Удельный вес стали

Удельный вес стали. Удельная теплоемкость стали

Сталью считают сплав железа с другими химическими соединениями. Среди компонентов, входящих в состав, присутствует углерод в количестве 2,14%. Благодаря его наличию сплавы железа приобретают свою прочность. Удельный вес стали равен 75500—77500 Н/м³. В составе сплава иногда могут содержаться легирующие элементы. Удельная теплоемкость стали при 20 °C измеряется в 460 Дж/(кг*°C), или 110 кал/(кг*°C).

Что это такое?

Удельная теплоемкость вещества вводится в тот момент, когда рассматривается ситуация с его нагреванием. Без него невозможно узнать, какое количество теплоты (или энергии) потребуется затратить на этот процесс. А также вычислить ее значение при охлаждении тела. Кстати, эти два количества теплоты равны друг другу по модулю. Но имеют разные знаки. Так, в первом случае она положительная, потому что энергию нужно затратить и она передается телу. Вторая ситуация с охлаждением дает отрицательное число, потому что тепло выделяется, и внутренняя энергия тела уменьшается.

Обозначается эта физическая величина латинской буквой c. Определяется она как некоторое количество теплоты, необходимое для нагревания одного килограмма вещества на один градус. В курсе школьной физики в качестве этого градуса выступает тот, что берется по шкале Цельсия.

Теплоемкость строительных материалов

Теплоемкость материалов, таблица по которой приведена выше, зависит от плотности и коэффициента теплопроводности материала.

А коэффициент теплопроводности, в свою очередь, зависит от крупности и замкнутости пор. Мелкопористый материал, имеющий замкнутую систему пор, обладает большей теплоизоляцией и, соответственно, меньшей теплопроводностью, нежели крупнопористый.

Это очень легко проследить на примере наиболее распространенных в строительстве материалов. На рисунке, представленном ниже, показано каким образом влияет коэффициент теплопроводности и толщина материала на теплозащитные качества наружных ограждений.


Из рисунка видно, что строительные материалы с меньшей плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности.
Однако так бывает не всегда. Например, существуют волокнистые виды теплоизоляции, для которых действует противоположная закономерность: чем меньше плотность материала, тем выше будет коэффициент теплопроводности.

Поэтому нельзя доверять исключительно показателю относительной плотности материала, а стоит учитывать и другие его характеристики.

Теплопроводность чугуна.

Теплопроводность чугуна в большей мере, чем другие физические свойства, зависит от структуры, ее дисперсности и мельчайших загрязнений, т. е. является структурно-чувствительным свойством.

Графитизация повышает теплопроводность; следовательно, элементы увеличивающие степень графитизации и размер графита, повышают, а элементы, препятствующие графитизации и увеличивающие дисперсность структурных составляющих, понижают. Указанное влияние графитизация меньше для шаровидного графита (см. табл. 4).

Форма графита, его выделение и распределение также влияют на теплопроводность. Например, высокопрочный чугун имеет более низкую теплопроводность, чем серый чугун. Теплопроводность чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ) выше, чем у ЧШГ, и близка к λ серого чугуна с пластинчатым графитом.

Высоколегированные чугуны характеризуются, как правило, более низкой теплопроводностью, чем обычные.

Немного истории

Исследования историков позволяют сделать вывод, что медные орудия труда применялись на Ближнем Востоке еще в начале 4 в. до н. э. В конце этого века в Передней Азии люди начали применять первые бронзовые орудия труда. В это же время в Иране появились медные предметы, в которых содержалась примесь олова, а в бронзовых орудиях труда, найденных при раскопках на Кавказе и в Анатолии и относящихся к 3 в. до н. э., была обнаружена примесь мышьяка.

По другим данным, впервые медь начали добывать в это же время на Кипре, отсюда и ее латинское название Cuprum. Медь стала основным металлом для производства орудий труда, охоты, предметов домашней утвари.

Еще древние люди заметили, что если к медной руде добавить олово или цинк, то плавиться смесь начнет при более низкой температуре. Поэтому медный расплав можно было получить прямо на костре.

Наши предки чаще использовали малахитовую руду. Ее не нужно было обжигать. Руду смешивали с углями, помещали в глиняный сосуд и опускали в вырытую в земле яму. Затем смесь в сосуде поджигали. Во время горения выделялся угарный газ, который, являясь катализатором, восстанавливал руду до металла.

Сопротивление коррозии материала зависит от внешней среды и его структуры. Если рассматривать чугун со стороны убывающего электродного потенциала, то его составляющие имеют следующее расположение: графит-цементит, фосфидная эвтектика-феррит.

Следует отметить, что разность потенциалов между графитом и ферритом равняется 0,56 В. В случае увеличения дисперсности, сопротивление коррозии становится меньше. При сильном уменьшении дисперсности происходит обратное действие, сопротивление коррозии уменьшается. На сопротивление чугуна так же влияют легирующие элементы.

Трубы с низким показателем теплоемкости

трубы для водоснабжения из сырья Fusiolen произведенные в Германии.

  • Коэффициент линейного расширения составляет 0,035 мм/м
  • Низкий коэффициент теплопроводности — всего 0.15 Вт/м*K
  • Рабочая температура 95 градусов, давление 10 бар
  • Гарантия 10 лет и 20 миллионов Евро
  • Срок службы до 100 лет (Сертификат DVS)

трубы для водоснабжения из сырья Fusiolen произведенные в Германии.

  • Коэффициент линейного расширения составляет 0,035 мм/м
  • Низкий коэффициент теплопроводности — всего 0.15 Вт/м*K
  • Кислородонепроницаемость по СНиП 41-01-200 и DIN 4726
  • Рабочая температура 95 градусов, давление 10 бар
  • Гарантия 10 лет и 20 миллионов Евро
  • Срок службы до 100 лет (Сертификат DVS)

Как рассчитать теплоемкость продуктов питания

При расчёте емкости питания уравнение примет следующий вид:

  • w – количество воды в продукте;
  • p – количество белков в продукте;
  • f – процентное содержание жиров;
  • c – процентное содержание углеводов;
  • a – процентное содержание неорганических компонентов.

Определим теплоемкость плавленого сливочного сыра Viola. Для этого выписываем нужные значения из состава продукта (масса 140 грамм):

  • вода – 35 г;
  • белки – 12,9 г;
  • жиры – 25,8 г;
  • углеводы – 6,96 г;
  • неорганические компоненты – 21 г.

Затем находим с:

  • с=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908*a)=(4.180*35)+(1.711*12,9)+(1.928*25,8) + (1.547*6,96)+(0.908*21)=146,3+22,1+49,7+10,8+19,1=248 кДж /кг*ºC.

Как показывает опыт, чтобы изменить на одну и ту же величину температуру тел одинаковой массы, но состоящих из разного вещества, требуется разное количество теплоты. Например, чтобы увеличить на 1 °С температуру воды массой 1 кг, требуется количество теплоты, равное 4200 Дж, а для нагревания такой же массы подсолнечного масла требуется 1700 Дж.

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ

Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 1 °С воды большей массы, например 2 кг? Для этого необходимо количество теплоты, равное 8400 Дж. Соответственно для нагревания на 1 °С 2 кг подсолнечного масла также потребуется вдвое большее количество теплоты — 3400 Дж.

Этот вывод справедлив не только для жидкостей. Например, для нагревания 1 кг железа на 1 °С необходимо затратить количество теплоты, равное 460 Дж, а для нагревания 2 кг железа — вдвое большее, т. е. 920 Дж.

Таким образом, количество теплоты, необходимое для нагревания тела до определённой температуры, пропорционально массе этого тела.

Вместе с тем количество теплоты, сообщаемое телу при его нагревании, зависит от того, на сколько градусов мы увеличиваем температуру тела.

Например, если 2 кг воды надо нагреть не на 1 °С, а на 10 °С, то, как показывает опыт, для этого потребуется количество теплоты, в 10 раз большее, т. е. 84 000 Дж. Следовательно, количество теплоты пропорционально также разности между конечной и начальной температурами тела:
Δt = t2 — t1.

Читайте также  Металлическая печь для дачи

С учётом сказанного выражение для количества теплоты, необходимого для нагревания тела массой т на Δt, следует записать в виде
Q = cmΔt, (1)
где с — некоторая величина, характеризующая тепловые свойства тела.

Выясним физический смысл величины с. Если массу тела принять равной единице и изменение температуры тела также равно единице, то по формуле (1) величина с численно равна количеству теплоты:
с = Q / mΔt

Эту величину называют удельной теплоёмкостью вещества. Единица удельной теплоёмкости в СИ — джоуль на килограмм • градус Цельсия (Дж/(кг • °С)).

Например, удельная теплоёмкость серебра равна 250 Дж/(кг • °С). Это означает, что для нагревания серебра массой 1 кг на 1 °С необходимо количество теплоты, равное 250 Дж. Точно такое же (по модулю) количество теплоты будет выделено этой массой серебра при его охлаждении на 1 °С.

Опыты показывают, что удельная теплоёмкость одного и того же вещества может считаться постоянной в широком интервале температур. Однако удельная теплоёмкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, разная. Например, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг • °С), а удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг • °С).

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

В алюминиевой кастрюле, имеющей массу 400 г, находится 2 л воды при температуре 20 °С. Какое количество теплоты необходимо для нагревания воды в кастрюле до 100 °С?

Запишем условие задачи и решим её.

Ответ: Q = 701,44 кДж.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Удельная теплоёмкость. Расчёт количества теплоты».