрощенная конструкция, одинарная кирпичная кладка, слабо утепленная крыша, большая площадь окон – Теплоизоляция ниже среднего.

          - К = 3,0 – 4,0 – деревянная, либо металлическая конструкция. Без теплоизоляции. 

 

Благодаря этим данным, мы сможем узнать ккал/ч нужно потратить для обогрева помещения исходя из заданных значений. Применяем формулу расчета тепловой мощности:

Полученное значение, для перевода в обычные кВт/ч нужно разделить на 860, т.к. известно, что 1 кВт = 860 ккал/ч

 

Пример расчета тепловой мощности тепловентилятора

V – Ширина 4 м, Длина 6 м, Высота 3 м. Объем обогреваемого помещения 72 м3

T– Температура воздуха снаружи -5C Требуемая температура внутри помещения +23°C. Разница между температурами внутри и снаружи +28°C

K – Этот коэффициент зависит от типа конструкции и изоляции помещения, в нашем случае это обычная квартира с К = 1,5

Итак, требуемая тепловая мощность:

72х28х1,5=3024 ккал/ч (VxTxK = ккал/ч)

3024/860=3,52 кВт/ч (ккал/ч / 860 = кВт/ч)

 

Теперь можно приступить к выбору теплового прибора для данной комнаты. Это может быть тепловентилятор, тепловая пушка, тепловой насос, тепловая завеса или другой прибор отопления мощностью 3,5 кВт.

Расчет воздухообмена, его виды и формулы

Как выполняют расчет воздухообмена? В общем случае воздухообмен определяют по виду загрязнителей воздуха,  встречающихся в данном помещении.

Воздухообмен – количество воздуха, необходимого для полной или частичной замены загрязненного воздуха в помещении. Воздухообмен измеряют в метрах кубических за час.

Содержание статьи:

Основными расчетами воздухообмена являются расчет за санитарными нормами, расчет за нормированной кратностью, расчет за компенсацией местных вытяжек. Также существует воздухообмен на ассимиляцию явной и полной теплоты, на удаление влаги, на разбавление вредоносных веществ в воздухе. Для каждого из этих критериев существует своя методика расчета воздухообмена.

Перед началом расчета воздухообмена нужно знать такие данные:

  • количество вредных выбросов в помещение(теплоты, влаги, газов, паров) за один час;
  • количество вредных веществ на один кубометр воздуха в помещении.

Расчет по кратности

Воздухообмен за кратностью определяется по формуле:

Lk=k•V    (м3/час),

где k – нормированная кратность воздухообмена;

V- объем помещения, м3.

Показатель k для разных помещений и подробности расчета по кратности представлены в статье Кратность воздухообмена и Таблицы кратности воздухообмена по СПиПам.

Воздухообмен по теплоизбыткам

Воздухообмен по тепловыделениям определяется в том случае, если в помещении присутствует большое количество теплоты,  которую нужно удалить.

Расчет воздухообмена по теплоизбыткам ведут по формуле:

L=3,6•Qизл/(ρ•c•(tуд–tпр)) (м3/час),

где Qизл – количество теплоты, которая выделяется в помещение, Вт;

ρ — плотность воздуха в помещении, кг/м3;

с – массовая теплоемкость воздуха;

tуд – температура воздуха, который удаляется вентиляцией, ºС;

tпр – температура воздуха,что подается, ºС.

Расчет воздухообмена по влаговыделениям

Нужный воздухообмен по избыткам влаги в помещении можно рассчитать за формулой: 

L= W/(ρ(d–dпр) (м3/час),

где W – выделение влажности в помещении,  ;

 ρ — плотность воздуха в здании,  кг/м3;

dуд – содержание влаги в воздухе, что удаляется системой вентиляции;

dпр – содержание влаги в воздухе, который подается.

Воздухообмен по газовыделениям

Воздухообмен по газовым выделениям в помещение рассчитывают за формулой:

L=K/(Kгдк–Kпр)  (м3/час),

где К – весовое количество газов, что выделяются в помещение;

Кгдк – предельно допустимая концентрация газов;

Кпр – концентрация газов в подающемся воздухе.

Воздухообмен по санитарным нормам

Расчет воздухообмена в помещении по санитарным нормам (по количеству людей) определяется  с условия обеспечения человека необходимым количеством свежего воздуха. Для общественных зданий санитарные нормы предусматривают подачу 20 м3/час•чел при временном пребывании человека в помещении, 40 м3/час•чел при длительном пребывании и 80м3/час•чел для спорт зала.

Формула расчета воздухообмена:

L= n•l  (м3/час),

где n — количество людей, чел;

l — санитарная норма подачи воздуха, м3/час•чел.

Расчетный воздухообмен

За расчетное значение воздухообмена принимают максимальное значение из расчетов по теплопоступлениям, влагопоступлениям, поступлением вредных паров и газов, по санитарным нормам, компенсации местных вытяжек и нормативной кратности воздухообмена.

Воздухообмен жилых и общественных помещений обычно рассчитывают по кратности воздухообмена или по санитарным нормам.

После расчета требуемого воздухообмена составляется воздушный баланс помещений, подбирается количество воздухораспределителей и делается аэродинамический расчет системы. Поэтому советуем вам не пренебрегать расчетом воздухообмена, если хотите создать комфортные условия вашего пребывания в помещении.

Читайте также:

Как рассчитать необходимую тепловую мощность

Таблица тепловой мощности, необходимой для различных помещений
Тепловая мощность, кВт Объем помещения в новом здании, м3 Объем помещения в старом здании, м3 Площадь теплицы от теплоизолированного стекла и с двойной фольгой, м2 Площадь теплицы из обычного стекла с фольгой, м2
РАЗНИЦА ТЕМПЕРАТУР, С
5 70 - 150 60 - 110 35 18
10 150 - 300 130 - 220 70 37
20 320 - 600 240 - 440 140 74
30 650 - 1000 460 - 650 210 110
40 1050 - 1300 650 - 890 300 150
50 1350 - 1600 900 - 1100 370 180
60 1650 - 2000 1150 - 1350 440 220
75 2100 - 2500 1400 - 1650 550 280
100 2600 - 3300 1700 - 2200 740 370
125 3400 - 4100 2300 - 2700 920 460
150 4200 - 5000 2800 - 3300 1100 550
200 5000 - 6500 3400 - 4400 1480 740

 

РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ

Формула для расчета необходимой тепловой мощности:

V x ΔT x K = ккал/ч

V – Объем обогреваемого помещения (ширина x длина x высота) в м³.

ΔT – Разница между температурой вне помещения и требуемой температурой внутри помещения (в°C).

K – Коэффициент дисперсии.

Ключ

V = ширина 4м, длина 12м, высота 3м, объем помещения = 144 м³

ΔT = темп. вне помещения -5ºC, требуемая темп. внутри помещения +18ºC, температура T = 23º

K = этот фактор зависит от вида конструкции и утепления

K=3,0-4,0
простой объект из древесины или листового материала – без утепления.

K=2,0-2,9
простая конструкция, одиночный слой кирпичей, простые окна и крыша — слабо утепленные.

K=1,0-1,9
cтандартная конструкция, двойной слой кирпичей, небольшое количество окон, стандартная закрытая крыша – умеренное утепление.

K=0,6-0,9
сложная конструкция, двойной утепленный слой кирпичей, несколько окон с двойными стеклами, высокий паркет, хорошо утепленная крыша – хорошо утепленный.

Пример: потребность в мощности тепла

144 x 23 x 4 = 13 248 ккал/ч

(V x ΔT x K = ккал/ч)

1 кВт/ч = 860 ккал/ч

1 ккал/ч = 3,97 Btu/ч

1 кВт/ч = 3412 Btu/ч

1 Btu/ч = 0,252 ккал/ч

Как рассчитать количество выделяемого тепла

Обновлено 12 февраля 2020 г.

Клэр Гиллеспи

Проверено: Lana Bandoim, B.S.

Некоторые химические реакции выделяют энергию за счет тепла. Другими словами, они передают тепло своему окружению. Они известны как экзотермические реакции : «Экзо» относится к внешним или внешним, а «термический» означает тепло.

Некоторые примеры экзотермических реакций включают горение (горение), реакции окисления (ржавление) и реакции нейтрализации между кислотами и щелочами.Многие предметы повседневного обихода, такие как грелки для рук и самонагревающиеся банки для кофе и других горячих напитков, подвергаются экзотермическим реакциям.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Для расчета количества тепла, выделяемого в химической реакции, используйте уравнение Q = mc ΔT , где Q - тепловая энергия перенесенная (в джоулях), м - масса нагреваемой жидкости (в килограммах), c - удельная теплоемкость жидкости (джоуль на килограмм градусов Цельсия), а ΔT - изменение температуры жидкости (градусы Цельсия).

Разница между теплом и температурой

Важно помнить, что температура и тепло - это не одно и то же. Температура - это мера того, насколько что-то горячее, измеряется в градусах Цельсия или Фаренгейта, а тепла - это мера тепловой энергии, содержащейся в объекте, измеряется в джоулях.

Когда тепловая энергия передается объекту, его повышение температуры зависит от:

  • массы объекта
  • вещества, из которого сделан объект
  • количества энергии, приложенной к объекту

Чем больше тепловой энергии переносится на объект, тем больше повышение его температуры.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость ( c ) вещества - это количество энергии, необходимое для изменения температуры 1 кг вещества на 1 единицу температуры. Различные вещества имеют разную удельную теплоемкость, например, вода имеет удельную теплоемкость 4 181 джоулей / кг градусов C, кислород имеет удельную теплоемкость 918 джоулей / кг градусов C, а свинец имеет удельную теплоемкость 128 джоулей / кг градусов C.

Калькулятор тепловой энергии

Для расчета энергии, необходимой для повышения температуры известной массы вещества, вы используете формулу удельной теплоемкости:

Q - энергия, передаваемая в джоулях, м - масса веществ в кг, c - удельная теплоемкость в Дж / кг градусов C, а ΔT - изменение температуры в градусах C в формуле удельной теплоемкости.

Калькулятор тепловыделения

Представьте, что 100 г кислоты были смешаны со 100 г щелочи, в результате чего температура повысилась с 24 до 32 ° C.

Уравнение реакции нейтрализации между кислотой и щелочью может быть сокращено до:

H + + OH - -> h3O

Используемая формула: Q = mc ∆T

Масса = м = 100 г + 100 г / 1000 г на кг = 0,2 г (одно значащее число)

Удельная теплоемкость воды = c = 4,186 Дж / кг градусов C
Изменение температуры = ΔT = 24 градуса C - 32 градуса C = -8 градусов C

Q = (0. 2 кг) (4186 Дж / кг градусов C) (-8 градусов C)
Q = -6 688 Дж, что означает выделение 6 688 джоулей тепла.

Урок физики

На предыдущей странице мы узнали, что тепло делает с объектом, когда оно накапливается или выделяется. Прирост или потеря тепла приводят к изменениям температуры, изменению состояния или выполнения работы. Тепло - это передача энергии. Когда объект приобретается или теряется, внутри этого объекта будут происходить соответствующие изменения энергии. Изменение температуры связано с изменением средней кинетической энергии частиц внутри объекта.Изменение состояния связано с изменением внутренней потенциальной энергии, которой обладает объект. А когда работа сделана, происходит полная передача энергии объекту, над которым она выполняется. В этой части Урока 2 мы исследуем вопрос Как измерить количество тепла, полученного или выделенного объектом?

Удельная теплоемкость

Предположим, что несколько объектов, состоящих из разных материалов, нагреваются одинаково. Будут ли предметы нагреваться одинаково? Ответ: скорее всего, нет. Разные материалы будут нагреваться с разной скоростью, потому что каждый материал имеет свою удельную теплоемкость. Удельная теплоемкость относится к количеству тепла, необходимому для того, чтобы заставить единицу массы (например, грамм или килограмм) изменить свою температуру на 1 ° C. Удельная теплоемкость различных материалов часто приводится в учебниках. Стандартные метрические единицы - Джоуль / килограмм / Кельвин (Дж / кг / К). Чаще используются единицы измерения - Дж / г / ° C.Используйте виджет ниже, чтобы просмотреть удельную теплоемкость различных материалов. Просто введите название вещества (алюминий, железо, медь, вода, метанол, дерево и т. Д.) И нажмите кнопку «Отправить»; результаты будут отображаться в отдельном окне.


Удельная теплоемкость твердого алюминия (0,904 Дж / г / ° C) отличается от удельной теплоемкости твердого железа (0,449 Дж / г / ° C). Это означает, что для повышения температуры данной массы алюминия на 1 ° C потребуется больше тепла по сравнению с количеством тепла, необходимым для повышения температуры той же массы железа на 1 ° C. Фактически, для повышения температуры образца алюминия на заданное количество потребуется примерно вдвое больше тепла по сравнению с тем же изменением температуры того же количества железа. Это связано с тем, что удельная теплоемкость алюминия почти вдвое больше, чем у железа.

Теплоемкость указана из расчета на грамм или на килограмм . Иногда значение указывается на основе на моль , и в этом случае оно называется молярной теплоемкостью. Тот факт, что они перечислены на основе на количество , является показателем того, что количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, зависит от того, сколько вещества имеется.Эту истину, несомненно, знает всякий, кто варил на плите кастрюлю с водой. Вода закипает при 100 ° C на уровне моря и при слегка пониженной температуре на возвышенностях. Чтобы довести кастрюлю с водой до кипения, ее сначала нужно поднять до 100 ° C. Это изменение температуры достигается за счет поглощения тепла горелкой печи. Быстро замечаешь, что для того, чтобы довести до кипения полную кастрюлю с водой, требуется гораздо больше времени, чем для того, чтобы довести до кипения наполовину полную. Это связано с тем, что полная кастрюля с водой должна поглощать больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры.Фактически, требуется вдвое больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры в двойной массе воды.

Удельная теплоемкость также указана на основе на K или на ° C . Тот факт, что удельная теплоемкость указана из расчета на градус , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения данной массы вещества до определенной температуры, зависит от изменения температуры, необходимого для достижения этой конечной температуры.Другими словами, важна не конечная температура, а общее изменение температуры. Для изменения температуры воды с 20 ° C до 100 ° C (изменение на 80 ° C) требуется больше тепла, чем для повышения температуры того же количества воды с 60 ° C до 100 ° C (изменение на 40 ° C). ° С). Фактически, для изменения температуры данной массы воды на 80 ° C требуется вдвое больше тепла по сравнению с изменением на 40 ° C. Человек, который хочет быстрее довести воду до кипения на плите, должен начать с теплой водопроводной воды вместо холодной.

Это обсуждение удельной теплоемкости заслуживает одного заключительного комментария. Термин «удельная теплоемкость» в некоторой степени похож на неправильное обозначение . Этот термин подразумевает, что вещества могут обладать способностью удерживать вещь , называемую теплом. Как уже говорилось ранее, тепло - это не то, что содержится в объекте. Тепло - это то, что передается к объекту или от него. Объекты содержат энергию в самых разных формах. Когда эта энергия передается другим объектам с другой температурой, мы называем переданную энергию тепловой или тепловой энергией .Хотя это вряд ли приживется, более подходящим термином будет удельная энергоемкость.


Связь количества тепла с изменением температуры

Удельная теплоемкость позволяет математически связать количество тепловой энергии, полученной (или потерянной) образцом любого вещества, с массой образца и ее результирующим изменением температуры. Связь между этими четырьмя величинами часто выражается следующим уравнением.

Q = m • C • ΔT

где Q - количество тепла, переданного объекту или от объекта, m - масса объекта, C - удельная теплоемкость материала, из которого состоит объект, а ΔT - результирующее изменение температуры объекта. Как и во всех других ситуациях в науке, значение дельта (∆) для любой величины рассчитывается путем вычитания начального значения количества из окончательного значения количества. В этом случае ΔT равно T final - T initial .При использовании приведенного выше уравнения значение Q может быть положительным или отрицательным. Как всегда, положительный и отрицательный результат расчета имеет физическое значение. Положительное значение Q указывает, что объект получил тепловую энергию от окружающей среды; это соответствовало бы повышению температуры и положительному значению ΔT. Отрицательное значение Q указывает на то, что объект выделяет тепловую энергию в окружающую среду; это соответствовало бы снижению температуры и отрицательному значению ΔT.

Знание любых трех из этих четырех величин позволяет человеку вычислить четвертое количество. Обычная задача на многих уроках физики включает решение проблем, связанных с отношениями между этими четырьмя величинами. В качестве примеров рассмотрим две проблемы ниже. Решение каждой проблемы разработано для вас. Дополнительную практику можно найти в разделе «Проверьте свое понимание» внизу страницы.

Пример задачи 1
Какое количество тепла требуется для повышения температуры 450 граммов воды с 15 ° C до 85 ° C? Удельная теплоемкость воды 4.18 Дж / г / ° C.

Как и любая физическая проблема, решение начинается с определения известных величин и соотнесения их с символами, используемыми в соответствующем уравнении. В этой задаче мы знаем следующее:

м = 450 г
С = 4,18 Дж / г / ° C
Т начальная = 15 ° С
T окончательный = 85 ° C

Мы хотим определить значение Q - количество тепла. Для этого мы использовали бы уравнение Q = m • C • ΔT. Буквы m и C известны; ΔT можно определить по начальной и конечной температуре.

T = T окончательный - T начальный = 85 ° C - 15 ° C = 70 ° C

Зная три из четырех величин соответствующего уравнения, мы можем подставить и решить для Q.

Q = m • C • ΔT = (450 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (70 ° C)
Q = 131670 Дж
Q = 1.3x10 5 Дж = 130 кДж (округлено до двух значащих цифр)

Пример задачи 2
Образец 12,9 грамма неизвестного металла при температуре 26,5 ° C помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 граммов воды при температуре 88,6 ° C. Вода охлаждается, и металл нагревается до достижения теплового равновесия при 87,1 ° C. Предполагая, что все тепло, теряемое водой, передается металлу и что чашка идеально изолирована, определите удельную теплоемкость неизвестного металла. Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж / г / ° C.


По сравнению с предыдущей проблемой, это гораздо более сложная проблема. По сути, эта проблема похожа на две проблемы в одной. В основе стратегии решения проблем лежит признание того, что количество тепла, потерянного водой (Q вода ), равно количеству тепла, полученного металлом (Q металл ). Поскольку значения m, C и ΔT воды известны, можно вычислить Q water .Это значение Q воды равно значению металла Q . Как только значение металла Q известно, его можно использовать со значением m и ΔT металла для расчета металла Q . Использование этой стратегии приводит к следующему решению:

Часть 1: Определение потерь тепла водой

Дано:

м = 50,0 г
С = 4,18 Дж / г / ° C
Т начальная = 88,6 ° С
Т финал = 87. 1 ° С
ΔT = -1,5 ° C (T окончательный - T начальный )

Решение для Q воды :

Q вода = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (-1,5 ° C)
Q вода = -313,5 Дж (без заземления)
(Знак - означает, что вода теряет тепло)

Часть 2: Определите стоимость металла C

Дано:

Q металл = 313.5 Дж (используйте знак +, так как металл нагревается)
m = 12,9 г
Т начальная = 26,5 ° С
T окончательная = 87,1 ° C
ΔT = (T конечный - T начальный )

Решение для металла C :

Переставьте металл Q = m металл • C металл • ΔT металл , чтобы получить металл C = Q металл / (m металл • ΔT металл )

C металл = Q металл / (м металл • ΔT металл ) = (313. 5 Дж) / [(12,9 г) • (60,6 ° C)]
C металл = 0,40103 Дж / г / ° C
C металл = 0,40 Дж / г / ° C (округлено до двух значащих цифр)


Тепло и изменения состояния

Приведенное выше обсуждение и прилагаемое уравнение (Q = m • C • ∆T) связывает тепло, полученное или потерянное объектом, с результирующими изменениями температуры этого объекта. Как мы узнали, иногда тепло накапливается или теряется, но температура не меняется.Это тот случай, когда вещество претерпевает изменение состояния. Итак, теперь мы должны исследовать математику, связанную с изменениями состояния и количества тепла.

Чтобы начать обсуждение, давайте рассмотрим различные изменения состояния, которые можно наблюдать для образца материи. В таблице ниже перечислены несколько изменений состояния и указано имя, обычно связанное с каждым процессом.

Процесс

Изменение состояния

Плавка

От твердого до жидкого

Замораживание

От жидкости к твердому веществу

Испарение

От жидкости к газу

Конденсация

Газ - жидкость

Сублимация

Твердое тело в газ

Депонирование

Газ - твердое вещество


В случае плавления, кипения и сублимации к образцу вещества должна быть добавлена ​​энергия, чтобы вызвать изменение состояния. Такие изменения состояния называют эндотермическими. Замораживание, конденсация и осаждение экзотермичны; энергия выделяется образцом вещества, когда происходят эти изменения состояния. Таким образом, можно заметить, что образец льда (твердая вода) тает, когда его помещают на горелку или рядом с ней. Тепло передается от горелки к образцу льда; энергия приобретается льдом, вызывая изменение состояния. Но сколько энергии потребуется, чтобы вызвать такое изменение состояния? Есть ли математическая формула, которая могла бы помочь в определении ответа на этот вопрос? Безусловно, есть.

Количество энергии, необходимое для изменения состояния образца материи, зависит от трех вещей. Это зависит от того, что такое вещество, от того, сколько вещества претерпевает изменение состояния и от того, какое изменение состояния происходит. Например, для плавления льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для плавления железа. И для таяния льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для испарения того же количества жидкой воды. И, наконец, для плавления 10 требуется другое количество энергии.0 граммов льда по сравнению с таянием 100,0 граммов льда. Вещество, процесс и количество вещества - три переменные, которые влияют на количество энергии, необходимое для того, чтобы вызвать конкретное изменение состояния. Используйте виджет ниже, чтобы исследовать влияние вещества и процесса на изменение энергии. (Обратите внимание, что теплота плавления - это изменение энергии, связанное с изменением состояния твердое-жидкое.)


Значения удельной теплоты плавления и удельной теплоты испарения приводятся из расчета на количество .Например, удельная теплота плавления воды составляет 333 Дж / грамм. Чтобы растопить 1,0 грамм льда, требуется 333 Дж энергии. Чтобы растопить 10 грамм льда, требуется в 10 раз больше энергии - 3330 Дж. Такое рассуждение приводит к следующим формулам, связывающим количество тепла с массой вещества и теплотой плавления и испарения.

Для плавления и замораживания: Q = m • ΔH плавление
Для испарения и конденсации: Q = m • ΔH испарение

, где Q представляет количество энергии, полученной или высвобожденной во время процесса, m представляет собой массу образца, ΔH плавление представляет собой удельную теплоту плавления (на грамм), а ΔH испарения представляет собой удельную теплоемкость плавления испарение (из расчета на грамм). Как и в случае с Q = m • C • ΔT, значения Q могут быть как положительными, так и отрицательными. Значения Q положительны для процесса плавления и испарения; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен набирать энергию, чтобы плавиться или испаряться. Значения Q отрицательны для процесса замораживания и конденсации; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен терять энергию, чтобы замерзнуть или конденсироваться.

В качестве иллюстрации того, как можно использовать эти уравнения, рассмотрим следующие два примера задач.

Пример задачи 3
Элиза кладет в свой напиток 48,2 грамма льда. Какое количество энергии будет поглощено льдом (и высвобождено напитком) в процессе таяния? Теплота плавления воды 333 Дж / г.

Уравнение, связывающее массу (48,2 грамма), теплоту плавления (333 Дж / г) и количество энергии (Q): Q = m • ΔH fusion . Подстановка известных значений в уравнение приводит к ответу.

Q = м • ΔH плавление = (48,2 г) • (333 Дж / г)
Q = 16050,6 Дж
Q = 1,61 x 10 4 Дж = 16,1 кДж (округлено до трех значащих цифр)

Пример Задачи 3 включает в себя довольно простой расчет типа plug-and-chug. Теперь мы попробуем Пример задачи 4, который потребует значительно более глубокого анализа.

Пример задачи 4
Какое минимальное количество жидкой воды на 26.5 градусов, что потребуется, чтобы полностью растопить 50,0 граммов льда? Удельная теплоемкость жидкой воды составляет 4,18 Дж / г / ° C, а удельная теплота плавления льда - 333 Дж / г.

В этой задаче лед тает, а жидкая вода остывает. Энергия передается от жидкости к твердому телу. Чтобы растопить твердый лед, на каждый грамм льда необходимо передать 333 Дж энергии. Эта передача энергии от жидкой воды ко льду охлаждает жидкость.Но жидкость может охладиться только до 0 ° C - точки замерзания воды. При этой температуре жидкость начнет затвердевать (замерзнуть), а лед полностью не растает.

Мы знаем следующее о льду и жидкой воде:

Информация о льду:

м = 50,0 г
ΔH плавление = 333 Дж / г

Информация о жидкой воде:

С = 4.18 Дж / г / ° C
Т начальная = 26,5 ° С
T окончательный = 0,0 ° C
ΔT = -26,5 ° C (T конечный - T начальный )

Энергия, полученная льдом, равна энергии, потерянной из воды.

Q лед = -Q жидкая вода

Знак - означает, что один объект получает энергию, а другой объект ее теряет. Мы можем вычислить левую часть приведенного выше уравнения следующим образом:

Q лед = m • ΔH плавление = (50. 0 г) • (333 Дж / г)
Q лед = 16650 Дж

Теперь мы можем установить правую часть уравнения равной m • C • ΔT и начать подставлять известные значения C и ΔT, чтобы найти массу жидкой воды. Решение:

16650 Дж = -Q жидкая вода
16650 Дж = -м жидкая вода • C жидкая вода • ΔT жидкая вода
16650 Дж = -м жидкая вода • (4.18 Дж / г / ° C) • (-26,5 ° C)
16650 Дж = -м жидкая вода • (-110,77 Дж / ° C)
м жидкая вода = - (16650 Дж) / (- 110,77 Дж / ° C)
м жидкая вода = 150,311 г
м жидкая вода = 1,50x10 2 г (округлено до трех значащих цифр)


Еще раз о кривых нагрева и охлаждения

На предыдущей странице Урока 2 обсуждалась кривая нагрева воды.Кривая нагрева показывала, как температура воды увеличивалась с течением времени по мере нагрева образца воды в твердом состоянии (т. Е. Льда). Мы узнали, что добавление тепла к образцу воды может вызвать либо изменение температуры, либо изменение состояния. При температуре плавления воды добавление тепла вызывает преобразование воды из твердого состояния в жидкое состояние. А при температуре кипения воды добавление тепла вызывает преобразование воды из жидкого состояния в газообразное.Эти изменения состояния произошли без каких-либо изменений температуры. Однако добавление тепла к образцу воды, не имеющей температуры фазового перехода, приведет к изменению температуры.

Теперь мы можем подойти к теме кривых нагрева на более количественной основе. На диаграмме ниже представлена ​​кривая нагрева воды. На нанесенных линиях есть пять помеченных участков.


Три диагональных участка представляют собой изменения температуры образца воды в твердом состоянии (участок 1), жидком состоянии (участок 3) и газообразном состоянии (участок 5).Два горизонтальных участка представляют изменения в состоянии воды. На участке 2 проба воды тает; твердое вещество превращается в жидкость. В секции 4 образец воды подвергается кипению; жидкость превращается в газ. Количество тепла, передаваемого воде в секциях 1, 3 и 5, связано с массой образца и изменением температуры по формуле Q = m • C • ΔT. А количество тепла, передаваемого воде в секциях 2 и 4, связано с массой образца и теплотой плавления и испарения формулами Q = m • ΔH fusion (секция 2) и Q = m • ΔH испарение (раздел 4).Итак, теперь мы попытаемся вычислить количество тепла, необходимое для перевода 50,0 граммов воды из твердого состояния при -20,0 ° C в газообразное состояние при 120,0 ° C. Для расчета потребуется пять шагов - по одному шагу для каждого раздела приведенного выше графика. Хотя удельная теплоемкость вещества зависит от температуры, в наших расчетах мы будем использовать следующие значения теплоемкости:

Твердая вода: C = 2,00 Дж / г / ° C
Жидкая вода: C = 4,18 Дж / г / ° C
Газообразная вода: C = 2. 01 Дж / г / ° C

Наконец, мы будем использовать ранее сообщенные значения ΔH слияния (333 Дж / г) и ΔH испарения (2,23 кДж / г).

Раздел 1 : Изменение температуры твердой воды (льда) с -20,0 ° C до 0,0 ° C.

Используйте Q 1 = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,00 Дж / г / ° C, T начальная = -200 ° C и T конечная = 0,0 ° C

Q 1 = m • C • ΔT = (50.0 г) • (2,00 Дж / г / ° C) • (0,0 ° C - -20,0 ° C)
Q 1 = 2,00 x10 3 Дж = 2,00 кДж

Раздел 2 : Таяние льда при 0,0 ° C.

Используйте Q 2 = m • ΔH сварка

, где m = 50,0 г и ΔH плавление = 333 Дж / г

Q 2 = м • ΔH плавление = (50,0 г) • (333 Дж / г)
Q 2 = 1,665 x10 4 Дж = 16. 65 кДж
Q 2 = 16,7 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 3 : Изменение температуры жидкой воды с 0,0 ° C на 100,0 ° C.

Используйте Q 3 = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 4,18 Дж / г / ° C, T начальный = 0,0 ° C и T конечный = 100,0 ° C

Q 3 = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (100,0 ° C - 0,0 ° C)
Q 3 = 2.09 x10 4 Дж = 20,9 кДж

Раздел 4 : Кипячение воды при 100,0 ° C.

Используйте Q 4 = m • ΔH испарение

, где m = 50,0 г и ΔH испарение = 2,23 кДж / г

Q 4 = m • ΔH испарение = (50,0 г) • (2,23 кДж / г)
Q 4 = 111,5 кДж
Q 4 = 112 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 5 : Изменение температуры жидкой воды со 100. От 0 ° C до 120,0 ° C.

Используйте Q 5 = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,01 Дж / г / ° C, T начальная = 100,0 ° C и T конечная = 120,0 ° C

Q 5 = m • C • ΔT = (50,0 г) • (2,01 Дж / г / ° C) • (120,0 ° C - 100,0 ° C)
Q 5 = 2,01 x10 3 Дж = 2,01 кДж

Общее количество тепла, необходимое для превращения твердой воды (льда) при -20 ° C в газообразную воду при 120 ° C, является суммой значений Q для каждого участка графика.То есть

Q итого = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5

Суммирование этих пяти значений Q и округление до нужного количества значащих цифр приводит к значению 154 кДж в качестве ответа на исходный вопрос.


В приведенном выше примере есть несколько особенностей решения, над которыми стоит задуматься:

  • Первое: длинная задача была разделена на части, каждая из которых представляет собой один из пяти участков графика. Поскольку было вычислено пять значений Q, они были обозначены как Q 1 , Q 2 и т. Д. Этот уровень организации требуется в многоступенчатой ​​задаче, такой как эта.
  • Секунда: внимание было уделено знаку +/- на ΔT. Изменение температуры (или любой величины) всегда рассчитывается как окончательное значение величины минус начальное значение этой величины.
  • Третий: На протяжении всей проблемы внимание уделялось единицам.Единицы Q будут либо в Джоулях, либо в килоджоулях, в зависимости от того, какие количества умножаются. Отсутствие внимания к устройствам - частая причина отказа в подобных проблемах.
  • Четвертый: На протяжении всей задачи внимание уделялось значащим цифрам. Хотя это никогда не должно становиться основным акцентом любой проблемы в физике, это, безусловно, деталь, на которую стоит обратить внимание.

Мы узнали здесь, на этой странице, как рассчитать количество тепла, задействованного в любом процессе нагрева / охлаждения и в любом процессе изменения состояния. Это понимание будет иметь решающее значение, когда мы перейдем к следующей странице Урока 2, посвященной калориметрии. Калориметрия - это наука, связанная с определением изменений энергии системы путем измерения теплообмена с окружающей средой.

Проверьте свое понимание

1. Вода имеет необычно высокую удельную теплоемкость. Какое из следующих утверждений логически следует из этого факта?

а.По сравнению с другими веществами горячая вода вызывает сильные ожоги, потому что она хорошо проводит тепло.
б. По сравнению с другими веществами вода при нагревании быстро нагревается до высоких температур.
c. По сравнению с другими веществами, образец воды требует значительного количества тепла, чтобы изменить ее температуру на небольшое количество.

2. Объясните, почему в больших водоемах, таких как озеро Мичиган, может быть довольно холодно в начале июля, несмотря на то, что температура наружного воздуха около или выше 90 ° F (32 ° C).

3. В таблице ниже описан термический процесс для различных объектов (выделен красным жирным шрифтом). Для каждого описания укажите, набирается или теряется тепло объектом, является ли процесс эндотермическим или экзотермическим, и является ли Q для указанного объекта положительным или отрицательным значением.

Процесс

Получено или потеряно тепло?

Эндо- или экзотермический?

Q: + или -?

а.

Кубик льда помещают в стакан с лимонадом комнатной температуры, чтобы охладить напиток.

г.

Стакан холодного лимонада стоит на столе для пикника под жарким полуденным солнцем и нагревается до 32 ° F.

г.

Конфорки электрической плиты выключаются и постепенно остывают до комнатной температуры.

г.

Учитель вынимает из термоса большой кусок сухого льда и опускает его в воду. Сухой лед возгоняется, образуя газообразный диоксид углерода.

e.

Водяной пар в увлажненном воздухе ударяется о окно и превращается в каплю росы (каплю жидкой воды).

4. Образец металлического цинка массой 11,98 грамма помещают в баню с горячей водой и нагревают до 78,4 ° C. Затем его удаляют и помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 мл воды комнатной температуры (T = 27,0 ° C; плотность = 1,00 г / мл). Вода прогревается до температуры 28.1 ° С. Определите удельную теплоемкость цинка.

5. Джейк берет из туалета банку с газировкой и наливает ее на лед в чашке. Определите количество тепла, теряемого содой комнатной температуры при плавлении 61,9 г льда (ΔH fusion = 333 Дж / г).

6. Теплота сублимации (ΔH сублимация ) сухого льда (твердый диоксид углерода) составляет 570 Дж / г. Определите количество тепла, необходимое для превращения 5,0-фунтового мешка сухого льда в газообразный диоксид углерода.(Дано: 1,00 кг = 2,20 фунта)

7. Определите количество тепла, необходимое для повышения температуры 3,82-граммового образца твердого пара-дихлорбензола с 24 ° C до жидкого состояния при 75 ° C. Пара-дихлорбензол имеет температуру плавления 54 ° C, теплоту плавления 124 Дж / г и удельную теплоемкость 1,01 Дж / г / ° C (твердое состояние) и 1,19 Дж / г / ° C (жидкое состояние).

Изменение температуры и теплоемкость

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Наблюдать за теплопередачей и изменением температуры и массы.
  • Рассчитать конечную температуру после передачи тепла между двумя объектами.

Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагревание увеличивает температуру, а охлаждение снижает ее. Мы предполагаем, что фазового перехода нет и что система не выполняет никаких работ. Эксперименты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов: изменения температуры, массы системы, а также вещества и фазы вещества.

Рисунок 1.Тепло Q , передаваемое для изменения температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также от вещества и фазы. (а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры. Чтобы удвоить изменение температуры массы m, вам нужно добавить вдвое больше тепла. (б) Количество передаваемого тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, вам нужно добавить в два раза больше тепла.(c) Количество передаваемого тепла зависит от вещества и его фазы. Если требуется количество Q тепла, чтобы вызвать изменение температуры Δ T в данной массе меди, потребуется 10,8-кратное количество тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в той же массе воды, при условии отсутствия фазы изменение любого вещества.

Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. В связи с тем, что (средняя) кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и количеству атомов или молекул.Благодаря тому, что переданное тепло равно изменению внутренней энергии, тепло пропорционально массе вещества и изменению температуры. Передаваемое тепло также зависит от вещества, так что, например, для повышения температуры требуется меньше тепла, чем для воды. Для одного и того же вещества передаваемое тепло также зависит от фазы (газ, жидкость или твердое тело).

Теплопередача и изменение температуры

Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры включает все три фактора: Q = mc Δ T , где Q - символ теплопередачи, m - масса вещества и Δ T - изменение температуры.Обозначение c обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость - это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ° C. Удельная теплоемкость c - это свойство вещества; его единица СИ - Дж / (кг К) или Дж / (кг ºC). Напомним, что изменение температуры (Δ T ) одинаково в единицах кельвина и градусов Цельсия. Если теплопередача измеряется в килокалориях, то единица удельной теплоемкости - ккал / (кг ⋅ ºC).

Значения удельной теплоемкости обычно нужно искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить. Как правило, удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице 1 приведены типичные значения теплоемкости для различных веществ. За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла и в десять раз больше, чем у железа, что означает, что требуется в пять раз больше тепла, чтобы поднять температуру воды на такую ​​же величину, что и у стекла, и в десять раз больше. много тепла для повышения температуры воды, как для утюга.Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельных теплоемкостей среди всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Пример 1. Расчет необходимого тепла: нагрев воды в алюминиевой кастрюле

Алюминиевая кастрюля массой 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 литра воды с 20,0 ° C до 80,0 ° C. а) Сколько тепла требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (б) сковороды и (в) воды?

Стратегия

Кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру.Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюли повышается на одинаковую величину. Мы используем уравнение теплопередачи для данного изменения температуры и массы воды и алюминия. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия приведены в таблице 1.

Решение

Поскольку вода находится в тепловом контакте с алюминием, кастрюля и вода имеют одинаковую температуру.

Рассчитать разницу температур:

Δ T = T f - T i = 60. 0ºC.

Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды составляет 1000 кг / м 3 , один литр воды имеет массу 1 кг, а масса 0,250 литра воды составляет м w = 0,250 кг.

Рассчитайте тепло, передаваемое воде. Используйте удельную теплоемкость воды в таблице 1:

Q w = м w c w Δ T = (0,250 кг) (4186 Дж / кгºC) (60,0ºC) = 62.8 кДж.

Рассчитайте тепло, передаваемое алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия в таблице 1:

.

Q Al = м Al c Al Δ T = (0,500 кг) (900 Дж / кгºC) (60,0ºC) = 27,0 × 10 4 Дж = 27,0 кДж . <

Сравните процент тепла, поступающего в сковороду, и в воду. Сначала найдите общее переданное тепло:

Q Итого = Q w + Q Al = 62. 8 кДж + 27,0 кДж = 89,8 кДж.

Таким образом, количество тепла, идущего на нагревание сковороды, равно

.

[латекс] \ frac {27.0 \ text {kJ}} {89.8 \ text {kJ}} \ times100 \% = 30.1 \% \\ [/ latex]

, а на нагрев воды -

.

[латекс] \ frac {62,8 \ text {кДж}} {89,8 \ text {кДж}} \ times100 \% = 69,9 \% \\ [/ latex].

Обсуждение

В этом примере тепло, передаваемое контейнеру, составляет значительную часть от общего переданного тепла. Хотя вес кастрюли вдвое больше, чем у воды, удельная теплоемкость воды в четыре раза больше, чем у алюминия.Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла по сравнению с алюминиевым поддоном.

Пример 2. Расчет повышения температуры в результате работы, проделанной с веществом: перегрев тормозов грузовика на спуске

Рис. 2. Дымящиеся тормоза этого грузовика - видимое свидетельство механического эквивалента тепла.

Тормоза грузовика, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала. Это преобразование предотвращает преобразование потенциальной гравитационной энергии в кинетическую энергию грузовика. Проблема в том, что масса грузовика велика по сравнению с массой тормозного материала, поглощающего энергию, и повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы тепло передавалось от тормозов в окружающую среду.

Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж / кг ºC, если материал сохраняет 10% энергии от грузовика массой 10 000 кг, спускающегося 75.0 м (при вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.

Стратегия

Если тормоза не применяются, потенциальная гравитационная энергия преобразуется в кинетическую энергию. При срабатывании тормозов потенциальная гравитационная энергия преобразуется во внутреннюю энергию тормозного материала. Сначала мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ), которую весь грузовик теряет при спуске, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.

Решение
  1. Рассчитайте изменение потенциальной гравитационной энергии при спуске грузовика Mgh = (10,000 кг) (9.{\ circ} C \\ [/ латекс].
Обсуждение

Эта температура близка к температуре кипения воды. Если бы грузовик ехал какое-то время, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, скорее всего, приведет к повышению температуры тормозного материала выше точки кипения воды, поэтому этот метод нецелесообразен. Однако та же самая идея лежит в основе недавней гибридной технологии автомобилей, в которой механическая энергия (гравитационная потенциальная энергия) преобразуется тормозами в электрическую энергию (аккумулятор).

Таблица 1. Удельная теплоемкость различных веществ
Вещества Удельная теплоемкость ( c )
Твердые вещества Дж / кг ⋅ ºC ккал / кг ⋅ ºC
Алюминий 900 0,215
Асбест 800 0,19
Бетон, гранит (средний) 840 0. 20
Медь 387 0,0924
Стекло 840 0,20
Золото 129 0,0308
Человеческое тело (в среднем при 37 ° C) 3500 0,83
Лед (в среднем от −50 ° C до 0 ° C) 2090 0,50
Чугун, сталь 452 0,108
Свинец 128 0.0305
Серебро 235 0,0562
Дерево 1700 0,4 ​​
Жидкости
Бензол 1740 0,415
Этанол 2450 0,586
Глицерин 2410 0,576
Меркурий 139 0,0333
Вода (15. 0 ° С) 4186 1.000
Газы
Воздух (сухой) 721 (1015) 0,172 (0,242)
Аммиак 1670 (2190) 0,399 (0,523)
Двуокись углерода 638 (833) 0,152 (0,199)
Азот 739 (1040) 0,177 (0,248)
Кислород 651 (913) 0.156 (0,218)
Пар (100 ° C) 1520 (2020) 0,363 (0,482)

Обратите внимание, что Пример 2 является иллюстрацией механического эквивалента тепла. В качестве альтернативы повышение температуры может быть произведено с помощью паяльной лампы, а не механически.

Пример 3. Расчет конечной температуры при передаче тепла между двумя телами: заливка холодной воды в горячую кастрюлю

Допустим, вы залили 0,250 кг 20. 0ºC воды (около чашки) в алюминиевую кастрюлю весом 0,500 кг, снятую с плиты, при температуре 150ºC. Предположим, что поддон стоит на изолированной подушке и выкипает незначительное количество воды. Какова температура, когда вода и поддон через короткое время достигают теплового равновесия?

Стратегия

Сковорода помещается на изолирующую подкладку, так что теплообмен с окружающей средой не происходит. Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода.Затем теплообмен восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и поддон соприкасаются. Поскольку теплообмен между поддоном и водой происходит быстро, масса испарившейся воды ничтожна, а величина тепла, теряемого поддоном, равна теплу, полученному водой. Обмен тепла прекращается, когда достигается тепловое равновесие между кастрюлей и водой. Теплообмен можно записать как | Q горячий | = Q холодный .

Решение

Используйте уравнение для теплопередачи Q = mc Δ T , чтобы выразить тепло, теряемое алюминиевой сковородой, через массу сковороды, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру сковороды и конечная температура: Q горячий = м Al c Al ( T f - 150ºC).

Выразите тепло, полученное водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру: Q холодная = м W c W ( T f - 20,0 ° C).

Обратите внимание, что Q hot <0 и Q cold > 0 и что они должны быть в сумме равными нулю, потому что тепло, теряемое горячей сковородой, должно быть таким же, как тепло, полученное холодной водой:

[латекс] \ begin {array} {lll} Q _ {\ text {cold}} + Q _ {\ text {hot}} & = & 0 \\ Q _ {\ text {cold}} & = & - Q _ {\ text {hot}} \\ m _ {\ text {W}} c _ {\ text {W}} \ left (T _ {\ text {f}} - 20.{\ circ} \ text {C} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Это типичная проблема калориметрии : два тела при разных температурах контактируют друг с другом и обмениваются теплом до тех пор, пока не будет достигнута общая температура. Почему конечная температура намного ближе к 20,0ºC, чем к 150ºC? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и поэтому претерпевает небольшое изменение температуры при данной теплопередаче. Большой водоем, например озеро, требует большого количества тепла для значительного повышения температуры.Это объясняет, почему температура в озере остается относительно постоянной в течение дня, даже когда изменение температуры воздуха велико. Однако температура воды действительно меняется в течение длительного времени (например, с лета на зиму).

Эксперимент на вынос: изменение температуры земли и воды

Что нагревается быстрее, земля или вода?

Для изучения разницы в теплоемкости:

  • Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в две небольшие банки.(Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить примерно равную массу, используя на 50% больше воды по объему. )
  • Нагрейте и то, и другое (с помощью духовки или нагревательной лампы) одинаковое время.
  • Запишите конечную температуру двух масс.
  • Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая в течение более длительного периода времени.
  • Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

Какой образец остывает быстрее всего? Эта деятельность воспроизводит явления, ответственные за дующий с суши и морской бриз.

Проверьте свое понимание

Если 25 кДж необходимо для повышения температуры блока с 25 ° C до 30 ° C, сколько тепла необходимо для нагрева блока с 45 ° C до 50 ° C?

Решение

Теплопередача зависит только от разницы температур. Поскольку разница температур в обоих случаях одинакова, во втором случае необходимы те же 25 кДж.

Сводка раздела

  • Передача тепла Q , приводящая к изменению Δ T температуры тела с массой м , составляет Q = мc Δ T , где c - удельная теплоемкость материала. Это соотношение также можно рассматривать как определение удельной теплоемкости.

Концептуальные вопросы

  1. Какие три фактора влияют на теплопередачу, необходимую для изменения температуры объекта?
  2. Тормоза в автомобиле увеличивают температуру на Δ T при остановке автомобиля со скорости v .Насколько больше Δ T было бы, если бы автомобиль изначально имел вдвое большую скорость? Вы можете предположить, что автомобиль останавливается достаточно быстро, чтобы не отводить тепло от тормозов.

Задачи и упражнения

  1. В жаркий день температура в бассейне объемом 80 000 л повышается на 1,50ºC. Какова чистая теплопередача при этом нагреве? Игнорируйте любые осложнения, такие как потеря воды из-за испарения.
  2. Докажите, что 1 кал / г · ºC = 1 ккал / кг · ºC.
  3. Для стерилизации 50.Стеклянная детская бутылочка 0 г, мы должны поднять ее температуру с 22,0 ° С до 95,0 ° С. Какая требуется теплопередача?
  4. Одинаковая передача тепла идентичным массам разных веществ вызывает различные изменения температуры. Рассчитайте конечную температуру, когда 1,00 ккал тепла передается 1,00 кг следующих веществ, первоначально при 20,0 ° C: (a) вода; (б) бетон; (в) сталь; и (d) ртуть.
  5. Потирание рук согревает их, превращая работу в тепловую энергию. Если женщина потирает руки взад и вперед в общей сложности 20 движений, на расстоянии 7.50 см на руб, а при средней силе трения 40,0 Н, что такое повышение температуры? Масса согреваемых тканей всего 0,100 кг, преимущественно в ладонях и пальцах.
  6. Блок чистого материала массой 0,250 кг нагревается с 20,0 ° C до 65,0 ° C за счет добавления 4,35 кДж энергии. Вычислите его удельную теплоемкость и определите вещество, из которого он, скорее всего, состоит.
  7. Предположим, что одинаковые количества тепла передаются различным массам меди и воды, вызывая одинаковые изменения температуры.Какое отношение массы меди к воде?
  8. (a) Количество килокалорий в пище определяется методами калориметрии, при которых пища сжигается и измеряется теплоотдача. Сколько килокалорий на грамм содержится в арахисе весом 5,00 г, если энергия его горения передается 0,500 кг воды, содержащейся в алюминиевой чашке весом 0,100 кг, что вызывает повышение температуры на 54,9 ° C? (b) Сравните свой ответ с информацией на этикетке, указанной на упаковке арахиса, и прокомментируйте, согласуются ли значения.
  9. После интенсивных упражнений температура тела человека весом 80,0 кг составляет 40,0 ° C. С какой скоростью в ваттах человек должен передавать тепловую энергию, чтобы снизить температуру тела до 37,0ºC за 30,0 мин, если тело продолжает вырабатывать энергию со скоростью 150 Вт? 1 Вт = 1 Дж / сек или 1 Вт = 1 Дж / сек.
  10. Даже после остановки после периода нормальной эксплуатации большой промышленный ядерный реактор передает тепловую энергию со скоростью 150 МВт за счет радиоактивного распада продуктов деления.Эта теплопередача вызывает быстрое повышение температуры в случае отказа системы охлаждения (1 Вт = 1 джоуль / сек или 1 Вт = 1 Дж / с и 1 МВт = 1 мегаватт). (a) Рассчитайте скорость повышения температуры в градусах Цельсия в секунду (ºC / с), если масса активной зоны реактора составляет 1,60 × 10 5 кг, а ее средняя удельная теплоемкость составляет 0,3349 кДж / кг ºC. (b) Сколько времени потребуется, чтобы получить повышение температуры на 2000ºC, которое может привести к расплавлению некоторых металлов, содержащих радиоактивные материалы? (Начальная скорость повышения температуры будет больше, чем рассчитанная здесь, потому что теплопередача сосредоточена в меньшей массе.Позже, однако, рост температуры замедлится, потому что стальная защитная оболочка 5 × 10 5 кг также начнет нагреваться.)

Рис. 3. Бассейн с радиоактивным отработавшим топливом на атомной электростанции. Отработанное топливо долгое время остается горячим. (кредит: Министерство энергетики США)

Глоссарий

удельная теплоемкость: количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг вещества на 1,00 ºC

Избранные решения проблем и упражнения

1. 5,02 × 10 8 Дж

3. 3.07 × 10 3 Дж

5. 0,171ºC

7. 10,8

9. 617 Вт


Термодинамика

- Как я могу рассчитать количество тепла, передаваемого взволнованному воздуху?

Вам не хватает некоторых ключевых параметров, таких как объем помещения, влажность или потребление энергии.

Упрощение предположений:

  Условия устойчивого состояния
1D теплопередача от кондиционера к комнате
Свойства жидкости одинаковы
Адиабатическая система
0 тепловое излучение (тени нарисованы)
Охлаждение происходит везде одновременно
Никакая новая энергия не входит и не покидает систему
  

Последний вариант наименее вероятен, так как переменный ток питает его энергией, и тепло будет теряться в окружающей среде, нагревая комнату.

Вам нужен закон охлаждения Ньютона, поскольку вы говорите, что температура является постоянной и адиабатической системой.

Поскольку вы даете z в м / с, я предлагаю принять площадь A, через которую проходит воздух. Затем вам нужно предположить, что система выбрасывает массу с одинаковой скоростью.

Тогда вы можете сказать:

q / A = h * deltaT

Где q - конвективный тепловой поток, а h - коэффициент конвективной теплопередачи (с учетом воздуха). Я не знаю, как вы получите q без заявлений об энергии, необходимой переменному току, но это разрешимо, если вы определите взаимосвязь между h и z либо через производителя переменного тока, либо через оценку (текст дает h = 10.0,8 для аналогичной проблемы… определение, что может быть задействовано). Затем вы можете определить q, необходимую энергию.

Использование q было бы более точным, поскольку вы ищите изменение внутренней энергии во времени, dU / dt. Поскольку U зависит только от объема, плотности (rho), удельной теплоемкости (c) и температуры раствора (с учетом воздуха), вы получаете…

dT / dt = q / (rho * V * c)

Затем вы используете закон охлаждения Ньютона,

T (t) = Ti + (T_AC - Ti) эксп (-k t)

Решить относительно t.

Это снова мое предположение о ряде ключевых параметров: объем помещения, качество воздуха / влажность, свойства жидкости (с учетом воздуха) и взаимосвязь со скоростью от вашего производителя, а также площадь отверстия кондиционера.

Существуют сложные способы точного вождения, но даже они требуют моделирования.

Расчет потока охлаждения

Принудительное воздушное охлаждение электронных компонентов приводит к значительному улучшению по сравнению с охлаждением естественной конвекцией.Такая эффективность является результатом следующего:
  • Снижение температуры воздуха в области охлаждаемых компонентов.
  • Повышение коэффициента теплопередачи компонентов, передающих тепло окружающему их воздуху.

Хотя лучший способ точно определить требования к охлаждению - это фактическое испытание охлаждаемого оборудования; точное количество необходимого воздуха можно определить из соотношения массового расхода:

q = wC p Δt (Ур. 1)

Где q = количество тепла, поглощаемого воздухом в БТЕ / час
w = массовый расход воздуха в фунтах / час
C p = удельная теплоемкость воздуха в БТЕ / фунт ° F
Δt = повышение температуры воздуха, ° F

Это уравнение дает следующую формулу, которая более непосредственно применима к принудительному воздушному охлаждению электроники:

Q = (178.4 * t i * кВт) / (Δt * P b ) (уравнение 2)

Где Q = требуемый воздушный поток в кубических футах в минуту
t i = температура на входе в R (R = ° F + 460 °)
Δt = превышение температуры оборудования в ° F
кВт = мощность, рассеиваемая оборудованием в киловаттах
P b = барометрическое давление на входе воздуха в дюймах рт. Ст.

Здесь предполагается, что все тепло, которое должно рассеиваться, улавливается воздухом; я.е. влияние проводимости и излучения, а также естественной конвекции на внешних поверхностях оборудования не принимается во внимание.

Для стандартных условий 70 ° F и 29,92 дюйма рт. Ст. Уравнение 2 сводится к знакомому:

Q = (3160 * кВт) / Δt (уравнение 3)

Признавая, что данное охлаждающее приложение имеет многочисленные конструктивные особенности, повышение температуры на 15 ° F обычно дает эффективное охлаждение без каких-либо штрафов, связанных с чрезмерным размером устройства для перемещения воздуха.

Для получения общей информации по этому вопросу обратитесь к книге Cooling of Electronic Equipment by Allen W.Scott, John Wiley & Sons, New York, NY, 1974.

Как рассчитать время нагрева или охлаждения | Блог

Во многих случаях может быть полезно узнать, сколько времени потребуется, чтобы нагреть или охладить вашу систему до определенной температуры. Или вы можете рассчитать, сколько энергии требуется для нагрева или охлаждения данного объема жидкости за определенное время.

К счастью, есть довольно простое уравнение, которое можно использовать, если вы знаете массу жидкости в ванне, ее удельную теплоемкость, разницу температур, а также мощность или время.

Тем не менее, использование этого уравнения не совсем надежно, так как существуют различные факторы, которые могут нарушить расчет. В этом посте мы рассмотрим уравнение для расчета времени нагрева или охлаждения и причины, по которым вам следует искать систему с чуть большей мощностью, чем вы думаете, что вам нужно.

Расчет времени нагрева или охлаждения

Вы можете использовать то же основное уравнение для расчета времени нагрева или охлаждения, хотя для расчета времени охлаждения требуется немного больше работы.При нагревании подаваемая мощность постоянна, но при охлаждении мощность (или охлаждающая способность) изменяется в зависимости от температуры.

Расчет времени нагрева

Чтобы узнать, сколько времени потребуется для нагрева ванны до определенной температуры, вы можете использовать следующее уравнение:

t = mcΔT / P

Где:

  • т - время нагрева или охлаждения в секундах
  • м - масса жидкости в килограммах
  • c - удельная теплоемкость жидкости в джоулях на килограмм и на Кельвин
  • ΔT - разница температур в градусах Цельсия или Фаренгейта
  • P - мощность, при которой подается энергия, в ваттах или джоулях в секунду

Аналогичным образом, чтобы рассчитать мощность, необходимую для нагрева или охлаждения ванны до определенной температуры за заданное время, вы можете использовать это уравнение:

P = mcΔT / т

Хотя этим уравнениям довольно просто следовать, может возникнуть некоторая путаница, когда дело доходит до того, какие единицы использовать. Вместо этого вы можете использовать онлайн-калькулятор.

Этот красивый и простой калькулятор позволяет рассчитывать время, мощность или потребляемую энергию, но он годится только для расчетов с использованием воды. Если вам нужно рассчитать время нагрева для других жидкостей, этот калькулятор больше подходит, поскольку он позволяет вам ввести удельную теплоемкость вещества, которое вы используете. У него есть две опции, позволяющие рассчитать требуемую мощность или время.

Калькулятор услуг по технологическому отоплению.

Расчет времени охлаждения

Для расчета времени охлаждения вы можете использовать то же уравнение, что и выше. Вопрос в том, какое значение вы должны использовать для мощности. Холодопроизводительность (или мощность охлаждения) зависит от температуры. Холодопроизводительность снижается при более низких заданных температурах, потому что разница температур между охлаждающей жидкостью и хладагентом меньше. Теплопередача снижается, поэтому снижается охлаждающая способность.

Например, вот характеристики холодопроизводительности для охлаждающих и нагреваемых циркуляционных ванн PolyScience 45 л.

У вас есть несколько вариантов, в зависимости от того, насколько точно вы хотите, чтобы ваш расчет был:

  • Используйте консервативную оценку , предполагая более низкую мощность до следующей указанной температуры. Например, принимая указанные выше характеристики, вы можете предположить, что охлаждающая способность составляет 250 Вт для всех температур от -20 ° C до 0 ° C и 800 Вт для всех температур от 0 ° C до 20 ° C.
  • Возможно заниженная оценка, но с большей точностью путем измерения средней мощности между различными температурами.
  • Используйте быстрый и грязный (и, вероятно, менее точный) метод , учитывая только охлаждающую способность при средней температуре.
  • Выбирайте альтернативный быстрый метод , который использует средние значения холодопроизводительности в различных точках диапазона температур (точки должны включать верхний и нижний пределы диапазона температур, чтобы это было жизнеспособным).

Что делать, если ваша минимальная температура ниже минимальной указанной температуры холодопроизводительности? Как правило, это не должно вызывать беспокойства, поскольку значения холодопроизводительности обычно указываются для температуры, равной или ниже минимальной температуры блока.

Если вы пытаетесь охладить до более низкой температуры, она может быть слишком низкой, а это значит, что устройство не сможет обеспечить необходимую вам охлаждающую способность. Однако, если в технических характеристиках не указана охлаждающая способность при температуре, близкой к минимальной температуре устройства, вы можете попросить производителя или нас предоставить необходимую информацию.

Факторы, которые следует учитывать при расчете времени нагрева или охлаждения

Как уже упоминалось, есть несколько причин, по которым ваши расчеты могут не дать реалистичного результата.Таким образом, если вы используете это уравнение для определения времени нагрева или охлаждения, вы должны предположить, что процесс займет немного больше времени, чем ожидалось. Точно так же, если вы используете расчет, чтобы определить, сколько мощности вам нужно для достижения заданного времени нагрева или охлаждения, вы должны предположить, что потребуется некоторая дополнительная мощность.

Вот факторы, которые необходимо учитывать:

1. Прирост или потеря тепла от окружающей среды

Прирост или потеря тепла из-за окружающей среды неизбежны даже в закрытой системе.Охлаждаемая система может поглощать тепло из окружающего воздуха или компонентов системы, снижая ее охлаждающую способность. В системе отопления вы можете терять тепло в окружающий воздух или компоненты системы, например, когда оно проходит по трубам или трубам.

Изоляция вашей системы и контроль температуры окружающей среды могут помочь, но все же может наблюдаться неизвестное количество тепла.

2. Потери жидкости из-за испарения

Если вы работаете с открытой системой, вы можете потерять часть жидкости из-за испарения во время процесса нагрева или охлаждения.Количество происходящего испарения будет зависеть от нескольких факторов, в том числе:

  • Какую жидкость вы используете: Жидкости с более низкой точкой кипения, такие как этанол, метанол и вода, могут легко испаряться.
  • Площадь поверхности ванны: Чем больше площадь поверхности, тем выше скорость испарения.
  • Используемый диапазон температур: Чем выше температура, тем выше скорость испарения.

Потеря тепла происходит за счет испарения, и когда вы тратите тепловую энергию, время, необходимое для нагрева ванны, увеличивается.Кроме того, в результате потери жидкости значение массы (m) в уравнении не будет точным, что может привести к ухудшению результатов. Если вы используете смесь двух или более жидкостей, и один компонент смеси испаряется быстрее, чем другие, соотношение будет изменено, что приведет к неточности в определении удельной теплоемкости (c).

Испарение трудно предсказать и точно учесть (и если вы достаточно хорошо разбираетесь в термодинамике, чтобы делать это комфортно, вы, вероятно, не читали бы эту статью).Таким образом, лучше всего либо оценить скорость испарения с помощью эмпирического теста, а затем учесть это математически, используя теплоту испарения, либо просто добавить коэффициент безопасности.

3. Проблемы с обслуживанием

В отопительных системах на элементах водяной бани обычно накапливается накипь из-за отложений минералов. При отсутствии контроля это накопление может повлиять на эффективность передачи тепла от элемента к жидкости. Из-за отложений накипи, изолирующих элемент, требуется больше энергии для нагрева системы до желаемой температуры.

При нагреве это увеличивает время, необходимое для достижения желаемой температуры в системе заданной мощности. Если вы смотрите на мощность, она увеличит количество энергии, необходимое для достижения желаемой температуры за определенное время.

Для систем охлаждения на охлаждающую способность также могут влиять проблемы с обслуживанием. В конденсаторах с водяным охлаждением коррозия, накопление накипи или биологический рост могут препятствовать передаче тепла, снижая охлаждающую способность. В конденсаторах с воздушным охлаждением скопление пыли и мусора на лопастях и ребрах вентилятора может уменьшить воздушный поток, оказывая аналогичный эффект снижения охлаждающей способности.

Регулярное обслуживание вашего устройства, включая очистку различных компонентов, промывку жидкости и использование ингибитора коррозии, может помочь.

11.2 Тепло, удельная теплоемкость и теплопередача

Проводимость, конвекция и излучение

Теплообмен происходит всякий раз, когда возникает разница температур. Теплообмен может происходить быстро, например, через сковороду, или медленно, например, через стенки изолированного холодильника.

Существует три различных метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.Иногда все три могут происходить одновременно. См. Рисунок 11.3.

Рис. 11.3 В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в комнату. Передача тепла также происходит через проводимость в комнату, но гораздо медленнее. Теплообмен за счет конвекции также происходит через холодный воздух, поступающий в комнату вокруг окон, и горячий воздух, покидающий комнату, поднимаясь вверх по дымоходу.

Проводимость - это передача тепла посредством прямого физического контакта.Тепло, передаваемое между электрической горелкой печи и дном сковороды, передается за счет теплопроводности. Иногда мы пытаемся контролировать теплопроводность, чтобы чувствовать себя более комфортно. Поскольку скорость теплопередачи у разных материалов разная, мы выбираем такие ткани, как толстый шерстяной свитер, которые зимой замедляют отвод тепла от нашего тела.

Когда вы идете босиком по ковру в гостиной, ваши ноги чувствуют себя относительно комфортно… пока вы не ступите на кафельный пол кухни.Поскольку ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру, почему один из них холоднее другого? Это объясняется разной скоростью теплопередачи: материал плитки отводит тепло от вашей кожи с большей скоростью, чем ковровое покрытие, что делает его более холодным.

Некоторые материалы просто проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В общем, металлы (например, медь, алюминий, золото и серебро) являются хорошими проводниками тепла, тогда как такие материалы, как дерево, пластик и резина, плохо проводят тепло.

На рисунке 11.4 показаны частицы (атомы или молекулы) в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия частицы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две частицы сталкиваются, энергия передается от частицы с большей кинетической энергией к частице с меньшей кинетической энергией. Когда два тела находятся в контакте, происходит множество столкновений частиц, что приводит к чистому потоку тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Тепловой поток зависит от разности температур ΔT = Thot-TcoldΔT = Thot-Tcold.Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана.

Рис. 11.4 Частицы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из областей с высокой температурой в области с низкой температурой. На этом рисунке частица в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую кинетическую энергию перед столкновением, но ее кинетическая энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью.Напротив, частица в области более высоких температур (левая сторона) имеет большую кинетическую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Конвекция - это передача тепла движением жидкости. Этот тип теплопередачи происходит, например, в котле, кипящем на плите, или во время грозы, когда горячий воздух поднимается к основанию облаков.

Советы для успеха

На обиходе термин жидкость обычно означает жидкость.Например, когда вы заболели и врач говорит вам «выпить жидкости», это означает только пить больше напитков, а не вдыхать больше воздуха. Однако в физике жидкость означает жидкость или газ . Жидкости движутся иначе, чем твердые тела, и даже имеют свой собственный раздел физики, известный как гидродинамика , который изучает их движение.

При повышении температуры жидкости они расширяются и становятся менее плотными. Например, на рис. 11.4 может быть изображена стенка воздушного шара с газами внутри воздушного шара с другой температурой, чем снаружи в окружающей среде.Более горячие и, следовательно, быстро движущиеся частицы газа внутри воздушного шара ударяются о поверхность с большей силой, чем более холодный воздух снаружи, заставляя воздушный шар расширяться. Это уменьшение плотности по отношению к окружающей среде создает плавучесть (тенденцию к повышению). Конвекция обусловлена ​​плавучестью - горячий воздух поднимается вверх, потому что он менее плотен, чем окружающий воздух.

Иногда мы контролируем температуру своего дома или себя, контролируя движение воздуха. Герметизация дверей герметичным уплотнением защищает от холодного ветра зимой.Дом на рис. 11.5 и горшок с водой на плите на рис. 11.6 являются примерами конвекции и плавучести, созданными человеком. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую и являются примерами естественной конвекции.

Рис. 11.5 Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем воздух в помещении, и опускается на пол.Правильно спроектированная система отопления, подобная этой, в которой используется естественная конвекция, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Рис. 11.6 Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого сосуда с водой. Попав внутрь жидкости, теплопередача к другим частям горшка происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, плотность уменьшается и поднимается, передавая тепло другим участкам воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется до тех пор, пока в кастрюле есть вода.

Излучение - это форма теплопередачи, которая происходит при испускании или поглощении электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, все из которых имеют разные длины волн и количество энергии (более короткие длины волн имеют более высокую частоту и большую энергию).

Вы можете почувствовать теплоотдачу от огня и солнца. Точно так же вы иногда можете сказать, что духовка горячая, не касаясь ее дверцы и не заглядывая внутрь - она ​​может просто согреть вас, когда вы пройдете мимо.Другой пример - тепловое излучение человеческого тела; люди постоянно излучают инфракрасное излучение, которое не видно человеческому глазу, но ощущается как тепло.

Излучение - единственный метод передачи тепла, при котором среда не требуется, а это означает, что тепло не должно напрямую контактировать с какими-либо предметами или переноситься ими. Пространство между Землей и Солнцем в основном пусто, без какой-либо возможности теплопередачи за счет конвекции или теплопроводности. Вместо этого тепло передается за счет излучения, и Земля нагревается, поскольку она поглощает электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем.

Рис. 11.7 Большая часть тепла от этого пожара передается наблюдателям через инфракрасное излучение. Видимый свет передает относительно небольшую тепловую энергию. Поскольку кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, вы можете почувствовать огонь, даже не глядя на него. (Дэниел X. О’Нил)

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение (см. Рисунок 11.7). Скорость передачи тепла излучением в основном зависит от цвета объекта. Черный - наиболее эффективный поглотитель и радиатор, а белый - наименее эффективный.Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают ношения черной одежды. Точно так же черный асфальт на стоянке будет горячее, чем прилегающие участки травы в летний день, потому что черный поглощает лучше, чем зеленый. Верно и обратное - черный цвет излучает лучше, чем зеленый. Ясной летней ночью черный асфальт будет холоднее, чем зеленый участок травы, потому что черный излучает энергию быстрее, чем зеленый. Напротив, белый цвет - плохой поглотитель и плохой радиатор. Белый объект, как зеркало, отражает почти все излучение.

Виртуальная физика

Формы и изменения энергии

В этой анимации вы исследуете теплопередачу с различными материалами. Поэкспериментируйте с нагревом и охлаждением железа, кирпича и воды. Для этого перетащите объект на пьедестал и затем удерживайте рычаг в положении «Нагреть» или «Охлаждение». Перетащите термометр рядом с каждым объектом, чтобы измерить его температуру - вы можете наблюдать, как быстро он нагревается или остывает, в режиме реального времени.

Теперь попробуем передать тепло между объектами.Нагрейте кирпич и поместите его в прохладную воду. Теперь снова нагрейте кирпич, но затем поместите его поверх утюга. Что ты заметил?

Выбор опции быстрой перемотки вперед позволяет ускорить передачу тепла и сэкономить время.

Проверка захвата

Сравните, насколько быстро различные материалы нагреваются или охлаждаются. Основываясь на этих результатах, какой материал, по вашему мнению, имеет наибольшую удельную теплоемкость? Почему? Какой из них имеет наименьшую удельную теплоемкость? Можете ли вы представить себе реальную ситуацию, в которой вы хотели бы использовать объект с большой удельной теплоемкостью?

  1. Вода занимает больше всего времени, а железу нужно меньше времени для нагрева и охлаждения.Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  2. Вода занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени для нагрева и охлаждения. Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  3. Brick занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть.Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  4. Вода занимает меньше всего времени, а кирпичу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
.

Вам может понравится

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *