Tabellen visar de termofysiska egenskaperna hos vattenånga vid mättnadslinjen beroende på temperatur. Ångegenskaper visas i tabellen i temperaturintervallet från 0,01 till 370 ° C.
Varje temperatur motsvarar det tryck vid vilket vattenångan är i ett tillstånd av mättnad. Till exempel, vid en vattenångtemperatur på 200 ° C, kommer dess tryck att vara 1,555 MPa, eller cirka 15,3 atm.
Specifik värmekapacitet hos ånga, värmeledningsförmåga och dess ökning när temperaturen stiger. Vattenångans täthet ökar också. Vattenånga blir het, tung och trögflytande, med ett högt specifikt värmevärde, vilket positivt påverkar valet av ånga som värmebärare i vissa typer av värmeväxlare.
Till exempel, enligt tabellen, den specifika värmen för vattenånga C sid vid en temperatur på 20 ° C är det lika med 1877 J / (kg grader), och när det värms upp till 370 ° C ökar värmekapaciteten för ånga till ett värde av 56520 J / (kg grader).
Tabellen ger följande termofysiska egenskaper för vattenånga på mättnadslinjen:
- ångtryck vid angiven temperatur p · 10 -5, Pa;
- ång-densitet ρ″ , kg/m3;
- specifik (mass)entalpi h ″ kJ/kg;
- r kJ/kg;
- specifik värme av ånga C sid kJ/(kg grader);
- värmeledningskoefficient λ · 10 2, W/(m · grader);
- Termisk diffusivitet a · 10 6, m2/s;
- dynamisk viskositet μ 10 6, Pa · s;
- kinematisk viskositet v 10 6, m2/s;
- Prandtl nummer Pr.
Specifik förångningsvärme, entalpi, termisk diffusivitet och kinematisk viskositet vattenånga minskar med stigande temperatur. Den dynamiska viskositeten och Prandtl-talet för ångan ökar i detta fall.
Var försiktig! Värmeledningsförmågan i tabellen anges i styrkan 10 2. Glöm inte att dividera med 100! Till exempel är den termiska ledningsförmågan för ånga vid en temperatur på 100 ° C 0,02372 W / (m · grader).
Värmeledningsförmåga av vattenånga vid olika temperaturer och tryck
Tabellen visar värdena för värmeledningsförmåga för vatten och ånga vid temperaturer från 0 till 700 ° C och tryck från 0,1 till 500 atm. Dimension av värmeledningsförmåga W / (m · grader).
Linjen under värdena i tabellen betyder Fasövergång vatten till ånga, det vill säga siffrorna under linjen hänvisar till ånga, och ovanför det - till vatten. Enligt tabellen kan man se att värdet på koefficienten och vattenångan ökar med ökande tryck.
Notera: den termiska konduktiviteten i tabellen indikeras i potensen 10 3. Glöm inte att dividera med 1000!
Värmeledningsförmåga av vattenånga vid höga temperaturer
Tabellen visar värdena för värmeledningsförmågan för dissocierad vattenånga i termer av W / (m · deg) vid temperaturer från 1400 till 6000 K och tryck från 0,1 till 100 atm.
Enligt tabellen ökar värmeledningsförmågan för vattenånga vid höga temperaturer märkbart i intervallet 3000 ... 5000 K. Vid höga tryck uppnås den maximala värmeledningskoefficienten vid högre temperaturer.
Var försiktig! Värmeledningsförmåga i tabellen indikeras i styrkan 10 3. Glöm inte att dividera med 1000!
Vatten är ett av de mest fantastiska ämnena. Trots sin breda spridning och utbredda användning är det ett verkligt naturmysterium. Som en av syreföreningarna bör vatten, det verkar, ha mycket låga egenskaper som frysning, förångningsvärme, etc. Men detta händer inte. Värmekapaciteten för enbart vatten är trots allt extremt hög.
Vatten kan absorberas stor mängd värme, medan hon själv praktiskt taget inte värmer upp - det här är hon fysiskt kännetecken... vatten är ungefär fem gånger högre än sandens värmekapacitet och tio gånger högre än järn. Därför är vatten ett naturligt kylmedel. Hennes förmåga att ackumulera Ett stort antal energi gör att du kan jämna ut temperaturfluktuationer på jordens yta och reglera den termiska regimen över hela planeten, och detta händer oavsett årstid.
den unik egendom vatten gör att det kan användas som kylmedel i industrin och i vardagen. Dessutom är vatten lättillgängligt och relativt billig råvara.
Vad menas med värmekapacitet? Som bekant från termodynamikens gång sker värmeöverföring alltid från en varm till en kall kropp. Vart i det kommer om övergången av en viss mängd värme, och temperaturen hos båda kropparna, som är ett kännetecken för deras tillstånd, visar riktningen för detta utbyte. I processen av en metallkropp med vatten lika massa vid samma initiala temperaturer ändrar metallen sin temperatur flera gånger mer än vatten.
Om vi tar termodynamikens grundläggande uttalande som ett postulat - från två kroppar (isolerade från de andra), under värmeväxling avger den ena och den andra får lika mycket värme, så blir det tydligt att metall och vatten har helt olika värmekapacitet.
Sålunda är värmekapaciteten hos vatten (som vilket ämne som helst) en indikator som kännetecknar förmågan hos ett givet ämne att ge (eller ta emot) en del under kylning (uppvärmning) per enhetstemperatur.
Den specifika värmen för ett ämne är den mängd värme som krävs för att värma en enhet av detta ämne (1 kilogram) med 1 grad.
Mängden värme som frigörs eller absorberas av kroppen är lika med produkten av värdena för den specifika värmekapaciteten, massan och temperaturskillnaden. Det mäts i kalorier. En kalori är exakt den mängd värme som räcker för att värma 1 g vatten med 1 grad. Som jämförelse: luftens specifika värmekapacitet är 0,24 cal / g ∙ ° С, aluminium - 0,22, järn - 0,11, kvicksilver - 0,03.
Vattnets värmekapacitet är inte konstant. Med en ökning av temperaturen från 0 till 40 grader minskar den något (från 1,0074 till 0,9980), medan för alla andra ämnen ökar denna egenskap under uppvärmning. Dessutom kan den minska med ökande tryck (på djupet).
Som du vet har vatten tre aggregationstillstånd - flytande, fast (is) och gasformig (ånga). Samtidigt är isens specifika värmekapacitet ungefär 2 gånger lägre än vattens. Detta är huvudskillnaden mellan vatten och andra ämnen, vars värden för den specifika värmekapaciteten i fast och smält tillstånd inte förändras. Vad är hemligheten här?
Faktum är att is har en kristallin struktur, som inte bryts ner omedelbart när den värms upp. Vatten innehåller små ispartiklar, som består av flera molekyler, så kallade associates. När vatten värms upp går en del åt att förstöra vätebindningar i dessa formationer. Detta förklarar vattnets ovanligt höga värmekapacitet. Bindningarna mellan dess molekyler förstörs helt först när vatten passerar in i ånga.
Den specifika värmen vid en temperatur på 100 ° C är nästan densamma som för is vid 0 ° C. Detta bekräftar återigen riktigheten av denna förklaring. Ångas värmekapacitet, liksom isens värmekapacitet, har nu studerats mycket bättre än vatten, vilket forskarna ännu inte har kommit överens om.
Entalpiär en egenskap hos ett ämne som anger hur mycket energi som kan omvandlas till värme.Entalpiär en termodynamisk egenskap hos ett ämne som indikerar energinivå lagras i sin molekylstruktur. Detta innebär att även om materia kan ha energi på marken, kan inte allt omvandlas till värme. Del inre energi finns alltid kvar i substansen och bibehåller sin molekylära struktur. En del av ämnet är otillgängligt när dess temperatur närmar sig omgivningstemperaturen. Därav, entalpiär mängden energi som är tillgänglig för att omvandlas till värme vid en viss temperatur och tryck. Entalpi enheter- Brittisk termisk enhet eller joule för energi och Btu / lbm eller J / kg för specifik energi.
Entalpi mängd
Kvantitet materiens entalpier baserat på dess givna temperatur. Denna temperaturär det värde som valts av forskare och ingenjörer som grund för beräkningar. Detta är den temperatur vid vilken entalpin för ett ämne är noll J. Ett ämne har med andra ord ingen tillgänglig energi som kan omvandlas till värme. Denna temperatur vid olika ämnen annorlunda. Till exempel är denna vattentemperatur en trippelpunkt (O ° C), kväve -150 ° C och köldmedier baserade på metan och etan -40 ° C.Om temperaturen på ett ämne är högre än dess givna temperatur eller ändras till ett gasformigt tillstånd vid en given temperatur, uttrycks entalpin som ett positivt tal. Omvänt, vid temperaturer under denna, uttrycks ämnets entalpi negativt tal... Entalpi används i beräkningar för att bestämma skillnaden i energinivåer mellan två tillstånd. Detta är nödvändigt för att konfigurera hårdvaran och avgöra användbar åtgärd bearbeta.
Entalpi definieras ofta som full energiämnen, eftersom det är lika med summan av dess inre energi (och) in detta tillstånd tillsammans med hans förmåga att få jobbet gjort (pv). Men i verkligheten indikerar entalpi inte den totala energin för ett ämne vid en given temperatur över absolut noll (-273 ° C). Därför istället för att definiera entalpi som den totala värmen av ett ämne, mer exakt definiera det som den totala mängden tillgänglig energi av ett ämne som kan omvandlas till värme.
H = U + pV
I detta lilla material kommer vi kort att överväga en av vattnets viktigaste egenskaper för vår planet, dess Värmekapacitet.
Specifik värme av vatten
Låt oss göra en kort tolkning av denna term:
Värmekapacitetämne är dess förmåga att ackumulera värme i sig själv. Detta värde mäts av mängden värme som absorberas av det, när det värms upp med 1 ° C. Till exempel är vattnets värmekapacitet 1 cal / g, eller 4,2 J / g, och värmekapaciteten för vatten vid 14,5-15,5 ° C (beroende på typ av jord) varierar från 0,5 till 0,6 cal (2 , 1 -2,5 J) per volymenhet och från 0,2 till 0,5 cal (eller 0,8-2,1 J) per massaenhet (gram).
Vattnets värmekapacitet har signifikant inflytande på många aspekter av vårt liv, men i detta material kommer vi att fokusera på dess roll i formningen temperaturregim vår planet, nämligen...
Vattnets värmekapacitet och jordens klimat
Värmekapacitet vatten på sitt sätt absolutvärdeär tillräckligt stor. Från ovanstående definition ser vi att det avsevärt överstiger värmekapaciteten hos jorden på vår planet. På grund av en sådan skillnad i värmekapacitet värms jorden, i jämförelse med vattnet i världshaven, upp mycket snabbare och kyls därför snabbare. På grund av de mer inerta världshaven, fluktuationer i dygns- och säsongsbetonade temperaturer Markerna är inte så stora som de skulle vara om det inte fanns några hav och hav. Det vill säga under den kalla årstiden värmer vatten jorden, och under den varma årstiden kyls det. Naturligtvis är detta inflytande mest märkbart i kustområden, men i en globalt genomsnittlig dimension påverkar det hela planeten.
Naturligtvis är det många faktorer som påverkar fluktuationerna i dygns- och säsongstemperaturerna, men vatten är en av de viktigaste.
En ökning av amplituden av fluktuationer i dags- och säsongstemperaturer skulle radikalt förändra världen omkring oss.
Alla är till exempel bra känt faktum- stenen tappar sin styrka och blir ömtålig vid kraftiga temperatursvängningar. Självklart skulle vi själva vara "något" annorlunda. Åtminstone de fysiska parametrarna för vår kropp skulle vara annorlunda.
Onormala värmekapacitetsegenskaper hos vatten
Vattnets specifika värme har anomala egenskaper. Det visar sig att när vattentemperaturen stiger, minskar dess värmekapacitet, denna dynamik kvarstår upp till 37 ° C, med en ytterligare ökning av temperaturen börjar värmekapaciteten att öka.
Detta faktum innehåller ett intressant uttalande. Relativt sett har naturen själv, representerad av vatten, bestämt 37 ° C som den mest bekväma temperaturen för människokroppen, givetvis förutsatt att alla andra faktorer observeras. Med någon dynamik av förändringar i omgivningstemperaturen tenderar vattentemperaturen till 37 ° C.
Idag kommer vi att prata om vad värmekapaciteten (inklusive vatten) är, vilka typer det är och var denna fysiska term används. Vi kommer också att visa hur användbart värdet av denna mängd är för vatten och ånga, varför du behöver veta det och hur det påverkar vårt dagliga liv.
Värmekapacitet koncept
Detta fysisk kvantitet så ofta används i omvärlden och i vetenskapen att det först och främst är nödvändigt att berätta om det. Den allra första definitionen kommer att kräva att läsaren är något förberedd, åtminstone i differentialer. Så, värmekapaciteten hos en kropp definieras i fysiken som förhållandet mellan stegen av en oändligt liten mängd värme och motsvarande oändligt liten mängd temperatur.
Mängd värme
Nästan alla förstår vad temperatur är, på ett eller annat sätt. Kom ihåg att "mängden värme" inte bara är en fras, utan en term som betecknar den energi som kroppen förlorar eller vinner i utbyte med miljö... Detta värde mäts i kalorier. Denna enhet är bekant för alla kvinnor som går på dieter. Kära damer, nu vet ni vad ni bränner på löpbandet och vad varje bit mat som äts (eller lämnas på tallriken) är lika med. Således upplever varje kropp vars temperatur ändras en ökning eller minskning av mängden värme. Förhållandet mellan dessa kvantiteter är värmekapaciteten.
Värmekapacitetstillämpning
Den strikta definitionen av det fysiska konceptet vi överväger används sällan av sig själv. Vi sa ovan att det mycket ofta används i Vardagsliv... De som inte gillade fysik i skolan är nu förmodligen förbryllade. Och vi kommer att lyfta slöjan av sekretess och berätta att varmt (och till och med kallt) vatten i kranen och i värmerören endast visas på grund av beräkningarna av värmekapacitet.
Väderförhållanden som avgör om den redan kan öppnas badsäsong eller medan det är värt att stanna på stranden, beaktas även detta värde. Alla apparater relaterade till uppvärmning eller kylning (oljekylare, kylskåp), alla energikostnader för matlagning (till exempel på ett kafé) eller gatuglass påverkas av dessa beräkningar. Som du kan förstå talar vi om ett sådant värde som vattenets värmekapacitet. Det skulle vara dumt att anta att säljare och vanliga konsumenter gör detta, men ingenjörer, designers, tillverkare har tagit hänsyn till allt och lagt de lämpliga parametrarna i hushållsprodukter... Värmekapacitetsberäkningar används dock mycket mer allmänt: i vattenturbiner och cementproduktion, vid testning av legeringar för flygplan eller tåg, under konstruktion, smältning, kylning. Även utforskning av rymden bygger på formler som innehåller detta värde.
Typer av värmekapacitet
Alltså, sammantaget praktiska tillämpningar använda relativ eller specifik värme. Det definieras som mängden värme (obs, inga oändliga mängder) som behövs för att värma en materiaenhet med en grad. Grader på Kelvin- och Celsius-skalorna sammanfaller, men inom fysiken är det vanligt att kalla detta värde i de första enheterna. Beroende på hur enheten för mängden av ett ämne uttrycks skiljer man på massa, volym och molär specifik värme. Kom ihåg att en mol är mängden av ett ämne som innehåller ungefär sex till tio till tjugotredje potens av molekyler. Beroende på problemet används motsvarande värmekapacitet, deras beteckning i fysik är annorlunda. Massvärmekapaciteten betecknas som C och uttrycks i J / kg * K, volymetrisk - C` (J / m 3 * K), molar - C μ (J / mol * K).
Idealisk gas
Om problemet med en idealgas löses, är uttrycket för det ett annat. Låt oss komma ihåg att atomer (eller molekyler) av detta ämne, som inte existerar i verkligheten, inte interagerar med varandra. Denna kvalitet förändrar radikalt alla egenskaper hos en idealgas. Därför kommer traditionella metoder för beräkningar inte att ge det önskade resultatet. En idealgas behövs som modell för att beskriva elektroner i till exempel en metall. Dess värmekapacitet definieras som antalet frihetsgrader för de partiklar som den består av.
Aggregeringstillstånd
Det verkar som att allt för ämnet fysiska egenskaperär desamma under alla förhållanden. Men så är inte fallet. Under övergången till ett annat aggregationstillstånd (under smältning och frysning av is, under avdunstning eller stelning av smält aluminium), ändras detta värde i ett ryck. Således är värmekapaciteten för vatten och vattenånga olika. Avsevärt, som vi kommer att se nedan. Denna skillnad påverkar i hög grad användningen av både flytande och gasformiga beståndsdelar av detta ämne.
Värme och värmekapacitet
Som läsaren redan har noterat, oftast i verkliga världen vattnets värmekapacitet visas. Hon är livets källa, utan henne är vår existens omöjlig. Människan behöver det. Därför har det alltid funnits uppgiften att leverera vatten till bostäder och industrier eller åkrar, från forntiden till modern tid. Bra för de länder som året runt positiv temperatur. De gamla romarna byggde akvedukter för att förse sina städer med denna värdefulla resurs. Men där det är vinter skulle den här metoden inte fungera. Is är känt för att ha en högre specifik volym än vatten. Detta innebär att när det fryser i rör, förstör det dem på grund av expansion. Således, framför ingenjörerna av centralvärme och leverans av varma och kallt vatten hemma är utmaningen hur man undviker det.
Vattnets värmekapacitet, med hänsyn till rörens längd, ger den erforderliga temperaturen till vilken pannorna måste värmas upp. Våra vintrar är dock väldigt kalla. Och vid hundra grader Celsius pågår kokning redan. I denna situation kommer vattenångans specifika värmekapacitet till undsättning. Som noterats ovan ändrar aggregeringsläget detta värde. Tja, i pannorna som ger värme till våra hem, finns det starkt överhettad ånga. På grund av sin höga temperatur skapar den ett otroligt tryck, så pannorna och rören som leder till dem måste vara mycket starka. V I detta falläven ett litet hål, en mycket liten läcka, kan leda till en explosion. Vattnets värmekapacitet beror på temperaturen och är icke-linjär. Det vill säga, för att värma det från tjugo till trettio grader krävs en annan mängd energi än, säg, från etthundrafemtio till etthundrasextio.
För eventuella åtgärder som påverkar uppvärmningen av vatten bör detta beaktas, särskilt när det gäller stora volymer... Värmekapaciteten hos ånga, liksom många av dess egenskaper, beror på trycket. Vid samma temperatur som flytande tillstånd, gasformig har nästan fyra gånger mindre värmekapacitet.
Ovan gav vi många exempel på varför det är nödvändigt att värma vatten och hur det är nödvändigt att ta hänsyn till värdet på värmekapaciteten. Men vi har ännu inte berättat att bland alla tillgängliga resurser på planeten har denna vätska en tillräckligt hög energiförbrukning för uppvärmning. Denna fastighet används ofta för kylning.
Eftersom vattnets värmekapacitet är hög kommer det effektivt och snabbt att ta upp överskottsenergi. Detta används i industrier, i högteknologisk utrustning (till exempel i laser). Och hemma vet vi nog det mest effektiv metod kyla hårdkokta ägg eller en varm stekpanna - skölj under kall kran.
Och principen för drift av atomkärnreaktorer är i allmänhet baserad på vattnets höga värmekapacitet. Den heta zonen, som namnet antyder, har en otrolig hög feber... Genom att värma upp sig själv kyler vattnet därmed systemet, vilket förhindrar att reaktionen hamnar ur kontroll. Således får vi den nödvändiga elektriciteten (uppvärmd ånga vänder turbinerna), och det är ingen katastrof.
