Spezifische Wärmekapazität eines Tontisches. Praktische Anwendung der Wärmekapazität in der Bauindustrie. Spezifische Wärmekapazität von Flüssigkeiten
Die spezifische Wärmekapazität ist eine Eigenschaft eines Stoffes. Das heißt, es ist für verschiedene Substanzen unterschiedlich. Darüber hinaus weist der gleiche Stoff, jedoch in unterschiedlichen Aggregatzuständen, eine unterschiedliche spezifische Wärmekapazität auf. Daher ist es richtig, von der spezifischen Wärmekapazität eines Stoffes zu sprechen (spezifische Wärmekapazität von Wasser, spezifische Wärmekapazität von Gold, spezifische Wärmekapazität von Holz usw.).
Die spezifische Wärmekapazität eines bestimmten Stoffes gibt an, wie viel Wärme (Q) auf ihn übertragen werden muss, um 1 Kilogramm dieses Stoffes um 1 Grad Celsius zu erhitzen. Die spezifische Wärmekapazität wird mit dem lateinischen Buchstaben c bezeichnet. Das heißt, c = Q/mt. Wenn man davon ausgeht, dass t und m gleich eins sind (1 kg und 1 °C), dann ist die spezifische Wärmekapazität numerisch gleich der Wärmemenge.
Wärme und spezifische Wärmekapazität haben jedoch unterschiedliche Maßeinheiten. Wärme (Q) im Cu-System wird in Joule (J) gemessen. Und die spezifische Wärmekapazität wird in Joule geteilt durch Kilogramm multipliziert mit Grad Celsius angegeben: J/(kg °C).
Beträgt die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes beispielsweise 390 J/(kg °C), bedeutet dies, dass 1 kg dieses Stoffes, wenn er um 1 °C erhitzt wird, 390 J Wärme aufnimmt. Oder anders ausgedrückt: Um 1 kg dieses Stoffes um 1 °C zu erhitzen, müssen 390 J Wärme auf ihn übertragen werden. Oder wenn 1 kg dieser Substanz um 1 °C abgekühlt wird, gibt sie 390 J Wärme ab.
Wenn nicht 1, sondern 2 kg eines Stoffes um 1 °C erhitzt werden, muss doppelt so viel Wärme auf ihn übertragen werden. Im obigen Beispiel beträgt sie also bereits 780 J. Das Gleiche passiert, wenn 1 kg Stoff um 2 °C erhitzt wird.
Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes hängt nicht von seiner Anfangstemperatur ab. Das heißt, wenn beispielsweise flüssiges Wasser eine spezifische Wärmekapazität von 4200 J/(kg °C) hat, dann erfordert eine Erwärmung um 1 °C selbst 20 oder 90 Grad warmes Wasser gleichermaßen 4200 J Wärme pro 1 kg .
Aber Eis hat eine spezifische Wärmekapazität, die sich von der von flüssigem Wasser unterscheidet, nämlich fast doppelt so viel. Um es jedoch um 1 °C zu erwärmen, ist unabhängig von der Anfangstemperatur die gleiche Wärmemenge pro 1 kg erforderlich.
Die spezifische Wärmekapazität hängt auch nicht von der Form des Körpers ab, der aus diesem Stoff besteht. Eine Stahlstange und ein Stahlblech mit der gleichen Masse benötigen die gleiche Wärmemenge, um sie um die gleiche Gradzahl zu erhitzen. Ein weiterer Punkt ist, dass der Wärmeaustausch mit der Umgebung vernachlässigt werden sollte. Die Platte hat eine größere Oberfläche als die Stange, was bedeutet, dass die Platte mehr Wärme abgibt und daher schneller abkühlt. Aber unter idealen Bedingungen (wenn der Wärmeverlust vernachlässigt werden kann) spielt die Körperform keine Rolle. Daher sagt man, dass die spezifische Wärmekapazität eine Eigenschaft eines Stoffes, nicht aber eines Körpers ist.
Daher ist die spezifische Wärmekapazität verschiedener Stoffe unterschiedlich. Das heißt, wenn verschiedene Stoffe mit gleicher Masse und gleicher Temperatur gegeben werden, dann muss ihnen, um sie auf eine unterschiedliche Temperatur zu erhitzen, unterschiedlich viel Wärme zugeführt werden. Beispielsweise benötigt ein Kilogramm Kupfer etwa zehnmal weniger Wärme als Wasser. Das heißt, Kupfer hat eine spezifische Wärmekapazität, die etwa zehnmal geringer ist als die von Wasser. Wir können sagen, dass „in Kupfer weniger Wärme eingebracht wird“.
Die Wärmemenge, die auf einen Körper übertragen werden muss, um ihn von einer Temperatur auf eine andere zu erwärmen, lässt sich mit der folgenden Formel ermitteln:
Q = cm(t k – t n)
Dabei sind tk und tn die End- und Anfangstemperaturen, m ist die Masse des Stoffes, c ist seine spezifische Wärmekapazität. Die spezifische Wärmekapazität wird üblicherweise aus Tabellen entnommen. Mit dieser Formel lässt sich die spezifische Wärmekapazität ausdrücken.
Bei der Arbeit verwendete Geräte und Zubehör:
2. Gewichte.
3. Thermometer.
4. Kalorimeter.
6. Kalorimetrischer Körper.
7. Haushaltsfliesen.
Ziel der Arbeit:
Lernen Sie, die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes experimentell zu bestimmen.
I. THEORETISCHE EINFÜHRUNG.
Wärmeleitfähigkeit- Wärmeübertragung von stärker erhitzten Körperteilen auf weniger erhitzte durch Kollisionen schneller Moleküle mit langsamen, wodurch schnelle Moleküle einen Teil ihrer Energie auf langsame übertragen.
Die Änderung der inneren Energie eines Körpers ist direkt proportional zu seiner Masse und der Änderung der Körpertemperatur.
DU = cmDT (1)
Q = cmDT (2)
Die Größe c, die die Abhängigkeit der Änderung der inneren Energie eines Körpers beim Erhitzen oder Abkühlen von der Art des Stoffes und den äußeren Bedingungen charakterisiert, wird genannt spezifische Wärmekapazität des Körpers.
(4)
Der Wert C, der die Abhängigkeit eines Körpers zur Wärmeaufnahme bei Erwärmung charakterisiert und dem Verhältnis der dem Körper zugeführten Wärmemenge zur Erhöhung seiner Temperatur entspricht, wird aufgerufen Wärmekapazität des Körpers.
C = c × m. (5) 
(6)
Q = CDT (7)
Molare Wärmekapazität Cm, ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um ein Mol eines Stoffes um 1 Kelvin zu erhitzen
Cm = cM. (8)
C m = (9)
Die spezifische Wärmekapazität hängt von der Art des Prozesses ab, in dem sie erhitzt wird.
Wärmebilanzgleichung.
Beim Wärmeaustausch ist die Summe der von allen Körpern, deren innere Energie abnimmt, abgegebenen Wärmemengen gleich der Summe der aufgenommenen Wärmemengen aller Körper, deren innere Energie zunimmt.
SQ-Abteilung = SQ-Empfang (10)
Bilden die Körper ein geschlossenes System und findet zwischen ihnen nur Wärmeaustausch statt, dann ist die algebraische Summe der aufgenommenen und abgegebenen Wärmemengen gleich 0.
SQ-Abteilung + SQ-Empfang = 0.
Beispiel:
Am Wärmeaustausch sind ein Körper, ein Kalorimeter und eine Flüssigkeit beteiligt. Der Körper gibt Wärme ab, das Kalorimeter und die Flüssigkeit nehmen sie auf.
Q t = Q k + Q f
Q t = c t m t (T 2 – Q)
Q k = c k m k (Q – T 1)
Q f = c f m f (Q – T 1)
Wobei Q(tau) die Gesamtendtemperatur ist.
s t m t (T 2 -Q) = s zu m zu (Q- T 1) + s f m f (Q- T 1)
s t = ((Q - T 1)*(s zu m zu + s w m w)) / m t (T 2 - Q)
T = 273 0 + t 0 C
2. FORTSCHRITT DER ARBEIT.
Alle Wägungen werden mit einer Genauigkeit von bis zu 0,1 g durchgeführt.
1. Bestimmen Sie durch Wiegen die Masse des Innengefäßes, Kalorimeter m 1.
2. Gießen Sie Wasser in das Innengefäß des Kalorimeters und wiegen Sie das Innenglas zusammen mit der eingefüllten Flüssigkeit m to.
3. Bestimmen Sie die Masse des gegossenen Wassers m = m bis - m 1
4. Stellen Sie das Innengefäß des Kalorimeters in das Außengefäß und messen Sie die Anfangstemperatur des Wassers T 1.
5. Nehmen Sie den Testkörper aus dem kochenden Wasser, übertragen Sie ihn schnell in das Kalorimeter und bestimmen Sie T 2 - die Anfangstemperatur des Körpers, sie entspricht der Temperatur von kochendem Wasser.
6. Während Sie die Flüssigkeit im Kalorimeter rühren, warten Sie, bis die Temperatur nicht mehr ansteigt: Messen Sie die endgültige (konstante) Temperatur Q.
7. Nehmen Sie den Prüfkörper aus dem Kalorimeter, trocknen Sie ihn mit Filterpapier und bestimmen Sie seine Masse m 3 durch Wiegen auf einer Waage.
8. Tragen Sie die Ergebnisse aller Messungen und Berechnungen in die Tabelle ein. Führen Sie Berechnungen bis zur zweiten Dezimalstelle durch.
9. Erstellen Sie eine Wärmebilanzgleichung und ermitteln Sie daraus die spezifische Wärmekapazität des Stoffes Mit.
10. Bestimmen Sie den Stoff anhand der im Antrag erzielten Ergebnisse.
11. Berechnen Sie den absoluten und relativen Fehler des erhaltenen Ergebnisses relativ zum tabellarischen Ergebnis mithilfe der Formeln:
; 
12. Fazit zur geleisteten Arbeit.
TABELLE DER MESS- UND BERECHNUNGSERGEBNISSE
Die Wärmemenge, bei deren Aufnahme die Körpertemperatur um ein Grad ansteigt, wird als Wärmekapazität bezeichnet. Nach dieser Definition.
Wärmekapazität pro Masseneinheit wird genannt Spezifisch Wärmekapazität. Man nennt die Wärmekapazität pro Mol Backenzahn Wärmekapazität.
Die Wärmekapazität wird also durch das Konzept der Wärmemenge bestimmt. Letzteres hängt aber ebenso wie die Arbeit vom Prozess ab. Das bedeutet, dass die Wärmekapazität auch vom Prozess abhängt. Es ist unter verschiedenen Bedingungen möglich, Wärme abzugeben – den Körper zu erwärmen. Allerdings erfordert der gleiche Anstieg der Körpertemperatur unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedliche Wärmemengen. Folglich können Körper nicht durch eine Wärmekapazität charakterisiert werden, sondern durch unzählige Zahlen (so viele, wie man sich alle Arten von Prozessen vorstellen kann, bei denen Wärmeübertragung stattfindet). In der Praxis verwenden sie jedoch meist die Definition von zwei Wärmekapazitäten: Wärmekapazität bei konstantem Volumen und Wärmekapazität bei konstantem Druck.
Die Wärmekapazität variiert je nach den Bedingungen, unter denen der Körper erhitzt wird – bei konstantem Volumen oder konstantem Druck.
Erfolgt die Erwärmung eines Körpers bei konstantem Volumen, d.h. dV= 0, dann ist die Arbeit Null. In diesem Fall dient die auf den Körper übertragene Wärme nur dazu, seine innere Energie zu verändern. dQ= dE, und in diesem Fall ist die Wärmekapazität gleich der Änderung der inneren Energie bei einer Temperaturänderung um 1 K, d.h.
.Wegen Gas 
, Das 
.Diese Formel bestimmt die Wärmekapazität von 1 Mol eines idealen Gases, genannt molar. Wenn ein Gas bei konstantem Druck erhitzt wird, verändert sich sein Volumen; die dem Körper zugeführte Wärme dient nicht nur der Erhöhung seiner inneren Energie, sondern auch der Verrichtung von Arbeit, d. h. dQ= dE+ PdV. Wärmekapazität bei konstantem Druck 
.
Für ein ideales Gas PV= RT Und deswegen PdV= RdT.
Unter Berücksichtigung dessen finden wir 
.Attitüde 
ist eine für jedes Gas charakteristische Größe und wird durch die Anzahl der Freiheitsgrade der Gasmoleküle bestimmt. Die Messung der Wärmekapazität eines Körpers ist somit eine Möglichkeit, die mikroskopischen Eigenschaften seiner Molekülbestandteile direkt zu messen.
F 
Die Formeln für die Wärmekapazität eines idealen Gases beschreiben das Experiment annähernd korrekt, hauptsächlich für einatomige Gase. Nach den oben erhaltenen Formeln sollte die Wärmekapazität nicht von der Temperatur abhängen. Tatsächlich wird das in Abb. gezeigte Bild beobachtet, das experimentell für zweiatomiges Wasserstoffgas erhalten wurde. In Abschnitt 1 verhält sich das Gas wie ein Teilchensystem mit ausschließlich translatorischen Freiheitsgraden; in Abschnitt 2 wird Bewegung angeregt, die mit Rotationsfreiheitsgraden verbunden ist; und schließlich erscheinen in Abschnitt 3 zwei Schwingungsfreiheitsgrade. Die Stufen auf der Kurve stimmen gut mit Formel (2.35) überein, zwischen ihnen steigt jedoch die Wärmekapazität mit der Temperatur, was einer nicht ganzzahligen variablen Anzahl von Freiheitsgraden entspricht. Dieses Verhalten der Wärmekapazität weist darauf hin, dass die Idee eines idealen Gases, die wir zur Beschreibung der realen Eigenschaften eines Stoffes verwenden, unzureichend ist.
Zusammenhang zwischen molarer Wärmekapazität und spezifischer WärmekapazitätMIT=M s, wobei s - spezifische Wärme, M - Molmasse.Mayers Formel.
Für jedes ideale Gas gilt die Mayer-Beziehung:
, wobei R die universelle Gaskonstante, die molare Wärmekapazität bei konstantem Druck und die molare Wärmekapazität bei konstantem Volumen ist.
In der heutigen Lektion werden wir ein physikalisches Konzept wie die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes vorstellen. Wir erfahren, dass es von den chemischen Eigenschaften des Stoffes abhängt und dass sein Wert, der in den Tabellen zu finden ist, für verschiedene Stoffe unterschiedlich ist. Anschließend lernen wir die Maßeinheiten und die Formel zur Ermittlung der spezifischen Wärmekapazität kennen und lernen außerdem, die thermischen Eigenschaften von Stoffen anhand des Wertes ihrer spezifischen Wärmekapazität zu analysieren.
Kalorimeter(von lat. Kalorien– Wärme und metor- messen) - ein Gerät zur Messung der bei einem physikalischen, chemischen oder biologischen Prozess freigesetzten oder absorbierten Wärmemenge. Der Begriff „Kalorimeter“ wurde von A. Lavoisier und P. Laplace vorgeschlagen.
Das Kalorimeter besteht aus einem Deckel, einem Innen- und einem Außenglas. Bei der Konstruktion des Kalorimeters ist es sehr wichtig, dass zwischen den kleineren und größeren Gefäßen eine Luftschicht vorhanden ist, die aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit für eine schlechte Wärmeübertragung zwischen dem Inhalt und der Außenumgebung sorgt. Durch diese Konstruktion können Sie das Kalorimeter als eine Art Thermoskanne betrachten und den Einfluss der äußeren Umgebung auf die Wärmeaustauschprozesse im Kalorimeter praktisch beseitigen.
Das Kalorimeter ist für genauere Messungen der spezifischen Wärmekapazitäten und anderer thermischer Parameter von Körpern als in der Tabelle angegeben bestimmt.
Kommentar. Es ist wichtig zu beachten, dass ein Konzept wie die Wärmemenge, die wir sehr oft verbrauchen, nicht mit der inneren Energie des Körpers verwechselt werden sollte. Die Wärmemenge wird genau durch die Änderung der inneren Energie bestimmt und nicht durch ihren spezifischen Wert.
Beachten Sie, dass die spezifische Wärmekapazität verschiedener Stoffe unterschiedlich ist, was aus der Tabelle (Abb. 3) ersichtlich ist. Gold hat beispielsweise eine spezifische Wärmekapazität. Wie bereits erwähnt, bedeutet die physikalische Bedeutung dieses Wertes der spezifischen Wärmekapazität, dass zum Erhitzen von 1 kg Gold um 1 °C 130 J Wärme zugeführt werden müssen (Abb. 5).
Reis. 5. Spezifische Wärmekapazität von Gold
In der nächsten Lektion besprechen wir die Berechnung des Wertes der Wärmemenge.
AufführenLiteratur
- Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Physik 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Physik 8. - M.: Bustard, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Physik 8. - M.: Aufklärung.
- Internetportal „vactekh-holod.ru“ ()
Hausaufgaben
Unter Wärmekapazität versteht man die Fähigkeit, beim Erhitzen eine gewisse Wärmemenge aufzunehmen oder beim Abkühlen abzugeben. Die Wärmekapazität eines Körpers ist das Verhältnis der verschwindend geringen Wärmemenge, die der Körper aufnimmt, zum entsprechenden Anstieg seiner Temperaturindikatoren. Der Wert wird in J/K gemessen. In der Praxis wird ein etwas anderer Wert verwendet – die spezifische Wärmekapazität.
Definition
Was bedeutet spezifische Wärmekapazität? Dabei handelt es sich um eine Menge, die sich auf eine Einheitsmenge eines Stoffes bezieht. Dementsprechend kann die Menge eines Stoffes in Kubikmetern, Kilogramm oder sogar Mol gemessen werden. Wovon hängt das ab? In der Physik hängt die Wärmekapazität direkt davon ab, zu welcher Mengeneinheit sie gehört, das heißt, man unterscheidet zwischen molarer, massenhafter und volumetrischer Wärmekapazität. In der Baubranche trifft man zwar nicht auf molare Messungen, dafür aber immer wieder auf andere.
Was beeinflusst die spezifische Wärmekapazität?
Sie wissen, was Wärmekapazität ist, aber welche Werte den Indikator beeinflussen, ist noch nicht klar. Der Wert der spezifischen Wärmekapazität wird direkt von mehreren Komponenten beeinflusst: der Temperatur des Stoffes, dem Druck und anderen thermodynamischen Eigenschaften.
Mit steigender Temperatur eines Produktes steigt dessen spezifische Wärmekapazität, bestimmte Stoffe weisen in dieser Abhängigkeit jedoch einen völlig nichtlinearen Verlauf auf. Wenn beispielsweise die Temperaturindikatoren von null auf siebenunddreißig Grad ansteigen, beginnt die spezifische Wärmekapazität von Wasser zu sinken, und wenn die Grenze zwischen siebenunddreißig und einhundert Grad liegt, wird der Indikator im Gegenteil sinken Zunahme.
Es ist zu beachten, dass der Parameter auch davon abhängt, wie sich die thermodynamischen Eigenschaften des Produkts (Druck, Volumen usw.) ändern dürfen. Beispielsweise ist die spezifische Wärmekapazität bei stabilem Druck und bei stabilem Volumen unterschiedlich.
Wie berechnet man den Parameter?
Interessiert Sie die Wärmekapazität? Die Berechnungsformel lautet wie folgt: C=Q/(m·ΔT). Was sind das für Bedeutungen? Q ist die Wärmemenge, die das Produkt beim Erhitzen aufnimmt (oder beim Abkühlen vom Produkt abgibt). m ist die Masse des Produkts und ΔT ist die Differenz zwischen der End- und der Anfangstemperatur des Produkts. Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit der Wärmekapazität einiger Materialien.
Was können Sie zur Berechnung der Wärmekapazität sagen?
Die Berechnung der Wärmekapazität ist nicht die einfachste Aufgabe, insbesondere wenn Sie ausschließlich thermodynamische Methoden verwenden; eine genauere Berechnung ist nicht möglich. Daher nutzen Physiker Methoden der statistischen Physik oder Kenntnisse über die Mikrostruktur von Produkten. Wie berechnet man Gas? Die Wärmekapazität eines Gases wird durch Berechnung der durchschnittlichen Energie der thermischen Bewegung einzelner Moleküle in einer Substanz berechnet. Molekulare Bewegungen können translatorisch oder rotatorisch sein, und im Inneren eines Moleküls kann sich ein ganzes Atom oder eine Schwingung von Atomen befinden. Die klassische Statistik besagt, dass es für jeden Freiheitsgrad der Rotations- und Translationsbewegung einen molaren Wert gibt, der gleich R/2 ist, und dass für jeden Schwingungsfreiheitsgrad der Wert gleich R ist. Diese Regel wird auch das Gesetz der Gleichverteilung genannt .
In diesem Fall hat ein einatomiges Gasteilchen nur drei Translationsfreiheitsgrade und daher sollte seine Wärmekapazität gleich 3R/2 sein, was in hervorragender Übereinstimmung mit dem Experiment ist. Jedes Molekül eines zweiatomigen Gases zeichnet sich durch drei Translations-, zwei Rotations- und einen Schwingungsfreiheitsgrad aus, was bedeutet, dass das Gleichverteilungsgesetz gleich 7R/2 ist, und die Erfahrung hat gezeigt, dass die Wärmekapazität eines Mols zweiatomiges Gas bei normaler Temperatur beträgt 5R/2. Warum gab es eine solche Diskrepanz zwischen den Theorien? Alles hängt damit zusammen, dass bei der Ermittlung der Wärmekapazität verschiedene Quanteneffekte berücksichtigt werden müssen, also Quantenstatistiken angewendet werden müssen. Wie Sie sehen, ist die Wärmekapazität ein ziemlich komplexes Konzept.
Die Quantenmechanik besagt, dass jedes Teilchensystem, das vibriert oder rotiert, einschließlich eines Gasmoleküls, bestimmte diskrete Energiewerte haben kann. Wenn die Energie der thermischen Bewegung im installierten System nicht ausreicht, um Schwingungen der erforderlichen Frequenz anzuregen, tragen diese Schwingungen nicht zur Wärmekapazität des Systems bei.
In Festkörpern besteht die thermische Bewegung von Atomen in schwachen Schwingungen in der Nähe bestimmter Gleichgewichtspositionen, dies gilt für die Knoten des Kristallgitters. Ein Atom hat drei Schwingungsfreiheitsgrade und laut Gesetz ist die molare Wärmekapazität eines Festkörpers gleich 3nR, Dabei ist n die Anzahl der im Molekül vorhandenen Atome. In der Praxis ist dieser Wert die Grenze, bis zu der die Wärmekapazität eines Körpers bei hohen Temperaturen tendiert. Der Wert wird bei vielen Elementen bei normalen Temperaturänderungen erreicht, dies gilt sowohl für Metalle als auch für einfache Verbindungen. Außerdem wird die Wärmekapazität von Blei und anderen Stoffen bestimmt.
Was ist mit niedrigen Temperaturen?
Wir wissen bereits, was Wärmekapazität ist, aber wenn wir von niedrigen Temperaturen sprechen, wie wird der Wert dann berechnet? Wenn wir von niedrigen Temperaturen sprechen, stellt sich heraus, dass die Wärmekapazität eines Festkörpers proportional ist T 3 oder das sogenannte Debyesche Gesetz der Wärmekapazität. Das Hauptkriterium zur Unterscheidung hoher von niedrigen Temperaturen ist der übliche Vergleich mit einem für einen bestimmten Stoff charakteristischen Parameter – dies kann die charakteristische oder Debye-Temperatur q D sein. Der dargestellte Wert wird durch das Schwingungsspektrum der Atome im Produkt bestimmt und hängt maßgeblich von der Kristallstruktur ab.
In Metallen leisten Leitungselektronen einen gewissen Beitrag zur Wärmekapazität. Dieser Teil der Wärmekapazität wird mithilfe der Fermi-Dirac-Statistik berechnet, die Elektronen berücksichtigt. Die elektronische Wärmekapazität eines Metalls, die proportional zur üblichen Wärmekapazität ist, ist ein relativ kleiner Wert und trägt nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt zur Wärmekapazität des Metalls bei. Dann wird die Gitterwärmekapazität sehr klein und kann vernachlässigt werden.
Massenwärmekapazität
Die massenspezifische Wärmekapazität ist die Wärmemenge, die einer Masseneinheit eines Stoffes zugeführt werden muss, um das Produkt um eine Temperatureinheit zu erhitzen. Diese Menge wird mit dem Buchstaben C bezeichnet und in Joule dividiert durch Kilogramm pro Kelvin – J/(kg K) – gemessen. Das ist alles für die Massenwärmekapazität.
Was ist die volumetrische Wärmekapazität?
Die volumetrische Wärmekapazität ist eine bestimmte Wärmemenge, die einer Volumeneinheit eines Produkts zugeführt werden muss, um es pro Temperatureinheit zu erwärmen. Dieser Indikator wird in Joule dividiert pro Kubikmeter pro Kelvin oder J/(m³·K) gemessen. In vielen Fachbüchern zum Bauwesen wird die massenspezifische Wärmekapazität im Bauwerk berücksichtigt.
Praktische Anwendung der Wärmekapazität in der Bauindustrie
Viele wärmeintensive Materialien werden aktiv beim Bau hitzebeständiger Wände eingesetzt. Dies ist äußerst wichtig für Häuser, die durch periodische Erwärmung gekennzeichnet sind. Zum Beispiel ein Herd. Wärmeintensive Produkte und daraus gebaute Wände speichern die Wärme perfekt, speichern sie während der Heizperioden und geben nach dem Ausschalten der Anlage allmählich Wärme ab, sodass Sie den ganzen Tag über eine akzeptable Temperatur aufrechterhalten können.
Je mehr Wärme also in der Struktur gespeichert wird, desto angenehmer und stabiler ist die Temperatur in den Räumen.
Es ist erwähnenswert, dass gewöhnliche Ziegel und Beton, die im Hausbau verwendet werden, eine deutlich geringere Wärmekapazität haben als expandiertes Polystyrol. Wenn wir Ökowolle nehmen, hat sie eine dreimal höhere Wärmekapazität als Beton. Es ist zu beachten, dass die Masse nicht umsonst in der Formel zur Berechnung der Wärmekapazität enthalten ist. Dank der großen, enormen Masse von Beton oder Ziegeln im Vergleich zu Ökowolle können die Steinwände von Bauwerken große Wärmemengen speichern und alle täglichen Temperaturschwankungen ausgleichen. Lediglich die geringe Dämmmasse aller Fachwerkhäuser ist trotz guter Wärmekapazität der schwächste Bereich aller Fachwerktechnologien. Um dieses Problem zu lösen, werden in allen Häusern beeindruckende Wärmespeicher installiert. Was ist das? Dabei handelt es sich um Bauteile, die sich durch eine große Masse und eine relativ gute Wärmekapazität auszeichnen.
Beispiele für Wärmespeicher im wirklichen Leben
Was könnte es sein? Zum Beispiel einige Ziegelinnenwände, ein großer Ofen oder Kamin, Betonestriche.
Möbel in jedem Haus oder jeder Wohnung sind ein ausgezeichneter Wärmespeicher, denn Sperrholz, Spanplatten und Holz können tatsächlich dreimal mehr Wärme pro Kilogramm Gewicht speichern als der berüchtigte Ziegelstein.
Gibt es Nachteile bei Wärmespeichern? Der Hauptnachteil dieses Ansatzes besteht natürlich darin, dass der Wärmespeicher bereits in der Phase der Erstellung eines Modells eines Fachwerkhauses entworfen werden muss. Dies liegt an der Tatsache, dass es schwer ist, und dies muss bei der Erstellung des Fundaments berücksichtigt werden, und man muss sich dann vorstellen, wie dieses Objekt in den Innenraum integriert wird. Es ist erwähnenswert, dass Sie bei Ihrer Arbeit nicht nur die Masse berücksichtigen müssen, sondern auch beide Eigenschaften: Masse und Wärmekapazität. Wenn Sie beispielsweise Gold mit einem unglaublichen Gewicht von zwanzig Tonnen pro Kubikmeter als Wärmespeicher verwenden, funktioniert das Produkt bei Bedarf nur um dreiundzwanzig Prozent besser als ein Betonwürfel, der zweieinhalb Tonnen wiegt.
Welcher Stoff eignet sich am besten für einen Wärmespeicher?
Das beste Produkt für einen Wärmespeicher ist nicht Beton und Ziegel! Kupfer, Bronze und Eisen meistern diese Aufgabe gut, sind aber sehr schwer. Seltsamerweise ist Wasser der beste Wärmespeicher! Die Flüssigkeit verfügt über eine beeindruckende Wärmekapazität, die größte aller uns zur Verfügung stehenden Substanzen. Lediglich die Gase Helium (5190 J/(kg K) und Wasserstoff (14300 J/(kg K)) haben eine größere Wärmekapazität, sind aber in der Praxis problematisch. Sehen Sie sich bei Bedarf und Bedarf die Tabelle der Wärmekapazität an der Stoffe, die Sie benötigen.
