Jadvalda haroratga qarab to'yinganlik chizig'ida suv bug'ining termofizik xususiyatlari ko'rsatilgan. Bug'ning xususiyatlari 0,01 dan 370 ° S gacha bo'lgan harorat oralig'ida jadvalda keltirilgan.

Har bir harorat suv bug'ining to'yingan holatida bo'lgan bosimga mos keladi. Masalan, 200 ° S suv bug'ining haroratida uning bosimi 1,555 MPa yoki taxminan 15,3 atm bo'ladi.

Maxsus issiqlik bug ', issiqlik o'tkazuvchanligi va harorat oshishi bilan uning ortishi. Suv bug'ining zichligi ham ortadi. Suv bug'i issiq, og'ir va yopishqoq bo'lib, yuqori o'ziga xos issiqlik sig'imi bilan ajralib turadi, bu esa ba'zi turdagi issiqlik almashtirgichlarda bug'ni issiqlik tashuvchisi sifatida tanlashga ijobiy ta'sir qiladi.

Masalan, jadvalga ko'ra, suv bug'ining o'ziga xos issiqligi Cp 20°S haroratda 1877 J/(kg deg) ga teng, 370°C ga qizdirilganda esa bug?ning issiqlik sig?imi 56520 J/(kg deg) qiymatiga oshadi.

Jadvalda suv bug'ining to'yinganlik chizig'idagi quyidagi termofizik xususiyatlari berilgan:

• belgilangan haroratda bug 'bosimi 10-5-bet, Pa;
• bug 'zichligi r? , kg / m 3;
• o'ziga xos (massa) entalpiya h?, kJ/kg;
• r, kJ/kg;
• bug'ning solishtirma issiqlik sig'imi Cp, kJ/(kg gradus);
• issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti l 10 2, Vt/(m deg);
• termal diffuziya a 10 6, m2/s;
• dinamik yopishqoqlik m 10 6, Pa s;
• kinematik yopishqoqlik v 10 6, m2/s;
• Prandtl raqami Pr.

Suv bug'ining o'ziga xos issiqligi, entalpiyasi, termal diffuziyasi va kinematik yopishqoqligi harorat oshishi bilan kamayadi. Bu holda bug'ning dinamik yopishqoqligi va Prandtl soni ortadi.

Diqqatli bo'ling! Jadvaldagi issiqlik o'tkazuvchanligi 10 2 quvvatga berilgan. 100 ga bo'lishni unutmang! Masalan, 100 ° S haroratda bug'ning issiqlik o'tkazuvchanligi 0,02372 Vt / (m deg).

Har xil harorat va bosimdagi suv bug'ining issiqlik o'tkazuvchanligi

Jadvalda 0 dan 700 ° C gacha bo'lgan haroratda va 0,1 dan 500 atmgacha bo'lgan bosimdagi suv va bug'ning issiqlik o'tkazuvchanligi qiymatlari ko'rsatilgan. Issiqlik o'tkazuvchanligining birligi Vt / (m deg).

Jadvaldagi qiymatlar ostidagi chiziq suvning bug'ga fazali o'tishini anglatadi, ya'ni chiziq ostidagi raqamlar bug'ga, uning ustida esa suvga tegishli. Jadvalga ko'ra, bosimning oshishi bilan koeffitsient va suv bug'ining qiymati ortib borishini ko'rish mumkin.

Eslatma: jadvaldagi issiqlik o'tkazuvchanligi 10 3 quvvatga berilgan. 1000 ga bo'lishni unutmang!

Yuqori haroratlarda suv bug'ining issiqlik o'tkazuvchanligi

Jadvalda 1400 dan 6000 K gacha bo'lgan haroratlarda va 0,1 dan 100 atm gacha bo'lgan bosimlarda Vt / (m deg) da ajratilgan suv bug'ining issiqlik o'tkazuvchanlik qiymatlari ko'rsatilgan.

Jadvalga ko'ra, yuqori haroratlarda suv bug'ining issiqlik o'tkazuvchanligi sezilarli darajada oshadi 3000 ... 5000 K. Yuqori bosimlarda yuqori haroratlarda maksimal issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientiga erishiladi.

Diqqatli bo'ling! Jadvaldagi issiqlik o'tkazuvchanligi 10 3 quvvatga berilgan. 1000 ga bo'lishni unutmang!

Bugun biz issiqlik sig'imi (shu jumladan, suv), qanday turlari va bu jismoniy atama qaerda ishlatilishi haqida gapiramiz. Shuningdek, biz ushbu qiymat suv va bug 'uchun qanchalik foydali ekanligini, nima uchun buni bilishingiz kerakligini va kundalik hayotimizga qanday ta'sir qilishini ko'rsatamiz.

Issiqlik sig'imi haqida tushuncha

Bu jismoniy miqdor tashqi dunyoda va fanda shunchalik tez-tez qo'llaniladiki, birinchi navbatda bu haqda gapirish kerak. Birinchi ta'rif o'quvchidan hech bo'lmaganda differentsiallarga tayyor bo'lishni talab qiladi. Demak, jismning issiqlik sig'imi fizikada cheksiz kichik issiqlik miqdori o'sishlarining mos keladigan cheksiz kichik haroratga nisbati sifatida aniqlanadi.

Issiqlik miqdori

Qanday bo'lmasin, deyarli hamma harorat nima ekanligini tushunadi. Eslatib o'tamiz, "issiqlik miqdori" shunchaki ibora emas, balki tananing atrof-muhit bilan almashtirilishida yo'qotadigan yoki oladigan energiyani bildiruvchi atama. Bu qiymat kaloriyalarda o'lchanadi. Bu birlik dietada bo'lgan barcha ayollarga tanish. Hurmatli ayollar, endi siz yugurish yo'lakchasida nima yonayotganingizni va har bir yeyilgan (yoki plastinkada qoldirilgan) ovqat nimaga teng ekanligini bilasiz. Shunday qilib, harorati o'zgargan har qanday tanada issiqlik miqdori ko'payishi yoki kamayishi kuzatiladi. Bu miqdorlarning nisbati issiqlik sig'imidir.

Issiqlik sig'imini qo'llash

Biroq, biz ko'rib chiqayotgan jismoniy tushunchaning qat'iy ta'rifi o'z-o'zidan kamdan-kam qo'llaniladi. Biz yuqorida aytdikki, u juda tez-tez ishlatiladi Kundalik hayot. Maktabda fizikani yoqtirmaganlar, ehtimol, endi hayratda. Va biz maxfiylik pardasini ko'taramiz va sizga aytamizki, krandagi va isitish quvurlaridagi issiq (va hatto sovuq) suv faqat issiqlik quvvati hisob-kitoblari tufayli paydo bo'ladi.

Suzish mavsumini allaqachon ochish mumkinmi yoki hozircha qirg'oqda qolishga arziydimi yoki yo'qligini aniqlaydigan ob-havo sharoiti ham bu qiymatni hisobga oladi. Isitish yoki sovutish bilan ulangan har qanday qurilma ( yog 'radiatori, muzlatgich), oziq-ovqat tayyorlash (masalan, kafeda) yoki ko'cha yumshoq muzqaymoq uchun barcha energiya xarajatlari ushbu hisob-kitoblarga ta'sir qiladi. Qanday tushunish mumkin gaplashamiz suvning issiqlik sig'imi kabi miqdor haqida. Sotuvchilar va oddiy iste'molchilar buni qiladi deb o'ylash ahmoqlik bo'lardi, lekin muhandislar, dizaynerlar, ishlab chiqaruvchilar hamma narsani hisobga olishdi va tegishli parametrlarni qo'yishdi. maishiy texnika. Biroq, issiqlik sig'imini hisoblash ancha keng qo'llaniladi: gidravlik turbinalar va tsement ishlab chiqarishda, samolyot yoki temir yo'l poezdlari uchun qotishmalarni sinashda, qurilishda, eritishda va sovutishda. Hatto kosmik tadqiqotlar ham ushbu qiymatni o'z ichiga olgan formulalarga asoslanadi.

Issiqlik sig'imlarining turlari

Umuman olganda amaliy ilovalar nisbiy yoki solishtirma issiqlik quvvatidan foydalaning. Bu moddaning birlik miqdorini bir darajaga ko'tarish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori (cheksiz kichiklar yo'q) sifatida aniqlanadi. Kelvin va Selsiy shkalasi bo'yicha darajalar mos keladi, ammo fizikada bu qiymatni birinchi birliklarda chaqirish odatiy holdir. Moddaning miqdor birligi qanday ifodalanishiga qarab, massa, hajm va molyar solishtirma issiqlik sig'imlari mavjud. Eslatib o'tamiz, bir mol - bu taxminan olti marta o'ndan yigirma uchinchi darajagacha bo'lgan molekulalarni o'z ichiga olgan moddaning miqdori. Vazifaga qarab, mos keladigan issiqlik quvvati ishlatiladi, ularning fizikada belgilanishi boshqacha. Massa issiqlik sig'imi C sifatida belgilanadi va J / kg * K, hajm - C` (J / m 3 * K), molyar - C m (J / mol * K) bilan ifodalanadi.

Ideal gaz

Agar ideal gaz masalasi hal qilinayotgan bo'lsa, uning ifodasi boshqacha bo'ladi. Eslatib o'tamiz, haqiqatda mavjud bo'lmagan ushbu moddada atomlar (yoki molekulalar) bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Bu sifat ideal gazning har qanday xususiyatlarini tubdan o'zgartiradi. Shunung uchun an'anaviy yondashuvlar hisob-kitoblar kerakli natijani bermaydi. Masalan, metalldagi elektronlarni tasvirlash uchun model sifatida ideal gaz kerak. Uning issiqlik sig'imi uning tarkibidagi zarrachalarning erkinlik darajalari soni sifatida aniqlanadi.

Agregat holati

Ko'rinib turibdiki, modda uchun barcha jismoniy xususiyatlar barcha sharoitlarda bir xil. Ammo bu unday emas. Boshqa yig'ilish holatiga o'tganda (muzning erishi va muzlashi, eritilgan alyuminiyning bug'lanishi yoki qotib qolishi paytida) bu qiymat keskin o'zgaradi. Shunday qilib, suv va suv bug'ining issiqlik sig'imi har xil. Quyida ko'rib turganimizdek, sezilarli darajada. Bu farq ushbu moddaning suyuq va gazsimon tarkibiy qismlaridan foydalanishga katta ta'sir qiladi.

Isitish va issiqlik quvvati

O'quvchi allaqachon payqaganidek, ko'pincha ichida haqiqiy dunyo suvning issiqlik sig'imi paydo bo'ladi. Bu hayot manbai, usiz bizning mavjudligimiz mumkin emas. Unga odam kerak. Shu sababli, qadim zamonlardan to hozirgi kungacha uylar va sanoat yoki dalalarga suv etkazib berish vazifasi doimo qiyin bo'lib kelgan. ega mamlakatlar uchun yaxshi butun yil davomida ijobiy harorat. Qadimgi rimliklar o'z shaharlarini ushbu qimmatbaho manba bilan ta'minlash uchun suv o'tkazgichlarini qurdilar. Ammo qish bor joyda bu usul ishlamaydi. Ma'lumki, muz suvga qaraganda kattaroq o'ziga xos hajmga ega. Bu shuni anglatadiki, quvurlarda muzlash, kengayish tufayli ularni yo'q qiladi. Shunday qilib, muhandislar oldida markaziy isitish va yetkazib berish issiq va sovuq suv uyda, muammo undan qanday qochishdir.

Quvurlarning uzunligini hisobga olgan holda suvning issiqlik quvvati beradi istalgan harorat bunga qozonlarni isitish kerak. Biroq, qishimiz juda sovuq. Va yuz daraja Selsiyda qaynash allaqachon sodir bo'ladi. Bunday vaziyatda suv bug'ining o'ziga xos issiqlik sig'imi yordamga keladi. Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, agregatsiya holati bu qiymatni o'zgartiradi. Xo'sh, bizning uylarimizga issiqlik keltiradigan qozonlarda kuchli qizib ketgan bug 'bor. Yuqori haroratga ega bo'lganligi sababli, u aql bovar qilmaydigan bosim hosil qiladi, shuning uchun qozonxonalar va ularga olib boradigan quvurlar juda kuchli bo'lishi kerak. Bunday holda, hatto kichik bir teshik, juda kichik oqish portlashga olib kelishi mumkin. Suvning issiqlik sig'imi haroratga bog'liq va chiziqli bo'lmagan. Ya'ni, uni yigirma dan o'ttiz darajagacha qizdirish uchun, aytaylik, bir yuz ellikdan bir yuz oltmishgacha bo'lgandan ko'ra boshqacha energiya talab qilinadi.

Suvni isitishga ta'sir qiladigan har qanday harakat bilan, ayniqsa, katta hajmlar haqida gap ketganda, buni hisobga olish kerak. Bug'ning issiqlik sig'imi, uning ko'pgina xususiyatlari kabi, bosimga bog'liq. Suyuqlik holati bilan bir xil haroratda gazsimon holat deyarli to'rt baravar kam issiqlik quvvatiga ega.

Yuqorida biz suvni nima uchun isitish kerakligi va issiqlik quvvatining qiymatini qanday hisobga olish kerakligi haqida ko'plab misollar keltirdik. Biroq, biz hali sayyoramizning barcha mavjud resurslari orasida bu suyuqlik isitish uchun energiya iste'molining ancha yuqori darajasiga ega ekanligini aytmadik. Bu xususiyat ko'pincha sovutish uchun ishlatiladi.

Suvning issiqlik sig'imi yuqori bo'lgani uchun u ortiqcha energiyani samarali va tez olib tashlaydi. Bu sanoatda, yuqori texnologiyali uskunalarda (masalan, lazerlarda) qo'llaniladi. Ha, va uyda biz buni eng ko'p bilamiz samarali usul salqin qaynatilgan tuxum yoki issiq qovurilgan idish - sovuq musluk suvi ostida yuvib tashlang.

Va atom yadro reaktorlarining ishlash printsipi odatda suvning yuqori issiqlik quvvatiga asoslanadi. Issiq zona, nomidan ko'rinib turibdiki, aql bovar qilmaydigan xususiyatga ega yuqori harorat. O'zini isitib, suv shu bilan tizimni sovutib, reaktsiyaning nazoratdan chiqib ketishiga yo'l qo'ymaydi. Shunday qilib, biz kerakli elektr energiyasini olamiz (isitilgan bug 'turbinalar aylanadi), va hech qanday falokat yo'q.

Suv eng ko'p biri hisoblanadi ajoyib moddalar. Keng tarqalganligi va keng qo'llanilishiga qaramay, u tabiatning haqiqiy siridir. Kislorod birikmalaridan biri bo'lgan suv muzlash, bug'lanish issiqligi va boshqalar kabi juda past xususiyatlarga ega bo'lishi kerakdek tuyuladi. Lekin bu sodir bo'lmaydi. Faqatgina suvning issiqlik sig'imi, hamma narsaga qaramay, juda yuqori.

Suv singdirishga qodir katta soni issiqlik, o'zi esa deyarli qizib ketmaydi - bu uning jismoniy xususiyat. suv qumning issiqlik sig'imidan taxminan besh barobar, temirdan esa o'n baravar yuqori. Shuning uchun suv tabiiy sovutish suvi hisoblanadi. Uning to'plash qobiliyati katta miqdorda energiya er yuzasida harorat o'zgarishini yumshatishga va butun sayyoradagi issiqlik rejimini tartibga solishga imkon beradi va bu yilning vaqtidan qat'iy nazar sodir bo'ladi.

bu noyob mulk suv uni sanoatda va kundalik hayotda sovutgich sifatida ishlatishga imkon beradi. Bundan tashqari, suv keng tarqalgan va nisbatan arzon xom ashyo hisoblanadi.

Issiqlik sig'imi deganda nima tushuniladi? Termodinamika kursidan ma'lumki, issiqlik uzatish har doim issiq jismdan sovuq jismga sodir bo'ladi. Bunda gap ma'lum miqdordagi issiqlikning o'tishi haqida bormoqda va ikkala jismning harorati ularning holatining xarakteristikasi bo'lib, bu almashinuv yo'nalishini ko'rsatadi. Bir xil boshlang'ich haroratlarda teng massali suvga ega bo'lgan metall tanasi jarayonida metall o'z haroratini suvdan bir necha marta ko'proq o'zgartiradi.

Agar biz termodinamikaning asosiy bayonotini postulat sifatida qabul qilsak - ikkita jismdan (boshqalardan ajratilgan), issiqlik almashinuvi paytida biri ajralib chiqadi, ikkinchisi esa teng miqdorda issiqlik oladi, u holda metall va suv butunlay boshqacha issiqlikka ega ekanligi ayon bo'ladi. imkoniyatlar.

Shunday qilib, suvning (shuningdek, har qanday moddaning) issiqlik sig'imi ma'lum bir moddaning harorat birligiga sovutish (isitish) paytida bir oz berish (yoki olish) qobiliyatini tavsiflovchi ko'rsatkichdir.

Moddaning solishtirma issiqlik sig'imi - bu moddaning bir birligini (1 kilogramm) 1 darajaga qizdirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori.

Jism tomonidan chiqarilgan yoki yutilgan issiqlik miqdori solishtirma issiqlik sig'imi, massa va harorat farqining mahsulotiga teng. U kaloriyalarda o'lchanadi. Bir kaloriya - bu 1 g suvni 1 daraja isitish uchun etarli bo'lgan issiqlik miqdori. Taqqoslash uchun: havoning solishtirma issiqlik sig'imi 0,24 kal/g ?°C, alyuminiyniki 0,22, temirniki 0,11, simobniki 0,03.

Suvning issiqlik sig'imi doimiy emas. Haroratning 0 dan 40 darajaga ko'tarilishi bilan u biroz pasayadi (1,0074 dan 0,9980 gacha), boshqa barcha moddalar uchun bu xususiyat isitish vaqtida ortadi. Bundan tashqari, u bosimning oshishi bilan (chuqurlikda) kamayishi mumkin.

Ma'lumki, suvning uchtasi bor agregatsiya holati- suyuq, qattiq (muz) va gazsimon (bug '). Shu bilan birga, muzning o'ziga xos issiqlik sig'imi suvnikidan taxminan 2 baravar past. Bu qattiq va erigan holatda o'ziga xos issiqlik sig'imi o'zgarmaydigan suv va boshqa moddalar o'rtasidagi asosiy farqdir. Bu erda qanday sir bor?

Gap shundaki, muz kristalli tuzilishga ega, u qizdirilganda darhol qulab tushmaydi. Suv tarkibida bir nechta molekulalardan tashkil topgan va assotsiatsiyalar deb ataladigan kichik muz zarralari mavjud. Suv qizdirilganda, bir qismi bu shakllanishlardagi vodorod aloqalarini yo'q qilishga sarflanadi. Bu suvning g'ayrioddiy yuqori issiqlik sig'imini tushuntiradi. Uning molekulalari orasidagi bog'lar suv bug'ga o'tgandagina butunlay yo'q qilinadi.

100 ° S haroratda o'ziga xos issiqlik sig'imi deyarli 0 ° C da muzdan farq qilmaydi.Bu yana bir bor ushbu tushuntirishning to'g'riligini tasdiqlaydi. Bug'ning issiqlik sig'imi, xuddi muzning issiqlik sig'imi kabi, olimlar hali ham bir fikrga kelmagan suvnikiga qaraganda ancha yaxshi tushuniladi.

Entalpiya materiyaning issiqlikka aylanishi mumkin bo'lgan energiya miqdorini ko'rsatadigan xossasidir.

Entalpiya ko'rsatuvchi moddaning termodinamik xossasidir energiya darajasi uning molekulyar tuzilishida saqlanadi. Bu shuni anglatadiki, materiya ga asoslangan energiyaga ega bo'lishi mumkin, ammo uning hammasi ham issiqlikka aylantirilmaydi. Qism ichki energiya har doim materiyada qoladi va uning molekulyar tuzilishini saqlaydi. Harorat haroratga yaqinlashganda moddaning bir qismiga kirish mumkin emas muhit. Binobarin, entalpiya ma'lum harorat va bosimda issiqlikka aylantirish uchun mavjud bo'lgan energiya miqdori. Entalpiya birliklari- Energiya uchun ingliz termal birligi yoki jouli va o'ziga xos energiya uchun Btu/lbm yoki J/kg.

Entalpiya miqdori

Miqdori materiyaning entalpiyalari berilgan haroratga asoslanadi. Berilgan harorat olimlar va muhandislar tomonidan hisob-kitoblar uchun asos sifatida tanlangan qiymatdir. Bu moddaning entalpiyasi nolga teng bo'lgan haroratdir J. Boshqacha qilib aytganda, moddada issiqlikka aylanadigan mavjud energiya yo'q. Bu haroratda turli moddalar boshqacha. Masalan, berilgan harorat suv uchlik nuqtasi (0 °C), azot -150 °C, metan va etan asosidagi sovutgichlar -40 °C.

Agar moddaning harorati berilgan haroratdan yuqori bo'lsa yoki ma'lum haroratda gaz holatiga o'tsa, entalpiya musbat son sifatida ifodalanadi. Aksincha, moddaning berilgan entalpiyasidan past haroratda ifodalanadi salbiy raqam. Entalpiya ikki holat orasidagi energiya darajasidagi farqni aniqlash uchun hisob-kitoblarda qo'llaniladi. Bu uskunani o'rnatish va aniqlash uchun kerak foydali harakat jarayon.

entalpiya sifatida ko'pincha aniqlanadi materiyaning umumiy energiyasi, chunki u ish bajarish qobiliyati (pv) bilan birga ma'lum holatda ichki energiyasi (u) yig'indisiga teng. Ammo, aslida, entalpiya yuqoridagi ma'lum bir haroratda moddaning umumiy energiyasini ko'rsatmaydi mutlaq nol(-273°C). Shuning uchun, belgilash o'rniga entalpiya moddaning umumiy issiqligi sifatida, u aniqroq aniqlanadi jami issiqlikka aylantirilishi mumkin bo'lgan moddaning mavjud energiyasi.
H=U+pV