Capacità di calore di acqua e vapore. Definizione e applicazione

Oggi parleremo di cos'è la capacità termica (compresa l'acqua), di che tipo è e dove viene usato questo termine fisico. Mostreremo anche quanto sia utile questo valore per acqua e vapore, perché è necessario conoscerlo e come influisce sulla nostra vita quotidiana.

Il concetto di capacità termica

Questa quantità fisica è così spesso usata nel mondo esterno e nella scienza che devi prima parlarne. La prima definizione richiederà una certa disponibilità da parte del lettore, almeno nei differenziali. Quindi, la capacità termica di un corpo è definita in fisica come il rapporto tra gli incrementi di una quantità infinitamente piccola di calore e la corrispondente quantità infinitamente piccola di temperatura.

Quantità di calore

Qual è la temperatura, comunque, capisci quasi tutto. Ricordiamo che la "quantità di calore" non è solo una frase, ma un termine che denota l'energia che il corpo perde o guadagna quando viene scambiata con l'ambiente. Questa quantità è misurata in calorie. Questa unità è familiare a tutte le donne che sono a dieta. Carissime signore, ora sapete che bruciano su un tapis roulant e quale è il valore di ogni pezzo di cibo mangiato (o lasciato su un piatto). Quindi, qualsiasi corpo la cui temperatura cambia sta sperimentando un aumento o una diminuzione della quantità di calore. Il rapporto tra queste quantità è la capacità termica.

Applicazione della capacità termica

Tuttavia, la definizione rigorosa del concetto fisico che stiamo considerando è raramente usata da sola. In alto, abbiamo detto che è molto spesso usato nella vita di tutti i giorni. Coloro che non amavano la fisica a scuola ora sono probabilmente perplessi. E alzeremo il velo della segretezza e vi diremo che l'acqua calda (e anche fredda) nel rubinetto e nelle condutture di riscaldamento appare solo attraverso i calcoli della capacità termica.

Le condizioni meteorologiche che determinano se è già possibile aprire la stagione balneare o mentre vale la pena rimanere sulla costa tengono conto anche di questo valore. Tutti i dispositivi associati al riscaldamento o raffreddamento (radiatore dell'olio, frigorifero), tutti i costi energetici per cucinare (ad esempio in un bar) o gelati da strada sono influenzati da questi calcoli. Come puoi capire, stiamo parlando di un valore come la capacità termica dell'acqua. Sarebbe sciocco pensare che venditori e consumatori ordinari lo facciano, ma ingegneri, progettisti, produttori hanno tutti preso in considerazione e investito i parametri appropriati negli elettrodomestici. Tuttavia, i calcoli della capacità termica sono usati molto più ampiamente: nelle turbine idrauliche e nella produzione di cemento, nelle leghe di prova per aeroplani o treni, nella costruzione, fusione, raffreddamento. Anche la ricerca spaziale si basa su formule contenenti questo valore.

Tipi di capacità termica

Quindi, in tutte le applicazioni pratiche usano il relativo o calore specifico. È definito come quantità di calore (nota, nessuna quantità infinitamente piccola) richiesta per riscaldare una quantità unitaria di una sostanza di un grado. I gradi sulle scale Kelvin e Celsius sono gli stessi, ma in fisica è consuetudine chiamare questa quantità nelle prime unità. A seconda di come viene espressa un'unità di quantità di una sostanza, si distingue una capacità termica specifica per massa, volume e molare. Ricordiamo che una talpa è una quantità di una sostanza che contiene da sei a dieci al ventitreesimo grado di molecole. A seconda del compito, viene utilizzata la capacità termica corrispondente, la loro designazione in fisica è diversa. La capacità termica di massa è indicata con C ed è espressa in J / kg * K, volumetrica - C` (J / m ³ * K), molare - C _μ (J / mol * K).

Gas perfetto

Se il problema è risolto gas perfetto quindi per lui l'espressione è diversa. Ricorda che in una sostanza che non esiste nella realtà, gli atomi (o le molecole) non interagiscono tra loro. Questa qualità modifica drasticamente le proprietà di un gas ideale. Pertanto, gli approcci tradizionali ai calcoli non daranno il risultato desiderato. Per esempio, è necessario un gas ideale come modello per descrivere gli elettroni in un metallo. La sua capacità termica è definita come il numero di gradi di libertà delle particelle di cui è composto.

Stato di aggregazione

Sembra che per una sostanza tutte le caratteristiche fisiche siano le stesse in tutte le condizioni. Ma non lo è. Quando si passa ad un altro stato di aggregazione (durante la fusione e il congelamento del ghiaccio, durante l'evaporazione o la solidificazione dell'alluminio fuso), questo valore cambia con uno strappo. Pertanto, la capacità termica dell'acqua e del vapore acqueo differiscono. Come vedremo di seguito, in modo significativo. Questa differenza influenza fortemente l'uso di entrambi i costituenti liquidi e gassosi di questa sostanza.

Riscaldamento e capacità termica

Come il lettore ha già notato, la capacità termica dell'acqua appare più spesso nel mondo reale. È la fonte della vita, senza di essa la nostra esistenza è impossibile. Ha bisogno di un uomo. Pertanto, dai tempi antichi ai tempi moderni, c'è sempre stato il compito di fornire acqua alle case e alla produzione o ai campi. Buono per quei paesi che hanno una temperatura positiva per tutto l'anno. Gli antichi romani costruirono acquedotti per fornire alle loro città questa preziosa risorsa. Ma dove c'è inverno, questo metodo non andrebbe bene. Si sa che il ghiaccio ha un volume specifico più grande dell'acqua. Ciò significa che, congelando nei tubi, li distrugge a causa dell'espansione. Pertanto, gli ingegneri del riscaldamento centrale e l'erogazione di acqua calda e fredda alle loro case devono affrontare il compito di evitarlo.

La capacità termica dell'acqua, tenendo conto della lunghezza dei tubi, darà la temperatura necessaria a cui è necessario riscaldare le caldaie. Tuttavia, i nostri inverni sono molto freddi. E a cento gradi Celsius già bolle si verifica. In questa situazione, la capacità termica specifica viene in soccorso. vapore acqueo. Come notato sopra, lo stato aggregativo cambia questo valore. Bene, nelle caldaie che portano le nostre case calde, c'è un vapore molto surriscaldato. A causa del fatto che ha una temperatura elevata, crea una pressione incredibile, quindi le caldaie e le condutture che le conducono devono essere molto resistenti. In questo caso, anche un piccolo foro, una perdita molto piccola può portare a un'esplosione. La capacità termica dell'acqua dipende dalla temperatura ed è non lineare. Cioè, il riscaldamento da venti a trenta gradi richiederà una quantità di energia diversa da, diciamo, da centocinquanta a centosessanta.

Per qualsiasi azione che influisca sul riscaldamento dell'acqua, questo dovrebbe essere preso in considerazione, specialmente quando si tratta di grandi volumi. La capacità termica del vapore, come molte delle sue proprietà, dipende dalla pressione. Alla stessa temperatura dello stato liquido, il gassoso ha una capacità termica quasi quattro volte inferiore.

Raffreddamento ad acqua

Sopra, abbiamo fornito molti esempi sul perché sia ​​necessario riscaldare l'acqua e su come sia necessario tenere conto del valore della capacità termica. Tuttavia, non abbiamo ancora detto che tra tutte le risorse disponibili del pianeta questo liquido ha un indicatore piuttosto elevato del consumo di energia per il riscaldamento. Questa proprietà viene spesso utilizzata per il raffreddamento.

Poiché la capacità termica dell'acqua è elevata, eliminerà in modo efficace e rapido l'energia in eccesso. Questo viene utilizzato nella produzione, in apparecchiature ad alta tecnologia (ad esempio, nel laser). Sì, ea casa, probabilmente sappiamo che il modo più efficace per raffreddare le uova sode o una padella calda è quello di sciacquare sotto un rubinetto freddo dal rubinetto.

E il principio di funzionamento di atomico reattori nucleari generalmente costruito sull'elevata capacità termica dell'acqua. La zona calda, come suggerisce il nome, ha una temperatura incredibilmente alta. Riscaldando sé stesso, l'acqua raffredda in tal modo il sistema, impedendo alla reazione di sfuggire al controllo. Quindi, otteniamo l'elettricità necessaria (il vapore riscaldato fa girare le turbine) e non c'è nessuna catastrofe.