Меню

Физическая величина единица измерения си количество теплоты объем абсолютная температура



Количество теплоты — формула, уравнения и расчеты

Физика под удельной теплоемкостью понимает количество теплоты, которое термодинамическое вещество или система способно поглотить до повышения температуры.

Определение из учебника говорит, что это количество тепла, необходимое для создания температуры при нагревании.

Количество теплоты

Единица измерения — джоуль. Другой распространенной формой измерения является использование калорий.

Обозначается латинской буквой Q.

Удельная теплоемкость вещества

Это физическая величина, выражающая количество тепла, необходимое веществу на единицу массы для повышения температуры на одну единицу.

Таким образом, удельная теплоёмкость является свойством вещества, поскольку его значение является репрезентативным для каждого вещества, каждое из которых, в свою очередь, имеет различные значения в зависимости от того, в каком состоянии оно находится (жидкое, твердое или газообразное).

Удельная теплоёмкость обозначается маленькой буквой c и измеряется в Дж/кг∗°С, представляет собой коэффициент повышения температуры в одной единице всей системы или всей массы вещества.

Кроме того, удельная теплоёмкость меняется в зависимости от физического состояния вещества, особенно в случае твердых частиц и газов, поскольку его молекулярная структура влияет на теплопередачу в системе частиц. То же самое относится и к условиям атмосферного давления: чем выше давление, тем ниже удельное тепло.

Основной состав удельной теплоты вещества должен быть с = С/m, т. е. удельная теплота равна соотношению калорийности и массы. Однако когда это применяется к данному изменению температуры, говорят о средней удельной теплоемкости, которая рассчитывается на основе следующей формулы:

Q — передача тепловой энергии между системой и средой (Дж);

m — масса системы (кг);

Δt или (t2 — t1) — повышение температуры, которой она подвергается (°C).

Формула для нахождения количества теплоты Q:

Чем выше удельная теплоёмкость вещества, тем больше тепловой энергии потребуется, чтобы его температура повысилась. Например, для нагрева воды (своды = 4200 Дж/кг∗°С) потребуется больше тепловой энергии, чем для нагрева свинца (ссвинца = 140 Дж/кг∗°С).

Уравнение теплового баланса:

Q отданное + Q полученное = 0.

Ниже представлена таблица значений удельной теплоёмкости некоторых веществ:

Примеры решения задач

Следующие задачи покажут примеры расчета необходимого количества теплоты.

Задача №1

Сколько теплоты нужно, чтобы изо льда массой 2 кг, взятого при температуре -10°С, получить пар при 100°С?

Ответ: чтобы изо льда массой 2 кг, взятого при температуре -10°С, получить пар при 100°С, нужно взять 6,162 мегаджоулей теплоты.

Задача №2

В железный котёл массой 5 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100°С?

Начнем решение и отметим, что нагреваться будет и котёл, и вода. Разница температур составит 100 0 С — 10 0 С = 90 0 С. Т. е. и температура котла изменится на 90 градусов, и температура воды также изменится на 90 градусов.

Количества теплоты, которые получили оба объекта (Q1 – для котла и Q2 — для воды), не будут одинаковыми. Мы найдем общее количество теплоты по формуле теплового баланса Q = Q1 + Q2.

Источник

Единицы измерения температуры и количества тепла

Основной единицей измерения температуры был градус Международной температурной шкалы, практически соответствующий градусу Цельсия. Эта величина равна 1/100 температурного интервала между 0 и 100 °С, т. е. между температурами плавления льда и кипения воды при давлении 760 мм рт. ст.

Абсолютной температурой называется температура, отсчитываемая от абсолютного нуля, т. е. от –273,16 °С, и измеряемая в градусах Кельвина (°К). Градус Кельвина по величине не отличается от градуса Цельсия. Поэтому абсолютная температура выражается в градусах стоградусной шкалы следующим образом:

Читайте также:  Как измерить силу тяжести формула

Т, °К = t, °С + 273,16

В системе СИ единицей измерения температуры установлен градус Кельвина. Допускается для выражения практических результатов измерений температуры применение градуса Цельсия наряду с градусом Кельвина, в зависимости от начала отсчета (положения нуля) по шкале.

Пример: 250 ±5 °С = 523,16 ±5 °К.

В системе СИ работа, энергия и количество теплоты измеряются в джоулях (Дж). Иногда применяют более крупную и удобную для практических целей единицу — килоджоуль (кДж), равный 1000 Дж. За единицу работы в СИ принимают работу, совершаемую силой в 1 Н на перемещении в 1 м. Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.

В качестве внесистемных тепловых единиц допускается применение калории и килокалории. Калория — это количество тепла, необходимого для нагрева 1 г воды на 1 °С (от 19,5 до 20,5 °С).

1 кал (калория) = 4,1868 Дж;
1 ккал (килокалория) = 1000 кал = 4186,8 Дж = 4,187 кДж;
1 Мкал (мегакалория) = 10 6 кал = 4,1868 МДж;
1 Гкал (гигакалория) = 10 9 кал = 4186,8 МДж.

Для сравнения при оценке топлива применяется так называемое условное тепло, теплота сгорания которого для расчета принимается условно равной 7 Мкал/кг или 7 Гкал/т. В таких случаях говорят соответственно об 1 кг или 1 т условного топлива (т. у. т.).

Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Для получения информации об условиях сотрудничества, пожалуйста, обращайтесь к сотрудникам ГК «Газовик».

Бесплатная телефонная линия: 8-200-2000-230

© 2007–2021 ГК «Газовик». Все права защищены.
Использование материалов сайта без разрешения владельца запрещено и будет преследоваться по закону.

Источник

Единица измерения количества теплоты

Количеством теплоты или просто теплотой ($Q$) называют внутреннюю энергию, которая без совершения работы передается от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой в процессах теплопроводности или лучеиспускания.

Джоуль — единица измерения количества теплоты в системе СИ

Единицу количества теплоты можно получить из первого начала термодинамики:

\[\Delta Q=A+\Delta U\ \left(1\right),\]

где $A$ — работа термодинамической системы; $\Delta U$ — изменение внутренней энергии системы; $\Delta Q$ — количество теплоты, подводимое к системе.

Из закона (1), а тем более из его варианта для изотермического процесса:

\[\Delta Q=A\ \left(2\right).\]

очевидно, что в Международной системе единиц (СИ) джоуль (Дж) — единица измерения энергии и работы.

Через основные единицы джоуль легко выразить, если использовать определение энергии ($E$) вида:

где $c$ — скорость света; $m$ — масса тела. Исходя из выражения (2), имеем:

С джоулем используют все стандартные приставки системы СИ, обозначающие десятичные дольные и кратные единицы. Например, $1кДж=<10>^3Дж$; 1МДж =$<10>^6Дж$; 1 ГДж=$<10>^9Дж$.

Эрг — единица измерения количества теплоты в системе СГС

В системе СГС (сантиметр, грамм, секунда) теплота измеряется в эргах (эрг). При этом одни эрг равен:

\[1\ эрг=1\ дин\cdot 1\ см.\]

Принимая во внимание то, что:

получаем соотношение между джоулем и эргом:

Калория — единица измерения количества теплоты

В качестве внесистемной единицы измерения количества теплоты используется калория. Одна калория равна количеству теплоты, которое следует передать воде массой один килограмм, чтобы нагреть ее на один градус Цельсия. Соотношение между джоулем и калорией следующее:

\[1кал\approx 4,2\ Дж.\]

Если говорить точнее, то различают:

  • Международную калорию, она равна: \[1\ кал=4,1868\ Дж;;\]
  • термохимическую калорию: \[1\ кал=4,184\ Дж;;\]
  • 15-градусная калория, используемая для термических измерений: \[1\ кал=4,1855\ Дж;;\]

Часто калории используют с десятичными приставками, такими как: ккал (килокалория) $1ккал=<10>^3кал$; Мкал (мегакалория) 1Мкал =$<10>^6кал$; Гкал (гигакалория) 1 Гкал=$<10>^9кал$.

Читайте также:  Измерение переходных сопротивлений масляных выключателей

Иногда килокалорию называют большой калорией или килограмм-калорией.

Примеры задач с решением

Задание. Какое количество теплоты поглощает водород массой $m=0,2$кг при его нагревании от $t_1=0<\rm<>^\circ\!C>$ до $t_2=100<\rm<>^\circ\!C>$ при неизменном давлении? Запишите ответ в килоджоулях.

Решение. Запишем первое начало термодинамики:

\[\Delta Q=A+\Delta U\ \left(1.1\right).\]

Изменение внутренней энергии, если считать водород идеальным газом равно:

\[\Delta U=\frac<2>\frac<\mu >R\Delta T\ \left(1.2\right),\]

где $i=5$ — число степеней свободы молекулы водорода; $\mu =2\cdot <10>^<-3>\frac<кг><моль>$; $R=8,31\ \frac<Дж><моль\cdot К>$; $\Delta T=t_2-t_1$. По условию мы имеем дело с изобарным процессом. Работа в изобарном процессе равна:

Учитывая выражения (1.2) и (1.3) преобразуем первое начало термодинамики для изобарного процесса к виду:

\[\Delta Q=\frac<\mu >R\Delta T\ +\frac<2>\frac<\mu >R\Delta T=\frac<\mu >R\Delta T\left(1+\frac<2>\right)\ \left(1.4\right).\]

Проверим, в каких единицах измеряется теплота, если ее вычислить по формуле (1.4):

\[\Delta Q=\frac<0,2><2•<10>^<-3>>\cdot 8,31\cdot 100\left(1+\frac<5><2>\right)\approx 291\cdot <10>^3\left(Дж\right)=291\ \left(кДж\right).\]

Ответ. $\Delta Q=291\ $ кДж

Задание. Гелий, имеющий массу $m=1\ г$ нагрели на 100 К в процессе, изображенном на рис.1. Какое количество теплоты передано газу? Ответ запишите в единицах системы СГС.

Решение. На рисунке 1 изображен изохорный процесс. Для такого процесса первое начало термодинамики запишем как:

\[\Delta Q=\Delta U\ \left(2.1\right).\]

Изменение внутренней энергии найдем как:

\[\Delta U=\frac<2>\frac<\mu >R\Delta T\ \left(2.2\right),\]

где $i=3$ — число степеней свободы молекулы гелия; $\mu =4\frac<г><моль>$; $R=8,31\cdot <10>^7\ \frac<эрг><моль\cdot К>$; $\Delta T=100\ К.$ Все величины записаны в СГС. Проведем вычисления:

\[\Delta Q=\frac<3><2>\cdot \frac<1><4>\cdot 8,31\cdot <10>^7\cdot 100\approx 3\cdot <10>^9(эрг)\ \]

Ответ. $\Delta Q=3\cdot <10>^9$ эрг

Источник

Проектирование, подбор, поставка, монтаж холодильного и кондиционирующего оборудования

Конвертация физических величин в единицы измерения СИ

В настоящее время общепризнанной во всем мире является международная система измерений СИ (System International). Метрические единицы широко используются как в научных целях, так и в повседневной жизни почти во всех государствах. Исключением являются лишь США, Либерия и Мьянма.

Однако, довольно часто при использовании иностранной литературы (книги, справочники, брошюры, журналы) инженеру приходится сталкиваться с несистемными единицами измерения, такими как фут, градусы по Фаренгейту, фунт и др. Например, в брошюрах, предоставляемых производителем холодильного оборудования Bitzer или Cubigel, холодопроизводительность поршневых и винтовых компрессоров предоставляется в Btu/ч. Опытному специалисту при проектировании холодильных установок не составит особого труда перевести данные величины в единицы измерений системы СИ, не прибегая даже к помощи калькулятора, а вот начинающего конструктора данная задача может слегка обескуражить и в дальнейшем привести к ошибкам при техническом обслуживании холодильной системы.

В глобальной сети Интернет, при желании, можно найти множество сервисов, позволяющих в режиме online преобразовывать физические величины из одних единиц измерения в другие. Но, согласно закону Мерфи (второе название – Закон подлости ), перевести значения величин в метрическую систему нужно всегда в самый неподходящий момент, когда, например, нет доступа к Интернету.

Данная статья призвана:

1) восполнить пробел в знаниях начинающего инженера;

2) помочь ускорить процесс конвертации несистемных физических величин в единицы измерения системы СИ;

3) расширить кругозор знаний всякому читателю блога.

Итак, просветляемся!

1 ft/с = 0,3048 м/с

1 дин = 10 -5 Н

1 кгс/см 2 = 1 ат (атмосфера) = 98066,5 Па = 736,5 мм рт. ст.

по шкале Кельвина: T, K = t, °C + 273,15

1 л/мин = 0,00001667 м 3 /с

Величина Единица
измерения
в СИ
Зависимости
Длина м
(метр)
1 Å (Ангстрем) = 10 -10 м
1 дюйм (inch, сокр. in) = 0,0254 м
1 фут (fееt, сокр. ft) = 12 дюймов = 0,3048 м
1 ярд (yard, сокр. yd) = 3 фута = 0,9144 м
Площадь м 2
(метр
квадратный)
1 in 2 = 0,0006452 м 2
1 ft 2 = 0,0929 м 2
1 yd 2 = 0,8361 м 2
Объем м 3
(метр
кубический)
1 л (литр) = 0,001 м 3
1 in 3 = 0,00001639 м 3
1 ft 3 = 0,02832 м 3 = 28,32 л
1 yd 3 = 0,7646 м 3
1 галлон (gallon, сокр. gal) = 0,0037852 м 3 = 3,7852 л
Масса кг
(килограмм)
1 унция (ounces, сокр. oz) = 0,02835 кг
1 фунт (pound, сокр. lb) = 16 унций = 0,4536 кг
1 ц (центнер) = 100 кг
1 т (тонна) = 1000 кг
1 тонна малая (короткая) [short ton] = 2000 фунтов = 907,185 кг
1 тонна большая (длинная) [long ton] = 2240 фунтов = 1016,05 кг
Время с
(секунда)
1 час = 3600 с
1 сутки = 86400 с
1 год (невысокосный) = 31536000 с
Плоский угол рад
(радиан)
1° (градус) = π/180 рад
1′ (минута) = π/10800 рад
1” (секунда) = π/648000 рад
1 об. (оборот) = 2·π рад = 6,2832 рад
Частота Гц
(Герц)
1 Гц = 1 c -1
1 об/с = 1 Гц
1 об/мин = 0,0167 Гц
Скорость линейная м/с
1 миля/ч = 0,447 м/с
1 км/ч = 0,2778 м/с
Скорость угловая рад/с 1 об/мин = π/30 рад/с
1 об/с = 2·π рад/с
Ускорение линейное м/с 2 1 in/с 2 = 0,0254 м/с 2
1 ft/с 2 = 0,3048 м/с 2
Удельный объем м 3 /кг 1 ft 3 /lb = 0,06243 м 3 /кг
Плотность кг/м 3 1 oz/ft 3 = 1,0 кг/м 3
1 lb/ft 3 = 16,0185 кг/м 3
1 lb/in 3 = 27680,37 кг/м 3
Сила Н
(Ньютон)
1 lbf = 4,45 Н
1 кгс (килограмм-сила) = 9,80665 Н
1 стен = 10 3 Н
Давление Па
(Паскаль)
1 бар = 10 5 Па = 1,0197 кгс/см 2
1 мм вод. ст. = 9,80665 Па
1 мм рт. ст. = 133,32 Па
1 lbf/in 2 = 6894,76 Па
1 lbf/ft 2 = 47,88 Па
Температура К
(Кельвин)
по шкале Фаренгейта: t, °F = (9/5)·t, °C + 32
по шкале Цельсия: t, °C = (5/9)·(t, °F – 32)
по шкале Реомюра: t, °R = 0,8·t, °C
Натяжение поверхностное Н/м 1 кгс/м = 9,81 Н·м
Массовый расход кг/с 1 lb/с = 0,4536 кг/с
1 lb/ч= 0,000126 кг/с
Объемный расход м 3 /с
1 ft 3 /с = 0,02832 м 3 /c
1 in 3 /с = 0,00001639 м 3 /с
Динамический
коэффициент вязкости
Па·с 1 кгс·с/м 2 = 9,81 Па·с
1 П (Пуаз) = 0,1 Па·с
1 lbf·с/ft 2 = 47,88 Па·с
Кинематический
коэффициент вязкости
м 2 /с 1 Ст (Стокс) = 0,0001 м 2 /с
1 ft 2 /с = 0,0929 м 2 /с
1 ft 2 /ч = 334,45 м 2 /с
Коэффициент диффузии м 2 /с 1 ft 2 /с = 0,0929 м 2 /с
Коэффициент вязкости кг/(м·с) 1 lb/(ft·с) = 1,488 кг/(м·с)
Работа, Энергия,
Количество теплоты
Дж
(Джоуль)
1 эрг = 10 -7 Дж
1 lbf·in = 0,113 Дж
1 lbf·ft = 1,3558 Дж
1 кал (калория) = 4,1868 Дж
1 кгс·м = 9,80665 Дж
1 кВт·ч = 860 ккал = 3603,4 кДж
1 Btu (British thermal unit) = 1055,06 Дж
1 pcu (pound cehtigrad unit) = 1899,11 Дж
Мощность,
Тепловой поток,
Холодопроизводительность
Вт
(Ватт)
1 л. с. = 736 Вт
1 ккал/ч = 1,163 Вт
1 lbf·ft/с = 1,356 Вт
Плотность теплового потока
(Теплонапряжение,
Удельная тепловая нагрузка)
Вт/м 2 1 ккал/(м 2 ·ч) = 1,163 Вт/м 2
1 Btu/(ft 2 ·ч) = 3,155 Вт/м 2
1 pcu/(ft 2 ·ч) = 5,678 Вт/м 2
Удельная энтальпия, Удельная теплота
фазового перехода
Дж/кг 1 ккал/кг = 4,1868 кДж/кг
1 Btu/lb = 2325,97 Дж/кг
Удельная массовая теплоемкость,
Удельная энтропия
Дж/(кг·К) 1 ккал/(кг·ºC) = 4,1868 кДж/(кг·K)
1 эрг/(г·ºC) = 0,0001 Дж/(кг·К)
1 Btu/(lb·ºF) = 4,1868 кДж/(кг·K)
Коэффициент теплопроводности Вт/(м·K) 1 ккал/(м·ч·ºC) = 1,163 Вт/(м·K).
1 Btu/(ft·ч·ºF) = 0,962 Вт/(м·K)
1 Btu/(in·ч·ºF) = 11,538 Вт/(м·K)
Коэффициент теплоотдачи
(теплопередачи)
Вт/(м 2 ·K) 1 ккал/(м 2 ·ч·ºC) = 1,163 Вт/(м 2 ·K)
1 Btu/(ft 2 ·ч·ºF) = 3,154 Вт/(м 2 ·K)
1 pcu/(ft 2 ·ч·ºF) = 5,678 Вт/(м 2 ·K)
Коэффициент излучения Вт/(м 2 ·K 4 ) 1 ккал/(м 2 ·ч·K 4 ) = 1,163 Вт/(м 2 ·K 4 )

Во время написания этой статьи, мелькнула мысль посвятить одну из следующих статей использованию приставок («кило», «мега», «милли», «микро») для физических величин.

Если вдруг будут обнаружены ошибки, пожалуйста, не стесняйтесь, – укажите на них!

Источник