Формула расчета тепла: Формула расчета Гкал по отоплению, общие сведения о расчетах Гкал

Разное

Содержание

Формулы расчета платы за отопление в 2017 году

Расчет платы за отопление в многоквартирном доме для жилых и нежилых помещений, коммунальных квартир, а также для жилых домов (домовладений) производится по формулам и методикам, указанным в Приложении № 2 к правилам, утвержденным Постановлением Правительства Российской Федерации от 06.05.2011 № 354.

Выбор методики расчета и формулы зависит от оборудования помещений и самих домов приборами учета на тепловую энергию (общедомовые (коллективные) приборы учета и индивидуальные приборы учета), периода оплаты за отопление, утвержденного в конкретном регионе, а также способа подачи тепловой энергии в дом (централизованная подача тепловой энергии или самостоятельное производство).

С 01 января 2019 года для расчета размера платы за отопление применяются следующие формулы:

Формулы для расчета платы за отопление для жилых и нежилых помещений, расположенных в многоквартирном доме:

Формула №2(3) применяется для расчета размера платы за отопление для жилого или нежилого помещения, расположенного в многоквартирном доме, не оборудованным общедомовым прибором учета тепловой энергии, при осуществлении оплаты за отопление в течение отопительного периода — Ознакомиться

Формула №2(5) применяется для расчета объема тепловой энергии для жилого или нежилого помещения, расположенного в многоквартирном доме, не оборудованным общедомовым прибором учета тепловой энергии, при осуществлении оплаты за отопление в течение отопительного периода — Ознакомиться

Формула №2(4) применяется для расчета размера платы за отопление для жилого или нежилого помещения, расположенного в многоквартирном доме, не оборудованным общедомовым прибором учета тепловой энергии, при осуществлении оплаты за отопление в течение календарного года (12 месяцев) — Ознакомиться

Формула №2(6) применяется для расчета объема тепловой энергии для жилого или нежилого помещения, расположенного в многоквартирном доме, не оборудованным общедомовым прибором учета тепловой энергии, при осуществлении оплаты за отопление в течение календарного года (12 месяцев) — Ознакомиться

Формула №3 применяется для расчета размера платы за отопление при наличии на многоквартирном доме общедомового прибора учета тепловой энергии, и в котором ни одно жилое или нежилое  помещение не оборудовано индивидуальным прибором учета на отопление — Ознакомиться

Формула №3(6) применяется для расчета объема тепловой энергии в жилом или нежилом помещении при наличии на многоквартирном доме общедомового прибора учета тепловой энергии, и в котором ни одно жилое или нежилое  помещение не оборудовано индивидуальным прибором учета на отопление — Ознакомиться

Формула №3(1) применяется для расчета размера платы за отопление при наличии на многоквартирном доме общедомового прибора учета тепловой энергии, и в котором хотя бы одно, но не все жилые или нежилые  помещения, оборудованы индивидуальным прибором учета на отопление — Ознакомиться

Формула №3(7) применяется для расчета объема тепловой энергии в жилом или нежилом помещении при наличии на многоквартирном доме общедомового прибора учета тепловой энергии, и в котором хотя бы одно, но не все жилые или нежилые  помещения, оборудованы индивидуальным прибором учета на отопление — Ознакомиться

Формула №3(3) применяется для расчета размера платы за отопление при наличии на многоквартирном доме общедомового прибора учета тепловой энергии, и в котором все жилые или нежилые  помещения, оборудованы индивидуальным прибором учета на отопление — Ознакомиться

Формулы для расчета платы за отопление для жилого дома (домовладения):

Формула №2 применяется для расчета размера платы за отопление при отсутствии на жилом доме (домовладении) индивидуального прибора учета тепловой энергии, при осуществлении оплаты за отопление в течение отопительного периода — Ознакомиться

Формула №2(1) применяется для расчета размера платы за отопление при отсутствии на жилом доме (домовладении) индивидуального прибора учета тепловой энергии, при осуществлении оплаты за отопление равномерно в течение календарного года (12 месяцев) — Ознакомиться

Формула №3(5) применяется для расчета размера платы за отопление при наличии на жилом доме индивидуального прибора учета тепловой энергии — Ознакомиться

Формула №22 применяется для расчета размера платы за отопление в жилом доме (домовладении) при использовании им земельного участка и расположенных на нем надворных построек, если на жилом доме не установлен индивидуальный прибор учета на отопление.

Формула количества теплоты в физике

Содержание:

Определение и формула количества теплоты

Внутреннюю энергию термодинамической системы можно изменить двумя способами:

  1. совершая над системой работу,
  2. при помощи теплового взаимодействия.

Передача тепла телу не связана с совершением над телом макроскопической работы. В данном случае изменение внутренней энергии вызвано тем,
что отдельные молекулы тела с большей температурой совершают работу над некоторыми молекулами тела, которое имеет меньшую температуру. В этом
случае тепловое взаимодействие реализуется за счет теплопроводности. Передача энергии также возможна при помощи излучения. Система
микроскопических процессов (относящихся не ко всему телу, а к отдельным молекулам) называется теплопередачей. Количество энергии,
которое передается от одного тела к другому в результате теплопередачи, определяется количеством теплоты, которое предано от одного тела другому.

Определение

Теплотой называют энергию, которая получается (или отдается) телом в процессе теплообмена с окружающими телами (средой).
Обозначается теплота, обычно буквой Q.

Это одна из основных величин в термодинамике. Теплота включена в математические выражения первого и второго начал термодинамики.
Говорят, что теплота – это энергия в форме молекулярного движения.

Теплота может сообщаться системе (телу), а может забираться от нее. Считают, что если тепло сообщается системе, то оно положительно.

Формула расчета теплоты при изменении температуры

Элементарное количество теплоты обозначим как $\delta Q$. Обратим внимание,
что элемент тепла, которое получает (отдает) система при малом изменении ее состояния не является полным дифференциалом.
Причина этого состоит в том, что теплота является функцией процесса изменения состояния системы.

Элементарное количество тепла, которое сообщается системе, и температура при этом меняется от Tдо T+dT, равно:

$$\delta Q=C d T(1)$$

где C – теплоемкость тела. Если рассматриваемое тело однородно, то формулу (1) для количества теплоты можно представить как:

$$\delta Q=c m d T=\nu c_{\mu} d T(2)$$

где $c=\frac{C}{m}$ – удельная теплоемкость тела, m – масса тела,
$c_{\mu}=c \cdot \mu$ — молярная теплоемкость,
$\mu$ – молярная масса вещества,
$\nu=\frac{m}{\mu}$ – число молей вещества.

Если тело однородно, а теплоемкость считают независимой от температуры, то количество теплоты
($\Delta Q$), которое получает тело при увеличении его температуры на величину
$\Delta t = t_2 — t_1$ можно вычислить как:

$$\Delta Q=c m \Delta t(3)$$

где t2, t1 температуры тела до нагрева и после. Обратите внимание, что температуры при нахождении разности
($\Delta t$) в расчетах можно подставлять как в градусах Цельсия, так и в кельвинах.

Формула количества теплоты при фазовых переходах

Переход от одной фазы вещества в другую сопровождается поглощением или выделением некоторого количества теплоты,
которая носит название теплоты фазового перехода.

Так, для перевода элемента вещества из состояния твердого тела в жидкость ему следует сообщить количество теплоты
($\delta Q$) равное:

$$\delta Q=\lambda d m$$

где $\lambda$ – удельная теплота плавления, dm – элемент массы тела.
При этом следует учесть, что тело должно иметь температуру, равную температуре плавления рассматриваемого вещества.
При кристаллизации происходит выделение тепла равного (4).

Количество теплоты (теплота испарения), которое необходимо для перевода жидкости в пар можно найти как:

$$\delta Q=r d m$$

где r – удельная теплота испарения. При конденсации пара теплота выделяется. Теплота испарения равна теплоте конденсации одинаковых масс вещества.

Единицы измерения количества теплоты

Основной единицей измерения количества теплоты в системе СИ является: [Q]=Дж

Внесистемная единица теплоты, которая часто встречается в технических расчетах. [Q]=кал (калория). 1 кал=4,1868 Дж.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Какие объемы воды следует смешать, чтобы получить 200 л воды при температуре t=40С, если температура
одной массы воды t1=10С, второй массы воды t2=60С?

Решение. Запишем уравнение теплового баланса в виде:

$$Q=Q_{1}+Q_{2}(1.1)$$

где Q=cmt – количество теплоты приготовленной после смешивания воды; Q1=cm1t1
количество теплоты части воды температурой t1 и массой m1;
Q2=cm2t2— количество теплоты части воды температурой t2 и массой m2.

Из уравнения (1.1) следует:

$$
\begin{array}{l}
\mathrm{cmt}=\mathrm{cm}_{1} t_{1}+\mathrm{~cm}_{2} t_{2} \rightarrow \mathrm{mt}=\mathrm{m}_{1} t_{1}+\mathrm{~m}_{2} t_{2} \rightarrow \\
\rightarrow \rho \mathrm{Vt}=\rho V_{1} t_{1}+\rho \mathrm{V}_{2} t_{2} \rightarrow \mathrm{Vt}=V_{1} t_{1}+V_{2} t_{2}(1.2)
\end{array}
$$

При объединении холодной (V1) и горячей (V2) частей воды в единый объем (V) можно принять то, что:

$$$
V=V_{1}+V_{2}(1.3)
$$$

Так, мы получаем систему уравнений:

$$
\left\{\begin{array}{c}
V t=V_{1} t_{1}+V_{2} t_{2} \\
V=V_{1}+V_{2}
\end{array}\right.
$$

Решив ее получим:

$$
\begin{array}{l}
V_{1}=\frac{\left(t_{2}-t\right)}{t_{2}-t_{1}} V \\
V_{2}=\frac{\left(t-t_{1}\right)}{t_{2}-t_{1}} V
\end{array}
$$

Проведем вычисления (это можно сделать, не переходя в систему СИ):

$$
\begin{array}{l}
V_{1}=\frac{(60-40)}{60-10} 200=80 \text { (л) } \\
V_{2}=\frac{(40-10)}{60-10} 200=120 \text { (л) }
\end{array}
$$

Ответ. V1=80 л, V2=120 л.

Слишком сложно?

Формула количества теплоты не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание.{*}\right)
\end{array}
$$

Ответ. $\Delta Q$=1700 Дж

Читать дальше: Формула напряженности магнитного поля.

Тепловой расчет системы отопления — определяем нагрузку на систему и расход тепла

Тепловой расчёт системы отопления большинству представляется легким и не требующим особого внимания занятием. Огромное количество людей считают, что те же радиаторы нужно выбирать исходя из только площади помещения: 100 Вт на 1 м.кв. Всё просто. Но это и есть самое большое заблуждение. Нельзя ограничиваться такой формулой. Значение имеет толщина стен, их высота, материал и многое другое. Конечно, нужно выделить час-другой, чтобы получить нужные цифры, но это по силам каждому желающему.

Исходные данные для проектирования системы отопления

Чтобы произвести расчет расхода тепла на отопление, нужен, во-первых, проект дома.

План дома позволяет получить практически все исходные данные, которые нужны для определения теплопотерь и нагрузки на отопительную систему

Он должен содержать внутренние и наружные размеры каждого помещения, окон, наружных дверных проёмов. Внутренние двери остаются без внимания, поскольку на тепловые потери они не оказывают никакого влияния.

Во-вторых, понадобятся данные о расположении дома по отношению к сторонам света и районе строительства – климатические условия в каждом регионе свои, и то, что подходит для Сочи, не может быть применено к Анадырю.

В-третьих, собираем информацию о составе и высоте наружных стен и материалах, из которых изготовлены пол (от помещения до земли) и потолок (от комнат и наружу).

После сбора всех данных можно приступать к работе. Расчет тепла на отопление можно выполнить по формулам за один-два часа. Можно, конечно, воспользоваться специальной программой от компании Valtec.

Для расчёта теплопотерь отапливаемых помещений, нагрузки на систему отопления и теплоотдачи от отопительных приборов в программу достаточно внести только исходные данные. Огромное количество функций делают её незаменимым помощником и прораба, и частного застройщика

Она значительно всё упрощает и позволяет получить все данные по тепловым потерям и гидравлическому расчету системы отопления.

Формулы для расчётов и справочные данные

Расчет тепловой нагрузки на отопление предполагает определение тепловых потерь(Тп) и мощности котла (Мк). Последняя рассчитывается по формуле:

Мк=1,2* Тп, где:

  • Мк – тепловая производительность системы отопления, кВт;
  • Тп – тепловые потери дома;
  • 1,2 – коэффициент запаса (составляет 20%).

Двадцатипроцентный коэффициент запаса позволяет учесть возможное падение давления в газопроводе в холодное время года и непредвиденные потери тепла (например, разбитое окно, некачественная теплоизоляция входных дверей или небывалые морозы). Он позволяет застраховаться от ряда неприятностей, а также даёт возможность широкого регулирования режима температур.

Как видно из этой формулы мощность котла напрямую зависит от теплопотерь. Они распределяются по дому не равномерно: на наружные стены приходится порядка 40% от общей величины, на окна – 20%, пол отдаёт 10%, крыша 10%. Оставшиеся 20% улетучиваются через двери, вентиляцию.

Плохо утеплённые стены и пол, холодные чердак, обычное остекление на окнах — всё это приводит к большим потерям тепла, а, следовательно, к увеличению нагрузки на систему отопления. При строительстве дома важно уделить внимание всем элементам, ведь даже непродуманная вентиляция в доме будет выпускать тепло на улицу

Материалы, из которых построен дом, оказывают самое непосредственное влияние на количество потерянного тепла. Поэтому при расчётах нужно проанализировать, из чего состоят и стены, и пол, и всё остальное.

В расчётах, чтобы учесть влияние каждого из этих факторов, используются соответствующие коэффициенты:

  • К1 – тип окон;
  • К2 – изоляция стен;
  • К3 – соотношение площади пола и окон;
  • К4 – минимальная температура на улице;
  • К5 – количество наружных стен дома;
  • К6 – этажность;
  • К7 – высота помещения.

Для окон коэффициент потерь тепла составляет:

  • обычное остекление – 1,27;
  • двухкамерный стеклопакет – 1;
  • трёхкамерный стеклопакет – 0,85.

Естественно, последний вариант сохранит тепло в доме намного лучше, чем два предыдущие.

Правильно выполненная изоляция стен является залогом не только долгой жизни дома, но и комфортной температуры в комнатах.  В зависимости от материала меняется и величина коэффициента:

  • бетонные панели, блоки – 1,25-1,5;
  • брёвна, брус – 1,25;
  • кирпич (1,5 кирпича) – 1,5;
  • кирпич (2,5 кирпича) – 1,1;
  • пенобетон с повышенной теплоизоляцией – 1.

Чем больше площадь окон относительно пола, тем больше тепла теряет дом:

Соотношение площади окон к площади пола Значение коэффициента
10% 0,8
10-19% 0,9
20% 1,0
21-29% 1,1
30% 1,2
31-39% 1,3
40% 1,4
50% 1,5

Температура за окном тоже вносит свои коррективы. При низких показателях теплопотери возрастают:

  • До -10С – 0,7;
  • -10С – 0,8;
  • -15C — 0,90;
  • -20C — 1,00;
  • -25C — 1,10;
  • -30C — 1,20;
  • -35C — 1,30.

Теплопотери находятся в зависимости и от того, сколько внешних стен у дома:

  • четыре стены – 1,33;%
  • три стены – 1,22;
  • две стены – 1,2;
  • одна стена – 1.

Хорошо, если к нему пристроен гараж, баня или что-то ещё.  А вот если его со всех сторон обдувают ветра, то придётся покупать котёл помощнее.

Количество этажей или тип помещения, которые находится над комнатой определяют коэффициент К6 следующим образом: если над дом имеет два и более этажей, то для расчётов берём значение 0,82, а вот если чердак, то для теплого – 0,91 и 1 для холодного.

Что касается высоты стен, то значения будут такими:

  • 4,5 м – 1,2;
  • 4,0 м – 1,15;
  • 3,5 м – 1,1;
  • 3,0 м – 1,05;
  • 2,5 м – 1.

Помимо перечисленных коэффициентов также учитываются площадь помещения (Пл) и удельная величина теплопотерь (УДтп).

Итоговая формула для расчёта коэффициента тепловых потерь:

Тп = УДтп * Пл * К1 * К2 * К3 * К4 * К5 * К6 * К7.

Коэффициент УДтп равен 100 Ватт/м2.

Разбор расчетов на конкретном примере

Дом, для которого будем определять нагрузку на систему отопления, имеет двойные стеклопакеты (К1 =1), пенобетонные стены с повышенной теплоизоляцией (К2= 1), три из которых выходят наружу (К5=1,22). Площадь окон составляет 23% от площади пола (К3=1,1), на улице около 15С мороза (К4=0,9). Чердак дома холодный (К6=1), высота помещений 3 метра (К7=1,05). Общая площадь составляет 135м2.

Исходные данные известны, значит дальше всё как в школе: подставляет в формулу цифры и получаем ответ:

Пт = 135*100*1*1*1,1*0,9*1,22*1*1,05=17120,565 (Ватт) или Пт=17,1206 кВт

Теперь можно рассчитать мощность отопительной системы:

Мк=1,2*17,1206=20,54472 (кВт).

Расчёт нагрузки и теплопотерь можно выполнить самостоятельно и достаточно быстро. Нужно всего потратить пару часов на приведение в порядок исходных данных, а потом просто подставить значения в формулы. Цифры, которые вы в результате получите помогут определиться с выбором котла и радиаторов.

Оцените статью:

Поделитесь с друзьями!

Расчет тепловой мощности прибора для отопления Теплота Харьков

Формула расчета мощности теплового обогревателя исходя из площади помещения и желаемой температуры. Данная статья поможет самостоятельно рассчитать мощность тепловентилятора, конвектора, радиатора, тепловой завесы или общую мощность для отопления дома.

Расчет тепловой мощности обогревательного прибора.

Для расчета мощности любого обогревательного прибора в конкретно взятом помещении, вам необходимо знать некоторые характеристики данного места:

• V – Объем нагреваемого помещения, (ширина х длина х высота) в м3.

• Т – Температурная разница между наружной температурой воздуха и желаемой температурой внутри помещения в °C

• К – Коэффициент теплового рассеивания, который можно подобрать, исходя из характеристик помещения.

          — К = 0,6 — 0,9 – помещения с очень высокой теплоизоляцией стен, пола и крыши, с небольшой площадью окон. Очень хорошая теплоизоляция

          — К = 1,0 – 1,9 — стандартная жилая конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей. Данное помещение можно охарактеризовать, как — Средняя теплоизоляция.

          — К = 2,0 – 2,9 – упрощенная конструкция, одинарная кирпичная кладка, слабо утепленная крыша, большая площадь окон – Теплоизоляция ниже среднего.

          — К = 3,0 – 4,0 – деревянная, либо металлическая конструкция. Без теплоизоляции. 

 

Благодаря этим данным, мы сможем узнать ккал/ч нужно потратить для обогрева помещения исходя из заданных значений. Применяем формулу расчета тепловой мощности:

Полученное значение, для перевода в обычные кВт/ч нужно разделить на 860, т.к. известно, что 1 кВт = 860 ккал/ч

 

Пример расчета тепловой мощности тепловентилятора

V – Ширина 4 м, Длина 6 м, Высота 3 м. Объем обогреваемого помещения 72 м3

T– Температура воздуха снаружи -5C Требуемая температура внутри помещения +23°C. Разница между температурами внутри и снаружи +28°C

K – Этот коэффициент зависит от типа конструкции и изоляции помещения, в нашем случае это обычная квартира с К = 1,5

Итак, требуемая тепловая мощность:

72х28х1,5=3024 ккал/ч (VxTxK = ккал/ч)

3024/860=3,52 кВт/ч (ккал/ч / 860 = кВт/ч)

 

Теперь можно приступить к выбору теплового прибора для данной комнаты. Это может быть тепловентилятор, тепловая пушка, тепловой насос, тепловая завеса или другой прибор отопления мощностью 3,5 кВт.

Разъяснения письма Минстроя Росси от 20 марта 2019 года №9703-ОО/06 по расчетам за отопление в многоквартирных домах


В последнее время к нам обращается большое количество граждан и руководителей ТСЖ, ТСН, ЖСК с вопросом о правильных расчетах за отопление по приборам учета, которые установлены не во всех жилых и нежилых помещениях многоквартирных домов (МКД) и при этом эти МКД оборудованы индивидуальными тепловыми пунктами (ИТП), подключенными через тепловую сеть к централизованной системе отопления от одного источника, (например, ТЭЦ или Центральной котельной), в которых производится услуга по изготовлению в теплообменниках горячей воды и также снабжения теплоносителем системы отопления МКД путем нагрева холодной воды теплоносителем.


Если на объектах МКД установлены индивидуальные приборы учета тепловой энергии – счетчики тепла или вычислители тепла FHKV dataIII и FHKV radio4 (показания в кВтч, что подтверждается выданным Свидетельством на утверждение типа средства измерений), и все объекты оборудованы как общедомовыми приборами учета тепловой энергии, так и индивидуальными приборами учета тепла, то расчет за отопление следует вести с учетом фактических показаний индивидуальных приборов учета в соответствии с  постановлением КС РФ №30-П от 10.07.2018 и абз. 4 п.42(1) «Правил предоставления коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов» ПП РФ №354 (далее Правила), формулы 3(3) Приложения 2.


В письме Минстроя РФ от 20.03.2019 №9703-ОО/06 заместитель директора Департамента ЖКХ О.А.Олейникова истолковывает положения Постановления КС РФ №30-П от 10.07.2018, заявляя, что положения этого постановления «не распространяются на регулирование отношений по оплате коммунальных ресурсов, потребляемых в многоквартирных домах (МКД) с децентрализованной системой отопления и (или) горячего водоснабжения.»


«В случае, если индивидуальные (квартирные) приборы учета тепловой энергии установлены во всех жилых и нежилых помещениях в МКД, в котором прибор учета тепловой энергии установлен на оборудовании, входящем в состав общего имущества в МКД с использованием которого была произведена коммунальная услуга по отоплению, размер платы за коммунальную услугу по отоплению, предоставляемую за расчетный период в i-м жилом помещении (квартире) или в нежилом помещении МКД, определяется по формуле 18(1) Приложения №2 к Правилам №354».


«В случае, если индивидуальные (квартирные) приборы учета тепловой энергии установлены не во всех жилых и нежилых помещениях в МКД, размер платы за коммунальную услугу по отоплению, предоставляемую за расчетный период в i-м жилом помещении(квартире) или нежилом помещении в МКД, определяется по формуле 18 Приложения №2 к Правилам№354».


Иными словами в МКД, где всего один собственник не установил ИПУ тепла, граждане с исправными ИПУ тепла по мнению Минстроя РФ будут платить по формуле 18 за отопление по кв.м без учета показаний ИПУ тепла! Минстрой опять и опять дискриминирует законопослушных граждан, заставляя их платить за отопление нерачительных жильцов, не экономящих тепловую энергию и не проводящих мероприятий по энергосбережению в квартирах.


Эти разъяснения противоречат Постановлению КС РФ от 10.07.2018 №30-П.


Минстрой России и Правительство РФ почему-то «забыли» изменить формулы 18 и 18(1) Правил, которые сами по себе противоречат постановлению КС РФ от 10.07.2018 №30-П и логике расчетов за отопление в МКД, в которых не все квартиры и помещения оборудованы приборами учета тепла, определенных формулами 3(1), 3(6) Приложения №2 к Правилам№354!


Статья 79 «Юридическая сила решения» Федерального конституционного закона от 21.07.1994 N 1-ФКЗ (ред. от 29.07.2018) «О Конституционном Суде Российской Федерации» гласит:


 «Решение Конституционного Суда Российской Федерации действует непосредственно и не требует подтверждения другими органами и должностными лицами.»


Статья 106 «Обязательность толкования Конституции Российской Федерации» Федерального конституционного закона от 21.07.1994 N 1-ФКЗ (ред. от 29.07.2018) «О Конституционном Суде Российской Федерации» гласит:


«Толкование Конституции Российской Федерации, данное Конституционным Судом Российской Федерации, является официальным и обязательным для всех представительных, исполнительных и судебных органов государственной власти, органов местного самоуправления, предприятий, учреждений, организаций, должностных лиц, граждан и их объединений.»


По нашему и многих граждан убеждению, чиновница Минстроя России явно превысила свои полномочия, истолковывая Постановление Конституционного Суда РФ.


Правда в конце письма есть абзац, поясняющий, что письма Минстроя «не содержат правовых норм, являются позицией Минстроя России, не направлены на установление, изменение или отмену правовых норм, а содержащиеся в них разъяснения не могут рассматриваться в качестве общеобязательных государственных предписаний постоянного или временного характера»!


То есть, это письмо не может использоваться Управляющими компаниями, ТСЖ, ЖКС, ТСН и ресурсоснабжающими организациями для расчетов для платы за отопление в МКД, снабженных индивидуальными тепловыми пунктами (ИТП), входящими в состав МКД.


Формулы 3(1), 3(6), 3(7), 18, 18(1) Правил не соответствуют Постановлениям КС РФ от 10.07.2018 №30-П и от 20.12.2018 №46-П.


В этой ситуации при расчетах за отопление граждане, Управляющие компании, ТСЖ, ЖКС, ТСН и ресурсоснабжающие организации должны пользоваться формулой 3(3) Приложения №2 к Правилам№354!


Между прочим, положения абзаца 7 п.42(1) ПП РФ №354 применяются и к распределителям тепла, которые прямо упомянуты в данном пункте. Формулы для расчетов по ним приведены в Приложении 2 форм 6 и 6(1):


«Размер платы за коммунальную услугу по отоплению в оборудованном распределителями i-м жилом помещении (квартире) или нежилом помещении в многоквартирном доме, оборудованном коллективным (общедомовым) прибором учета тепловой энергии, корректируется в случаях, предусмотренных пунктом 42(1) Правил, на величину, определенную по формуле 6» и корректируется по форм.6(1).


«В случаях, предусмотренных пунктом 42(2) Правил, размер платы за коммунальную услугу по отоплению в i-м помещении (жилом или нежилом) в многоквартирном доме или в жилом доме корректируется по формуле 6(1):»


 


П.54 ПП РФ №354 гласит, что в случае самостоятельного производства исполнителем коммунальной услуги по отоплению и (или) горячему водоснабжению (при отсутствии централизованных теплоснабжения и (или) горячего водоснабжения) с использованием оборудования, входящего в состав общего имущества собственников помещений в многоквартирном доме, расчет размера платы для потребителей за такую коммунальную услугу осуществляется исполнителем исходя из объема коммунального ресурса (или ресурсов), использованного в течение расчетного периода при производстве коммунальной услуги по отоплению и (или) горячему водоснабжению (далее — использованный при производстве коммунальный ресурс), и тарифа (цены) на использованный при производстве коммунальный ресурс.


 По определению (например, в соответствии с п.3.7. ГОСТ Р 56501-2015) индивидуальный тепловой пункт (ИТП) — это совокупность трубопроводов, устройств, приборов, автоматики и оборудования, технологически соединенных между собой и обеспечивающих соединение централизованной  тепловой сети РСО с внутридомовой системой теплоснабжения многоквартирного дома.


То есть, ИТП не производит тепловой энергии, а только распределяет на отопление и горячее водоснабжение тепловую энергию, произведенную в котельной/ ТЭЦ генерирующей компании или  РСО и  полученную в МКД, оборудованном ИТП от сети РСО и источника производства тепловой энергии.


О самостоятельном производстве тепловой энергии идет речь, когда объект (МКД) отдельно снабжается первичными ресурсами для генерации, например, газом и холодной водой, из которых отдельно для данного здания самим исполнителем услуг производится тепловая энергия в котлах домовой котельной.


 Если в МКД установлены индивидуальные приборы учета тепловой энергии, например, вычислители тепла FHKV data III /radio4, необходимо вести расчет по фактическому потреблению, с учетом показаний в кВтч этих приборов. Законность данной позиции в июне 2019г была подтверждена, в том числе, Красногвардейским районным судом Санкт-Петербурга.  


Установленные законодательством РФ сертификаты на вычислители тепла находятся в открытом доступе, в том числе на нашем сайте http://www.techemenergy.ru/catalog/teplovaya-energiya/vychislitel-tepla-fhkv-radio4/. 


Принятые Правительством РФ формулы 3, 3(1), 3(6), 3(7) в Правила предоставления коммунальных услуг для собственников помещений в МКД и жилых домов (ПП РФ от 06.05.2011года №354) противоречит части 1 статьи 37, части 2 статьи 39 ЖК РФ, обязывающих собственников помещений в МКД платить за расходы ресурсов на содержание общих помещений, включая отопление общих помещений, а также принятым Конституционным Судом РФ постановлениям №30 от 10.07.2018 и №46 от 20.12.2018 года требованиям к Правительству РФ и Федеральному законодателю по внесению изменений в ч.1 ст.157 ЖК РФ и формул расчетов за отопление по индивидуальным приборам учета тепловой энергии, соответствующих принципам справедливости, на самом деле не позволяют даже приблизительно рассчитать объем потребленного тепла в необорудованных индивидуальными и (или) общими (квартирными) приборами учета тепловой энергии. Зависимость такого расчета от помещений, оборудованных ИПУ – надуманная и противоречит здравому смыслу и справедливости.


Кроме того, такой расчет позволяет собственникам необорудованных индивидуальными и (или) общими (квартирными) приборами учета тепловой энергии квартирам, фактически путем бездействия и непринятия мер к установке ИПУ тепла, платить существенно меньше своего фактического потребления, тогда как собственники помещений с ИПУ тепла и индивидуальными квартирными источниками тепла (ИИТЭ) оплачивают и свое фактическое потребление тепловой энергии с долей на отопление общих помещений в МКД и существенную часть потребления собственников помещений, не оборудованных ИПУ тепла и ИИТЭ.


Чтобы не нарушать принципы справедливости, правовой определенности, соразмерности ограничений прав и свобод, а также баланса конституционно значимых ценностей, публичных и частных интересов без перекоса в сторону производителей тепловой энергии при расчетах за отопление, на граждан, которые не имеют индивидуальных приборов учета тепла, должны распределяться не результаты теплопотребления экономных граждан с ИПУ тепла и ИИТЭ, а как раз разницу между общим потреблением тепловой энергии по ОДПУ тепла и суммой потребления всех жилых и нежилых помещений, оборудованных ИПУ тепла и ИИТЭ, включающих суммы показаний индивидуальных приборов учета и доли каждого помещения на содержание общих помещений в МКД (доли ОДН за отопление).


В этой связи действия ТСЖ, ЖК, ЖСК, обеспечивающих оказание услуг отопления в МКД и общих собраний граждан в МКД, обслуживаемых управляющими компаниями (УК) и ресурсоснабжающими организациями (РСО) следующие:   


  1. Собственники дома проводят общее собрание по правилам ЖК РФ с повесткой о справедливом расчете за отопление. По итогам принимается решение проводить расчеты за отопление по исправленным формулам в Правилах предоставления коммунальных услуг (см.ниже формулы 3(12) — 3(14)). Принимают правила расчета за тепло с учетом показаний ИПУ тепла и кто это осуществляет, например, каждый собственник или их представитель или ТСЖ, ЖСК, ЖК или РСО или УК (при наличии письменной договоренности с РСО и УК). А также принимают решение о ежемесячном предоставлении инициативной группе от УК данных о потреблении тепла определенного ОДПУ тепла в Гкал на следующий день по окончании каждого месяца отопительного периода, а также общую площадь жилых и нежилых помещений, площадь общих помещений, площадь каждого жилого и нежилого помещений. Данное решение предоставить под роспись или заказным письмом с уведомлением. УК обязана представить данные в течение суток.


  2. По получении собственниками данных о коллективном потреблении тепла за месяц и площадей в МКД по п.1 по уточненным формулам вычисляют потребление квартир и помещений, оснащенных ИПУ тепла и ИИТЭ. В них полученную долю квартиры, израсходованную на отопление общих помещений в Гкал, складывают с суммой потребления по ИПУ тепла в кВтч с пересчетом в Гкал и получают сумму платежа за отопление по каждой квартире, оснащенной ИПУ тепла и ИИТЭ.


  3. Плату за отопление квартир, не оснащенных ИПУ тепла, рассчитывают следующим образом. Из коллективного потребления тепла на отопление в расчетном периоде всем МКД, определенного по ОДПУ тепла, вычитается сумма потребления тепла всеми квартирами, оборудованными ИПУ тепла и ИИТЭ, а полученное количество тепловой энергии распределяется пропорционально площади квартир, не оснащенных ИПУ тепла.


  4. Полученные суммы потребления тепла в Гкал по квартирам умножаем на тарифную ставку тепловой энергии в руб/Гкал. Оформляем протокол распределения ежемесячно и высылаем УК заказным письмом с уведомлением.


  5. Оплачиваем за отопление сумму, рассчитанную ТСЖ, ЖК, ЖСК или собственниками и внесенную в протокол. Не платим сумму по квиткам от УК и РСО за тепло, рассчитанное для помещений с ИПУ и ИИТЭ по неверным формулам 3, 3(1), 3(6) и 3(7) из Правил предоставления коммунальных услуг или пропорционально площадям помещений.


До изменения формул 3, 3(1), 3(6) и 3(7), 18 и 18(1) из Правил, гражданам необходимо принять на общем собрании собственников верные формулы справедливого определения потребления тепловой энергии в жилых и нежилых помещениях, часть которых, но не все, оборудованы счётчиками (ИПУ) тепла, и часть помещений, но не все, не оборудованы счетчиками тепловой энергии.


Если в МКД, подключенном к центральному отоплению, установлен коллективный прибор учета тепловой энергии и не все помещения оборудованы ИПУ тепла, тогда плата за отопление в помещениях, оборудованных ИПУ тепла, определяется по формуле 3(12):


 


                                       (Vд — ∑Vi пр) × Sои


Рi пр цо = (Vi пр + —————————— × Si пр) × Tт,                                    3(12)


                                        (Sоб + Sои) × Sоб


 


Для помещений в МКД, не оборудованных ИПУ тепла, плата за отопление определяется по формуле 3(13):


                                                                        Sj


P j бпр цо = (Vд — ∑(Vi пр + Vi одн))× ————— × Тт,                                       3(13)


                                                                  ∑Sj цо бпр


 


где


∑(Vi пр + Vi одн) – объем потребления тепловой энергии всех помещений, оборудованных ИПУ тепла по их показаниям Vi пр с их долей объема Vi одн потребления тепловой энергии на отопление общих помещений МКД;


Si пр – площадь жилого или нежилого помещения, которое оборудовано индивидуальными приборами учёта;


Sj — площадь жилого или нежилого помещения, которое не оборудовано индивидуальными приборами учёта;


 


∑Sj цо бпр – сумма площадей жилых или нежилых помещений, которые не оборудованы индивидуальными приборами учёта;


Vд — общедомовое теплопотребление многоквартирного дома на отопление МКД по показаниям коллективного (общедомового) прибора учёта тепла за расчётный период;


∑Vi пр – объем теплопотребления всех жилых или нежилых помещений, которые оборудованы индивидуальными приборами учета, определенный исходя из показаний таких приборов;


 


∑Vi бпр – объем теплопотребления всех жилых или нежилых помещений, которые не оборудованы индивидуальными приборами учета, определенный исходя из показаний таких приборов;


Sоб – общая площадь жилых и нежилых помещений многоквартирного дома;


Sои – суммарная площадь общих помещений;


Тт — тариф на тепловую энергию.


 


Всегда соблюдается условие равенства всех платежей платежам по коллективному прибору учета тепловой энергии:


∑Р i пр + ∑P j бпр = Vд×Тт .                                                                3(10)


Формула 18 из приложения №2 Правил вообще удаляется и вместо нее для случая оборудования не всех жилых и нежилых помещений приборами учета тепла используются формулы 3(12) для помещений оборудованных приборами учета тепла и 3(13) – для помещений, не оборудованных приборами учета тепла. Вместо Vд ставится Vдот — общедомовое теплопотребление многоквартирного дома с ИТП на отопление, определяемое по показаниям коллективного (общедомового) прибора учёта тепла за расчётный период за вычетом части тепловой энергии     V отгв, употребленной на изготовление горячей воды, по формуле 3(14) :


от = Vд — V отгв                                                                                   3(14)


V отгв определяется по показаниям теплосчетчика, установленного дополнительно в ИТП для учета тепла, расходуемого на подготовку горячей воды, а при его отсутствии по нормативу, утверждаемому в соответствии с Правилами.


В случае оборудования всех помещений МКД приборами учета тепла формула 18(1) Правил заменяется формулой 3(3), в которой вместо Vд ставится Vдот — общедомовое теплопотребление многоквартирного дома с ИТП на отопление по формуле 3 (14).


Приведенные в статье формулы Правил соответствуют Постановления Конституционного Суда РФ №30-П от 10.07.2018 и №46 от 20.12.2018, проверены, полностью сочетаются между собой и проверка по платежам сходится в ноль без остатка.


 


Если в МКД есть помещения, оборудованные ИИТЭ, то формулы расчетов будут другими, поскольку их собственники обязаны платить за отопление в соответствии с Постановлением КС РФ от 20.12.2019 №46 только свою долю от расходов на отопление общих помещений в МКД.


Обращайтесь и мы предоставим вам эти формулы.


 


Генеральный директор ООО «Техем»


Канд.техн.наук


А.В.Алексеев


+7 495 363 15 44


www.techemenergy.ru


[email protected]

2. Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела

На практике часто приходится проводить различные тепловые расчёты. Например, при строительстве зданий необходимо учитывать, какое количество теплоты должна отдавать зданию вся система отопления, и какое количество теплоты будет уходить в окружающее пространство через окна, стены, двери.

 

Выведем формулу для расчёта количества теплоты, необходимого для нагревания некоторого вещества массой m на разность температур Δt=tконечная−tначальная.

 

Чтобы нагреть некоторое вещество массой \(1\) кг на \(1\)°C, необходимо затратить количество теплоты, равное удельной теплоёмкости \(с\) данного вещества, то есть в данном случае:

 

Q=c.

 

Если масса нагреваемого вещества в m раз больше, то и необходимое количество теплоты также в m раз больше:

 

Q=cm.

 

Аналогично, если разность температур вещества не \(1\)°C, а в Δt=tконечная−tначальная раз больше, то и теплоты понадобится в Δt=tконечная−tначальная раз больше.

 

Количество теплоты, получаемое веществом при нагревании, прямо пропорционально удельной теплоёмкости вещества, его массе и разности температур, то есть:

 

Q=cmΔt

 

или

 

Q=cmtкон−tнач.

Обрати внимание!

Данная формула даёт возможность найти и выделяемую при охлаждении вещества теплоту.

Чтобы рассчитать количество теплоты, необходимое для нагревания вещества (или выделяемое им при охлаждении), следует удельную теплоёмкость вещества умножить на его массу и на разность между конечной и начальной температурой вещества.

Так как конечная температура остывающего вещества меньше его начальной температуры:

 

tкон<tнач,

 

то изменение температуры оказывается отрицательным числом:

 

tкон−tнач<0.

 

Значит, и выделяемое веществом количество теплоты выражается отрицательным числом:

 

Qотданное<0.

 

Последний факт обозначает не рост, а убыль внутренней энергии вещества.

Источники:

 

Пёрышкин А.В. Физика, 8 кл.: учебник. — М.: Дрофа, 2013. — 237 с.

Исаченкова Л.А. Физика, 8 кл.: учебник. — Мн.: Народная асвета, 2015. — 183 с.

Расчет кВт на ГВС | Планета Решений

Источник: Внутренние санитарно-технические устройства, Справочник проектировщика, часть 2, формула 10.7
Средний часовой расход ГВС, м3/ч
Максимальный часовой расход ГВС, м3/ч
Начальная температура воды, град
Конечная температура воды, град
Наличие изоляции стояков c изолированными стояками:c неизолированными стояками:
Наличие наружных сетей при наличии наружных сетей горячего водоснабжения после ЦТП (на балансе потребителя)без наружных сетей горячего водоснабжения
Наличие полотенцесушителя без полотенцесушителейс полотенцесушителями
Коэффициент, учитывающий потери тепла, Ктп

VALUE

Максимальный часовой поток теплоты, кВт

0

Тепловой поток, Гкалл

0

c изолированными стояками:

2

c неизолированными стояками:

1

Тип системы горячего водоснабжения Коэффициент, учитывающий потери тепла, Ктп
при наличии наружных сетей горячего водоснабжения после ЦТП (на балансе потребителя) без наружных сетей горячего водоснабжения
c изолированными стояками

2

без полотенцесушителей 0.15 0.1
с полотенцесушителями 0.25 0.2
c неизолированными стояками
без полотенцесушителей 0.25 0.2
с полотенцесушителями 0.35 0.3

Калькулятор удельной теплоемкости

Этот калькулятор удельной теплоемкости представляет собой инструмент, который определяет теплоемкость нагретого или охлажденного образца. Удельная теплоемкость — это количество тепловой энергии, которое необходимо подвести к образцу весом 1 кг, чтобы повысить его температуру на 1 K . Прочтите, чтобы узнать, как правильно применить формулу теплоемкости для получения достоверного результата.

Как рассчитать удельную теплоемкость

  1. Определите, хотите ли вы нагреть образец (дать ему немного тепловой энергии) или охладить (отобрать немного тепловой энергии).
  2. Укажите количество подаваемой энергии как положительное значение. Если вы хотите охладить образец, введите вычтенную энергию как отрицательное значение. Например, предположим, что мы хотим уменьшить тепловую энергию образца на 63 000 Дж. Тогда Q = -63 000 Дж .
  3. Определите разницу температур между начальным и конечным состоянием образца и введите ее в калькулятор теплоемкости. Если образец остынет, разница будет отрицательной, а если нагретой — положительной.Допустим, мы хотим охладить образец на 3 градуса. Тогда ΔT = -3 K . Вы также можете перейти в расширенный режим , чтобы ввести начальное и конечное значения температуры вручную.
  4. Определите массу образца. Примем м = 5 кг .
  5. Рассчитайте удельную теплоемкость как c = Q / (мΔT) . В нашем примере это будет равно c = -63,000 Дж / (5 кг * -3 K) = 4200 Дж / (кг · K) . Это типичная теплоемкость воды.

Если у вас возникли проблемы с единицами измерения, воспользуйтесь нашими калькуляторами преобразования температуры или веса.

Формула теплоемкости

Формула для определения теплоемкости выглядит так:

c = Q / (мΔT)

Q — количество подводимого или отведенного тепла (в джоулях), м — масса образца, а ΔT — разница между начальной и конечной температурами. Теплоемкость измеряется в Дж / (кг · К).

Типовые значения удельной теплоемкости

Вам не нужно использовать калькулятор теплоемкости для большинства обычных веществ.Ниже приведены значения удельной теплоемкости некоторых из самых популярных.

  • лед: 2,100 Дж / (кг · К)
  • вода: 4,200 Дж / (кг · К)
  • водяной пар: 2,000 Дж / (кг · К)
  • базальт: 840 Дж / (кг · К)
  • гранит: 790 Дж / (кг · К)
  • алюминий: 890 Дж / (кг · К)
  • железо: 450 Дж / (кг · К)
  • медь: 380 Дж / (кг · К)
  • свинец: 130 Дж / (кг · К)

Имея эту информацию, вы также можете рассчитать, сколько энергии вам нужно подать на образец, чтобы повысить или понизить его температуру.Например, вы можете проверить, сколько тепла вам нужно, чтобы довести до кипения воду, чтобы приготовить макароны.

Хотите знать, что на самом деле означает результат? Воспользуйтесь нашим калькулятором потенциальной энергии, чтобы проверить, насколько высоко вы поднимете образец с таким количеством энергии. Или проверьте, насколько быстро может двигаться образец, с помощью этого калькулятора кинетической энергии.

Что такое удельная теплоемкость при постоянном объеме?

Удельная теплоемкость — это количество тепла или энергии, необходимое для изменения одной единицы массы вещества постоянного объема на 1 ° C .Формула: Cv = Q / (ΔT ⨉ m) .

Какова формула удельной теплоемкости?

Формула для удельной теплоемкости C вещества с массой м равна C = Q / (м ⨉ ΔT) . Где Q — добавленная энергия, а ΔT — изменение температуры. Удельная теплоемкость во время различных процессов, таких как постоянный объем Cv и постоянное давление Cp , связаны друг с другом отношением удельной теплоемкости ɣ = Cp / Cv или газовой постоянной R = ЦП - ЦВ .

В каких единицах указывается удельная теплоемкость?

Удельная теплоемкость измеряется в Дж / кг K или Дж / кг C , поскольку это тепло или энергия, необходимая во время процесса постоянного объема для изменения температуры вещества с единичной массой на 1 ° C или 1 ° K. .

Какое значение удельной теплоемкости воды?

Удельная теплоемкость воды составляет 4179 Дж / кг K , количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 градус Кельвина.

В каких единицах измерения удельная теплоемкость выражена в британской системе мер?

Удельная теплоемкость измеряется в БТЕ / фунт ° F в британских единицах и в Дж / кг K в единицах СИ.

Какое значение удельной теплоемкости меди?

Удельная теплоемкость меди 385 Дж / кг K . Вы можете использовать это значение для оценки энергии, необходимой для нагрева 100 г меди на 5 ° C, то есть Q = m x Cp x ΔT = 0,1 * 385 * 5 = 192,5 Дж.

Какова удельная теплоемкость алюминия?

Удельная теплоемкость алюминия 897 Дж / кг K .Это значение почти в 2,3 раза больше теплоемкости меди. Вы можете использовать это значение для оценки энергии, необходимой для нагрева 500 г алюминия на 5 ° C, то есть Q = m x Cp x ΔT = 0,5 * 897 * 5 = 2242,5 Дж.

3.12: Расчет энергоемкости и теплоемкости

Цели обучения

  • Связать теплопередачу с изменением температуры.

Тепло — знакомое проявление передачи энергии. Когда мы касаемся горячего объекта, энергия перетекает от горячего объекта к нашим пальцам, и мы воспринимаем эту поступающую энергию как «горячий» объект.И наоборот, когда мы держим кубик льда в ладонях, энергия перетекает из руки в кубик льда, и мы воспринимаем эту потерю энергии как «холод». В обоих случаях температура объекта отличается от температуры нашей руки, поэтому мы можем сделать вывод, что разница температур является основной причиной теплопередачи.

Удельную теплоемкость вещества можно использовать для расчета изменения температуры, которому подвергнется данное вещество при нагревании или охлаждении. Уравнение, связывающее тепло \ (\ left (q \ right) \) с удельной теплоемкостью \ (\ left (c_p \ right) \), массой \ (\ left (m \ right) \) и изменением температуры \ (\ left (\ Delta T \ right) \) показан ниже.\text{o} \text{C} \right)\)»> 0.233

Направление теплового потока не показано в heat = mc Δ T . Если энергия поступает в объект, общая энергия объекта увеличивается, и значения тепла Δ T положительны. Если энергия исходит из объекта, общая энергия объекта уменьшается, а значения тепла и Δ T являются отрицательными.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

A \ (15.0 \: \ text {g} \) кусок металлического кадмия поглощает \ (134 \: \ text {J} \) тепла, поднимаясь из \ (24.\ text {o} \ text {C} \]

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Какое количество тепла передается при нагревании блока металлического железа весом 150,0 г с 25,0 ° C до 73,3 ° C? Какое направление теплового потока?

Решение

Мы можем использовать heat = mc Δ T , чтобы определить количество тепла, но сначала нам нужно определить Δ T . Поскольку конечная температура утюга составляет 73,3 ° C, а начальная температура составляет 25,0 ° C, Δ T имеет следующий вид:

Δ T = T конечный T начальный = 73.\ circ C) = 782 \: cal} \]

Обратите внимание, как единицы измерения грамм и ° C отменяются алгебраически, оставляя только единицу калорий, которая является единицей тепла. Поскольку температура железа увеличивается, энергия (в виде тепла) должна течь в металл.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Какое количество тепла передается при охлаждении блока металлического алюминия массой 295,5 г с 128,0 ° C до 22,5 ° C? Какое направление теплового потока?

Ответ
Тепло уходит из алюминиевого блока.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Образец красновато-коричневого металла массой 10,3 г выделил 71,7 кал тепла при снижении его температуры с 97,5 ° C до 22,0 ° C. Какова удельная теплоемкость металла? Можете ли вы идентифицировать металл по данным в Таблице \ (\ PageIndex {1} \)?

Решение

Вопрос дает нам тепло, конечную и начальную температуры и массу образца. Значение Δ T составляет:

Δ T = T конечный T начальный = 22.\ circ C)}} \)

c = 0,0923 кал / г • ° C

Это значение удельной теплоемкости очень близко к значению, приведенному для меди в таблице 7.3.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Кристалл хлорида натрия (NaCl) массой 10,7 г имеет начальную температуру 37,0 ° C. Какова конечная температура кристалла, если на него было подано 147 кал тепла?

Ответ

Сводка

Проиллюстрированы расчеты удельной теплоемкости.

Авторы и авторства

Эта страница была создана на основе содержимого следующими участниками и отредактирована (тематически или широко) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, представлением и качеством платформы:

Учебное пособие по физике

На предыдущей странице мы узнали, что тепло делает с объектом, когда оно накапливается или выделяется. Прирост или потеря тепла приводят к изменениям температуры, изменению состояния или выполнения работы.Тепло — это передача энергии. Когда объект приобретается или теряется, внутри этого объекта будут происходить соответствующие изменения энергии. Изменение температуры связано с изменением средней кинетической энергии частиц внутри объекта. Изменение состояния связано с изменением внутренней потенциальной энергии, которой обладает объект. А когда работа сделана, происходит полная передача энергии объекту, над которым она выполняется. В этой части Урока 2 мы исследуем вопрос Как измерить количество тепла, получаемого или выделяемого объектом?

Удельная теплоемкость

Предположим, что несколько объектов, состоящих из разных материалов, нагреваются одинаково.Будут ли предметы нагреваться одинаково? Ответ: скорее всего, нет. Разные материалы будут нагреваться с разной скоростью, потому что каждый материал имеет свою удельную теплоемкость. Удельная теплоемкость относится к количеству тепла, необходимому для изменения температуры единицы массы (скажем, грамма или килограмма) на 1 ° C. В учебниках часто указывается удельная теплоемкость различных материалов. Стандартные метрические единицы — Джоуль / килограмм / Кельвин (Дж / кг / К). Чаще используются единицы измерения — Дж / г / ° C.Используйте виджет ниже, чтобы просмотреть удельную теплоемкость различных материалов. Просто введите название вещества (алюминий, железо, медь, вода, метанол, дерево и т. Д.) И нажмите кнопку «Отправить»; результаты будут отображены в отдельном окне.

Удельная теплоемкость твердого алюминия (0,904 Дж / г / ° C) отличается от удельной теплоемкости твердого железа (0,449 Дж / г / ° C). Это означает, что для повышения температуры данной массы алюминия на 1 ° C потребуется больше тепла, чем для повышения температуры той же массы железа на 1 ° C.Фактически, для повышения температуры образца алюминия на заданное количество потребуется примерно вдвое больше тепла по сравнению с тем же изменением температуры того же количества железа. Это связано с тем, что удельная теплоемкость алюминия почти вдвое больше, чем у железа.

Теплоемкость указана из расчета на грамм или на килограмм . Иногда значение указывается на основе на моль , и в этом случае оно называется молярной теплоемкостью. Тот факт, что они перечислены из расчета на количество , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, зависит от того, сколько в нем вещества.Эту истину, несомненно, знает всякий, кто варил на плите кастрюлю с водой. Вода закипает при температуре 100 ° C на уровне моря и при слегка пониженной температуре на возвышенностях. Чтобы довести кастрюлю с водой до кипения, ее сначала нужно поднять до 100 ° C. Это изменение температуры достигается за счет поглощения тепла горелкой печи. Быстро замечаешь, что для того, чтобы довести до кипения полную кастрюлю с водой, требуется значительно больше времени, чем для того, чтобы довести до кипения наполовину полную. Это связано с тем, что полная кастрюля с водой должна поглощать больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры.Фактически, требуется вдвое больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры в двойной массе воды.

Удельная теплоемкость также указана из расчета на K или на ° C . Тот факт, что удельная теплоемкость указана из расчета на градус , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения данной массы вещества до определенной температуры, зависит от изменения температуры, необходимого для достижения этой конечной температуры.Другими словами, важна не конечная температура, а общее изменение температуры. Для изменения температуры воды с 20 ° C до 100 ° C (изменение на 80 ° C) требуется больше тепла, чем для повышения температуры того же количества воды с 60 ° C до 100 ° C (изменение на 40 ° C). ° С). Фактически, для изменения температуры данной массы воды на 80 ° C требуется вдвое больше тепла по сравнению с изменением на 40 ° C. Человек, который хочет быстрее довести воду до кипения на плите, должен начать с теплой водопроводной воды вместо холодной.

Это обсуждение удельной теплоемкости заслуживает одного заключительного комментария. Термин «удельная теплоемкость» в некотором роде неправильный , . Этот термин означает, что вещества могут обладать способностью удерживать вещь , называемую теплом. Как уже говорилось ранее, тепло — это не то, что содержится в объекте. Тепло — это то, что передается к объекту или от него. Объекты содержат энергию в самых разных формах. Когда эта энергия передается другим объектам с разной температурой, мы называем переданную энергию теплом или тепловой энергией .Хотя это вряд ли приживется, более подходящим термином будет удельная энергоемкость.

Связь количества тепла с изменением температуры

Удельная теплоемкость позволяет математически связать количество тепловой энергии, полученной (или потерянной) образцом любого вещества, с массой образца и ее результирующим изменением температуры. Связь между этими четырьмя величинами часто выражается следующим уравнением.

Q = m • C • ΔT

где Q — количество тепла, переданного объекту или от него, m — масса объекта, C — удельная теплоемкость материала, из которого состоит объект, а ΔT — результирующее изменение температуры объекта. Как и во всех других ситуациях в науке, значение дельта (∆) для любой величины вычисляется путем вычитания начального значения количества из окончательного значения количества. В этом случае ΔT равно T final — T initial .При использовании приведенного выше уравнения значение Q может быть положительным или отрицательным. Как всегда, положительный и отрицательный результат расчета имеет физическое значение. Положительное значение Q указывает, что объект получил тепловую энергию из окружающей среды; это соответствовало бы повышению температуры и положительному значению ΔT. Отрицательное значение Q указывает на то, что объект выделяет тепловую энергию в окружающую среду; это соответствовало бы снижению температуры и отрицательному значению ΔT.

Знание любых трех из этих четырех величин позволяет человеку вычислить четвертое количество. Обычная задача на многих уроках физики включает решение проблем, связанных с отношениями между этими четырьмя величинами. В качестве примеров рассмотрим две проблемы ниже. Решение каждой проблемы разработано для вас. Дополнительную практику можно найти в разделе «Проверьте свое понимание» внизу страницы.

Пример задачи 1
Какое количество тепла требуется для повышения температуры 450 граммов воды с 15 ° C до 85 ° C? Удельная теплоемкость воды 4.18 Дж / г / ° C.

Как и любая проблема в физике, решение начинается с определения известных величин и соотнесения их с символами, используемыми в соответствующем уравнении. В этой задаче мы знаем следующее:

м = 450 г
C = 4,18 Дж / г / ° C
T начальная = 15 ° C
T окончательный = 85 ° C

Мы хотим определить значение Q — количество тепла.Для этого мы использовали бы уравнение Q = m • C • ΔT. Буквы m и C известны; ΔT можно определить по начальной и конечной температуре.

T = T окончательный — T начальный = 85 ° C — 15 ° C = 70 ° C

Зная три из четырех величин соответствующего уравнения, мы можем подставить и решить для Q.

Q = m • C • ΔT = (450 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (70 ° C)
Q = 131670 Дж
Q = 1.3×10 5 J = 130 кДж (округлено до двух значащих цифр)

Пример задачи 2
Образец 12,9 грамма неизвестного металла при температуре 26,5 ° C помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 граммов воды при температуре 88,6 ° C. Вода охлаждается, и металл нагревается, пока не будет достигнуто тепловое равновесие при 87,1 ° C. Предполагая, что все тепло, теряемое водой, передается металлу, а чашка идеально изолирована, определите удельную теплоемкость неизвестного металла.Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж / г / ° C.

По сравнению с предыдущей проблемой это гораздо более сложная проблема. По сути, эта проблема похожа на две проблемы в одной. В основе стратегии решения проблем лежит признание того, что количество тепла, потерянного водой (Q вода ), равно количеству тепла, полученного металлом (Q металл ). Поскольку значения m, C и ΔT воды известны, можно вычислить Q water .Это значение Q воды равно значению металла Q . Как только значение металла Q известно, его можно использовать со значением m и ΔT металла для расчета металла Q . Использование этой стратегии приводит к следующему решению:

Часть 1: Определение потерь тепла водой

Дано:

м = 50,0 г
C = 4,18 Дж / г / ° C
Т начальная = 88,6 ° С
Т финал = 87.1 ° С
ΔT = -1,5 ° C (T конечный — T начальный )

Решить для Q воды :

Q вода = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (-1,5 ° C)
Q вода = -313,5 Дж (без заземления)
(Знак — означает, что вода теряет тепло)

Часть 2: Определите стоимость металла C

Дано:

Q металл = 313.5 Дж (используйте знак +, так как металл нагревается)
m = 12,9 г
Т начальная = 26,5 ° С
T окончательная = 87,1 ° C
ΔT = (T конечный — T начальный )

Решить для металла C :

Переставьте Q металл = m металл • C металл • ΔT металл , чтобы получить C металл = Q металл / (м металл • ΔT металл )

C металл = Q металл / (м металл • ΔT металл ) = (313.5 Дж) / [(12,9 г) • (60,6 ° C)]
C металл = 0,40103 Дж / г / ° C
C металл = 0,40 Дж / г / ° C (округлено до двух значащих цифр)

Тепло и изменения состояния

Приведенное выше обсуждение и соответствующее уравнение (Q = m • C • ∆T) связывает тепло, полученное или потерянное объектом, с результирующими изменениями температуры этого объекта. Как мы узнали, иногда тепло накапливается или теряется, но температура не меняется.Это тот случай, когда вещество претерпевает изменение состояния. Итак, теперь мы должны исследовать математику, связанную с изменениями состояния и количества тепла.

Чтобы начать обсуждение, давайте рассмотрим различные изменения состояния, которые можно наблюдать для образца вещества. В таблице ниже перечислены несколько изменений состояния и указаны имена, обычно связанные с каждым процессом.

Процесс

Изменение состояния

Плавка

От твердого до жидкого

Замораживание

От жидкости к твердому веществу

Испарение

От жидкости к газу

Конденсация

Газ — жидкость

Сублимация

Твердое тело в газ

Депонирование

Газ в твердое вещество

В случае плавления, кипения и сублимации к образцу вещества должна быть добавлена ​​энергия, чтобы вызвать изменение состояния.Такие изменения состояния называют эндотермическими. Замораживание, конденсация и осаждение экзотермичны; энергия высвобождается образцом материи, когда происходят эти изменения состояния. Таким образом, можно заметить, что образец льда (твердая вода) тает, когда его помещают на горелку или рядом с ней. Тепло передается от горелки к образцу льда; энергия приобретается льдом, вызывая изменение состояния. Но сколько энергии потребуется, чтобы вызвать такое изменение состояния? Есть ли математическая формула, которая могла бы помочь в определении ответа на этот вопрос? Безусловно, есть.

Количество энергии, необходимое для изменения состояния образца материи, зависит от трех вещей. Это зависит от того, что такое субстанция, от того, сколько субстанции претерпевает изменение состояния, и от того, какое изменение состояния происходит. Например, для плавления льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для плавления железа. И для таяния льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для испарения того же количества жидкой воды. И, наконец, для плавления 10 требуется другое количество энергии.0 граммов льда по сравнению с таянием 100,0 граммов льда. Вещество, процесс и количество вещества — это три переменные, которые влияют на количество энергии, необходимое для того, чтобы вызвать конкретное изменение состояния. Используйте виджет ниже, чтобы исследовать влияние вещества и процесса на изменение энергии. (Обратите внимание, что теплота плавления — это изменение энергии, связанное с изменением состояния твердое-жидкое.)

Значения удельной теплоты плавления и удельной теплоты испарения указаны из расчета на количество .Например, удельная теплота плавления воды составляет 333 Дж / грамм. Чтобы растопить 1,0 грамм льда, требуется 333 Дж энергии. Чтобы растопить 10 граммов льда, требуется в 10 раз больше энергии — 3330 Дж. Такое рассуждение приводит к следующим формулам, связывающим количество тепла с массой вещества и теплотой плавления и испарения.

Для плавления и замораживания: Q = m • ΔH плавление
Для испарения и конденсации: Q = m • ΔH испарение

, где Q представляет количество энергии, полученной или высвобожденной во время процесса, m представляет собой массу образца, ΔH плавления представляет собой удельную теплоту плавления (на грамм) и ΔH испарения представляет собой удельную теплоемкость плавления испарение (из расчета на грамм).Подобно обсуждению Q = m • C • ΔT, значения Q могут быть как положительными, так и отрицательными. Значения Q положительны для процесса плавления и испарения; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен набирать энергию, чтобы плавиться или испаряться. Значения Q отрицательны для процесса замораживания и конденсации; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен терять энергию, чтобы замерзнуть или конденсироваться.

В качестве иллюстрации того, как можно использовать эти уравнения, рассмотрим следующие два примера задач.

Пример задачи 3
Элиза кладет в свой напиток 48,2 грамма льда. Какое количество энергии будет поглощено льдом (и высвобождено напитком) в процессе таяния? Теплота плавления воды 333 Дж / г.

Уравнение, связывающее массу (48,2 грамма), теплоту плавления (333 Дж / г) и количество энергии (Q): Q = m • ΔH fusion .Подстановка известных значений в уравнение приводит к ответу.

Q = м • ΔH плавление = (48,2 г) • (333 Дж / г)
Q = 16050,6 Дж
Q = 1,61 x 10 4 Дж = 16,1 кДж (округлено до трех значащих цифр)

Пример Задачи 3 включает в себя довольно простое вычисление типа «подключай и исправляй». Теперь мы попробуем пример задачи 4, который потребует более глубокого анализа.

Пример задачи 4
Какое минимальное количество жидкой воды на 26.5 градусов, которые потребуются, чтобы полностью растопить 50,0 граммов льда? Удельная теплоемкость жидкой воды составляет 4,18 Дж / г / ° C, а удельная теплота плавления льда — 333 Дж / г.

В этой задаче лед тает, а жидкая вода остывает. Энергия передается от жидкости к твердому телу. Чтобы растопить твердый лед, на каждый грамм льда необходимо передать 333 Дж энергии. Эта передача энергии от жидкой воды ко льду охлаждает жидкость.Но жидкость может охладиться только до 0 ° C — точки замерзания воды. При этой температуре жидкость начнет затвердевать (замерзнуть), а лед полностью не растает.

Мы знаем следующее о льду и жидкой воде:

Информация о льду:

м = 50,0 г
ΔH плавление = 333 Дж / г

Информация о жидкой воде:

С = 4.18 Дж / г / ° C
Т начальная = 26,5 ° С
T окончательный = 0,0 ° C
ΔT = -26,5 ° C (T окончательный — T начальный )

Энергия, полученная льдом, равна энергии, потерянной из воды.

Q лед = -Q жидкая вода

Знак — указывает, что один объект получает энергию, а другой объект теряет энергию. Мы можем вычислить левую часть приведенного выше уравнения следующим образом:

Q лед = m • ΔH плавление = (50.0 г) • (333 Дж / г)
Q лед = 16650 Дж

Теперь мы можем установить правую часть уравнения равной m • C • ΔT и начать подставлять известные значения C и ΔT, чтобы найти массу жидкой воды. Решение:

16650 Дж = -Q жидкая вода
16650 Дж = -м жидкая вода • C жидкая вода • ΔT жидкая вода
16650 Дж = -м жидкая вода • (4.18 Дж / г / ° C) • (-26,5 ° C)
16650 Дж = -м жидкая вода • (-110,77 Дж / ° C)
м жидкая вода = — (16650 Дж) / (- 110,77 Дж / ° C)
м жидкая вода = 150,311 г
м жидкая вода = 1,50×10 2 г (округлено до трех значащих цифр)

Еще раз о кривых нагрева и охлаждения

На предыдущей странице Урока 2 обсуждалась кривая нагрева воды.Кривая нагрева показывала, как температура воды увеличивалась с течением времени по мере нагрева образца воды в твердом состоянии (т. Е. Льда). Мы узнали, что добавление тепла к образцу воды может вызвать либо изменение температуры, либо изменение состояния. При температуре плавления воды добавление тепла вызывает преобразование воды из твердого состояния в жидкое состояние. А при температуре кипения воды добавление тепла вызывает преобразование воды из жидкого состояния в газообразное.Эти изменения состояния произошли без каких-либо изменений температуры. Однако добавление тепла к образцу воды, не имеющей температуры фазового перехода, приведет к изменению температуры.

Теперь мы можем подойти к теме кривых нагрева на более количественной основе. На диаграмме ниже представлена ​​кривая нагрева воды. На нанесенных линиях есть пять помеченных участков.

Три диагональных участка представляют собой изменения температуры образца воды в твердом состоянии (участок 1), жидком состоянии (участок 3) и газообразном состоянии (участок 5).Две горизонтальные секции представляют изменения в состоянии воды. На участке 2 проба воды тает; твердое вещество превращается в жидкость. В секции 4 образец воды подвергается кипению; жидкость превращается в газ. Количество тепла, передаваемого воде в секциях 1, 3 и 5, связано с массой образца и изменением температуры по формуле Q = m • C • ΔT. А количество тепла, переданного воде в секциях 2 и 4, связано с массой образца и теплотой плавления и испарения формулами Q = m • ΔH fusion (секция 2) и Q = m • ΔH испарение (раздел 4).Итак, теперь мы попытаемся вычислить количество тепла, необходимое для перевода 50,0 граммов воды из твердого состояния при -20,0 ° C в газообразное состояние при 120,0 ° C. Для расчета потребуется пять шагов — по одному шагу для каждого раздела приведенного выше графика. Хотя удельная теплоемкость вещества зависит от температуры, в наших расчетах мы будем использовать следующие значения удельной теплоемкости:

Твердая вода: C = 2,00 Дж / г / ° C
Жидкая вода: C = 4,18 Дж / г / ° C
Газообразная вода: C = 2.01 Дж / г / ° C

Наконец, мы будем использовать ранее сообщенные значения ΔH слияния (333 Дж / г) и ΔH испарения (2,23 кДж / г).

Раздел 1 : Изменение температуры твердой воды (льда) с -20,0 ° C до 0,0 ° C.

Используйте Q 1 = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,00 Дж / г / ° C, T начальная = -200 ° C и T конечная = 0,0 ° C

Q 1 = m • C • ΔT = (50.0 г) • (2,00 Дж / г / ° C) • (0,0 ° C — -20,0 ° C)
Q 1 = 2,00 x10 3 Дж = 2,00 кДж

Раздел 2 : Таяние льда при 0,0 ° C.

Используйте Q 2 = m • ΔH сплав

, где m = 50,0 г и ΔH плавление = 333 Дж / г

Q 2 = m • ΔH плавление = (50,0 г) • (333 Дж / г)
Q 2 = 1,665 x10 4 Дж = 16.65 кДж
Q 2 = 16,7 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 3 : Изменение температуры жидкой воды с 0,0 ° C на 100,0 ° C.

Используйте Q 3 = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 4,18 Дж / г / ° C, T начальный = 0,0 ° C и T конечный = 100,0 ° C

Q 3 = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (100,0 ° C — 0,0 ° C)
Q 3 = 2.09 x10 4 Дж = 20,9 кДж

Раздел 4 : Кипячение воды при 100,0 ° C.

Используйте Q 4 = m • ΔH испарение

, где m = 50,0 г и ΔH испарение = 2,23 кДж / г

Q 4 = m • ΔH испарение = (50,0 г) • (2,23 кДж / г)
Q 4 = 111,5 кДж
Q 4 = 112 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 5 : Изменение температуры жидкой воды со 100.От 0 ° C до 120,0 ° C.

Используйте Q 5 = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,01 Дж / г / ° C, T начальный = 100,0 ° C и T конечный = 120,0 ° C

Q 5 = m • C • ΔT = (50,0 г) • (2,01 Дж / г / ° C) • (120,0 ° C — 100,0 ° C)
Q 5 = 2,01 x10 3 J = 2,01 кДж

Общее количество тепла, необходимое для превращения твердой воды (льда) при -20 ° C в газообразную воду при 120 ° C, является суммой значений Q для каждого участка графика.То есть

Q итого = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5

Суммирование этих пяти значений Q и округление до нужного количества значащих цифр приводит к значению 154 кДж в качестве ответа на исходный вопрос.

В приведенном выше примере есть несколько особенностей решения, над которыми стоит задуматься:

  • Первое: длинная задача была разделена на части, каждая из которых представляет собой одну из пяти частей графика.Поскольку было вычислено пять значений Q, они были обозначены как Q 1 , Q 2 и т. Д. Этот уровень организации требуется в многоступенчатой ​​задаче, такой как эта.
  • Секунда: внимание было уделено знаку +/- на ΔT. Изменение температуры (или любой величины) всегда рассчитывается как конечное значение величины за вычетом начального значения этой величины.
  • Третий: На протяжении всей задачи внимание уделялось подразделениям.Единицы Q будут либо в Джоулях, либо в килоджоулях, в зависимости от того, какие количества умножаются. Отсутствие внимания к устройствам — частая причина сбоев в подобных проблемах.
  • Четвертый: На протяжении всей задачи внимание уделялось значащим цифрам. Хотя это никогда не должно становиться основным акцентом какой-либо проблемы в физике, это, безусловно, деталь, на которую стоит обратить внимание.

Здесь, на этой странице, мы узнали, как рассчитать количество тепла, задействованного в любом процессе нагрева / охлаждения и в любом процессе изменения состояния.Это понимание будет иметь решающее значение, когда мы перейдем к следующей странице Урока 2, посвященной калориметрии. Калориметрия — это наука, связанная с определением изменений энергии системы путем измерения теплообмена с окружающей средой.

Проверьте свое понимание

1. Вода имеет необычно высокую удельную теплоемкость. Какое из следующих утверждений логически следует из этого факта?

а.По сравнению с другими веществами горячая вода вызывает сильные ожоги, потому что она хорошо проводит тепло.
б. По сравнению с другими веществами вода при нагревании быстро нагревается до высоких температур.
c. По сравнению с другими веществами, образец воды требует значительного количества тепла, чтобы изменить ее температуру на небольшое количество.

2. Объясните, почему в больших водоемах, таких как озеро Мичиган, в начале июля может быть довольно прохладно, несмотря на то, что температура наружного воздуха около или выше 90 ° F (32 ° C).

3. В таблице ниже описан термический процесс для различных объектов (выделен красным жирным шрифтом). Для каждого описания укажите, набирается или теряется тепло объектом, является ли процесс эндотермическим или экзотермическим, и является ли Q для указанного объекта положительным или отрицательным значением.

Процесс

Получено или потеряно тепло?

Эндо- или экзотермический?

Q: + или -?

а.

Кубик льда помещают в стакан с лимонадом комнатной температуры, чтобы охладить напиток.

г.

Холодный стакан лимонада стоит на столе для пикника под жарким полуденным солнцем и нагревается до 32 ° F.

г.

Конфорки на электроплите выключаются и постепенно остывают до комнатной температуры.

г.

Учитель вынимает из термоса большой кусок сухого льда и опускает его в воду. Сухой лед возгоняется, образуя газообразный диоксид углерода.

e.

Водяной пар в увлажненном воздухе ударяется о окно и превращается в каплю росы (каплю жидкой воды).

4. Образец металлического цинка массой 11,98 грамма помещают в баню с горячей водой и нагревают до 78,4 ° C. Затем его удаляют и помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 мл воды комнатной температуры (T = 27,0 ° C; плотность = 1,00 г / мл). Вода прогревается до температуры 28.1 ° С. Определите удельную теплоемкость цинка.

5. Джейк достает из туалета банку с газировкой и выливает ее в чашку со льдом. Определите количество тепла, теряемого содой комнатной температуры при плавлении 61,9 г льда (ΔH fusion = 333 Дж / г).

6. Теплота сублимации (ΔH сублимация ) сухого льда (твердый диоксид углерода) составляет 570 Дж / г. Определите количество тепла, необходимое для превращения 5,0-фунтового мешка сухого льда в газообразный диоксид углерода.(Дано: 1,00 кг = 2,20 фунта)

7. Определите количество тепла, необходимое для повышения температуры 3,82-граммового образца твердого пара-дихлорбензола с 24 ° C до жидкого состояния при 75 ° C. Пара-дихлорбензол имеет температуру плавления 54 ° C, теплоту плавления 124 Дж / г и удельную теплоемкость 1,01 Дж / г / ° C (твердое состояние) и 1,19 Дж / г / ° C (жидкое состояние).

Расчет удельной теплоемкости | Химия для неосновных

  • Выполните расчет удельной теплоемкости.

Обладает ли вода высокой способностью поглощать тепло?

Да. В автомобильном радиаторе он служит для охлаждения двигателя, по сравнению с которым он работал бы в противном случае. (На картинке выше радиатор — это черный объект слева.) Когда вода циркулирует в двигателе, она поглощает тепло от блока цилиндров. Когда вода проходит через радиатор, охлаждающий вентилятор и воздействие внешней среды позволяют воде немного остыть, прежде чем она снова пройдет через двигатель.

Расчет удельной теплоемкости

Удельную теплоемкость вещества можно использовать для расчета изменения температуры, которому подвергнется данное вещество при нагревании или охлаждении. Уравнение, связывающее тепло с удельной теплотой, массой и изменением температуры, показано ниже.

Поглощаемое или выделяемое тепло измеряется в джоулях. Масса измеряется в граммах. Изменение температуры определяется выражением, где — конечная температура, а — начальная температура.

Пример задачи: расчет удельной теплоемкости

Кусок металлического кадмия массой 15,0 г поглощает 134 Дж тепла при повышении температуры с 24,0 ° C до 62,7 ° C. Рассчитайте удельную теплоемкость кадмия.

Шаг 1. Составьте список известных количеств и спланируйте проблему .

Известный

  • тепла = = 134 Дж
  • масса = = 15,0 г

Неизвестно

Уравнение теплоемкости может быть преобразовано в решение для удельной теплоемкости.

Шаг 2: Решите .

Шаг 3. Подумайте о своем результате .

Удельная теплоемкость кадмия, металла, довольно близка к удельной теплоемкости других металлов. Результат состоит из трех значащих цифр.

Поскольку известны самые конкретные значения теплоемкости, их можно использовать для определения конечной температуры, достигаемой веществом при его нагревании или охлаждении. Предположим, что образец воды весом 60,0 г при 23,52 ° C был охлажден за счет отвода 813 Дж тепла.Изменение температуры можно рассчитать с помощью уравнения теплоемкости.

Поскольку вода охлаждалась, температура снижается. Конечная температура:

Сводка
  • Расчеты удельной теплоемкости показаны.
Практика

Решите задачи по ссылке ниже:

http://www.sciencebugz.com/chemistry/chprbspheat.htm

Обзор

Вопросы

  1. У разных материалов разная теплоемкость?
  2. Как масса влияет на поглощаемое тепло?
  3. Если мы знаем удельную теплоемкость материала, можем ли мы определить, сколько тепла выделяется при заданном наборе обстоятельств?
  • удельная теплоемкость: Количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 ° C.

Удельная теплоемкость | Безграничная физика

Тепловая мощность

Теплоемкость измеряет количество тепла, необходимое для повышения температуры объекта или системы на один градус Цельсия.

Задачи обучения

Объясните энтальпию в системе с постоянным объемом и давлением

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Теплоемкость — это измеримая физическая величина, которая характеризует количество тепла, необходимое для изменения температуры вещества на заданную величину.Он измеряется в джоулях на Кельвин и выражается в.
  • Теплоемкость — это обширное свойство, которое зависит от размера системы.
  • Теплоемкость большинства систем непостоянна (хотя ее часто можно рассматривать как таковую). Это зависит от температуры, давления и объема рассматриваемой системы.
Ключевые термины
  • теплоемкость : количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры объекта или единицы вещества на один градус Цельсия; в джоулях на кельвин (Дж / К).
  • энтальпия : общее количество энергии в системе, включая внутреннюю энергию и энергию, необходимую для вытеснения окружающей среды

Тепловая мощность

Теплоемкость (обычно обозначается заглавной буквой C, часто с индексами) или теплоемкость — это измеримая физическая величина, которая характеризует количество тепла, необходимое для изменения температуры вещества на заданную величину. В единицах СИ теплоемкость выражается в джоулях на кельвин (Дж / К).

Теплоемкость объекта (обозначение C ) определяется как отношение количества тепловой энергии, переданной объекту, к результирующему увеличению температуры объекта.

[латекс] \ displaystyle {\ text {C} = \ frac {\ text {Q}} {\ Delta \ text {T}}.} [/ Latex]

Теплоемкость — это обширное свойство, поэтому она масштабируется в зависимости от размера системы. Образец, содержащий в два раза больше вещества, чем другой образец, требует передачи вдвое большего количества тепла (Q) для достижения такого же изменения температуры (ΔT).Например, если для нагрева блока железа требуется 1000 Дж, то для нагрева второго блока железа, масса которого в два раза больше массы первого, потребуется 2000 Дж.

Измерение теплоемкости

Тепловая мощность большинства систем непостоянна. Скорее, это зависит от переменных состояния исследуемой термодинамической системы. В частности, это зависит от самой температуры, а также от давления и объема системы, а также от способов изменения давлений и объемов при переходе системы от одной температуры к другой.Причина этого в том, что работа системы давления и объема повышает ее температуру с помощью механизма, отличного от нагрева, в то время как работа объема давления, выполняемая системой, поглощает тепло, не повышая температуру системы. (Температурная зависимость объясняет, почему определение калории — это формально энергия, необходимая для нагрева 1 г воды с 14,5 до 15,5 ° C вместо обычно на 1 ° C.)

Таким образом, можно выполнять различные измерения теплоемкости, чаще всего при постоянном давлении и постоянном объеме.Измеренные таким образом значения обычно имеют нижний индекс (соответственно p и V) для обозначения определения. Газы и жидкости обычно также измеряются при постоянном объеме. Измерения при постоянном давлении дают более высокие значения, чем измерения при постоянном объеме, потому что значения постоянного давления также включают тепловую энергию, которая используется для выполнения работы по расширению вещества против постоянного давления при повышении его температуры. Эта разница особенно заметна для газов, где значения при постоянном давлении обычно составляют от 30% до 66.На 7% больше, чем при постоянной громкости.

Термодинамические соотношения и определение теплоемкости

Внутренняя энергия замкнутой системы изменяется либо за счет добавления тепла в систему, либо за счет выполнения системой работы. Вспоминая первый закон термодинамики,

[латекс] \ text {dU} = \ delta \ text {Q} — \ delta \ text {W} [/ latex].

За работу в результате увеличения объема системы можем написать:

[латекс] \ text {dU} = \ delta \ text {Q} — \ text {PdV} [/ latex].

Если тепло добавляется при постоянном объеме, то второй член этого соотношения исчезает и легко получается

[латекс] \ displaystyle {\ left (\ frac {\ partial \ text {U}} {\ partial \ text {T}} \ right) _ {\ text {V}} = \ left (\ frac {\ partial \ text {Q}} {\ partial \ text {T}} \ right) _ {\ text {V}} = \ text {C} _ {\ text {V}}} [/ latex].

Это определяет теплоемкость при постоянном объеме , C V . Еще одна полезная величина — это теплоемкость при постоянном давлении , C, , P, .При энтальпии системы, заданной

[латекс] \ text {H} = \ text {U} + \ text {PV} [/ latex],

наше уравнение для d U меняется на

[латекс] \ text {dH} = \ delta \ text {Q} + \ text {VdP} [/ latex],

и, следовательно, при постоянном давлении имеем

[латекс] (\ frac {\ partial \ text {H}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {P}} = (\ frac {\ partial \ text {Q}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {P}} = \ text {C} _ {\ text {P}} [/ latex].

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость — это интенсивное свойство, которое описывает, сколько тепла необходимо добавить к определенному веществу, чтобы повысить его температуру.

Задачи обучения

Обобщите количественную взаимосвязь между теплопередачей и изменением температуры

Основные выводы

Ключевые моменты
  • В отличие от общей теплоемкости, удельная теплоемкость не зависит от массы или объема. Он описывает, сколько тепла необходимо добавить к единице массы данного вещества, чтобы повысить его температуру на один градус Цельсия. Единицы измерения удельной теплоемкости — Дж / (кг ° C) или эквивалентно Дж / (кг · K).
  • Теплоемкость и удельная теплоемкость связаны соотношением C = см или c = C / м.
  • Масса m, удельная теплоемкость c, изменение температуры ΔT и добавленное (или вычитаемое) тепло Q связаны уравнением: Q = mcΔT.
  • Значения удельной теплоемкости зависят от свойств и фазы данного вещества. Поскольку их нелегко рассчитать, они измеряются эмпирическим путем и доступны для справки в таблицах.
Ключевые термины
  • удельная теплоемкость : Количество тепла, которое должно быть добавлено (или удалено) из единицы массы вещества, чтобы изменить его температуру на один градус Цельсия.Это интенсивное свойство.

Удельная теплоемкость

Теплоемкость — это обширное свойство, которое описывает, сколько тепловой энергии требуется для повышения температуры данной системы. Однако было бы довольно неудобно измерять теплоемкость каждой единицы вещества. Нам нужно интенсивное свойство, которое зависит только от типа и фазы вещества и может быть применено к системам произвольного размера. Эта величина известна как удельная теплоемкость (или просто удельная теплоемкость), которая представляет собой теплоемкость на единицу массы материала.Эксперименты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов: (1) изменения температуры, (2) массы системы и (3) вещества и фазы вещества. Последние два фактора заключены в значении удельной теплоемкости.

Теплопередача и удельная теплоемкость : Тепло Q, передаваемое для изменения температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также от вещества и фазы. (а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры.Чтобы удвоить изменение температуры массы m, вам нужно добавить в два раза больше тепла. (б) Количество передаваемого тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, вам нужно добавить в два раза больше тепла. (c) Количество передаваемого тепла зависит от вещества и его фазы. Если требуется количество тепла Q, чтобы вызвать изменение температуры ΔT в данной массе меди, потребуется в 10,8 раз больше тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в той же массе воды, при условии отсутствия фазовых изменений ни в одном из веществ.

Удельная теплоемкость : В этом уроке тепло связано с изменением температуры. Мы обсуждаем, как количество тепла, необходимое для изменения температуры, зависит от массы и вещества, и это соотношение представлено удельной теплоемкостью вещества C.

Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. Поскольку (средняя) кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и количеству атомов или молекул.Поскольку переданное тепло равно изменению внутренней энергии, тепло пропорционально массе вещества и изменению температуры. Передаваемое тепло также зависит от вещества, так что, например, количество тепла, необходимое для повышения температуры, меньше для спирта, чем для воды. Для одного и того же вещества передаваемое тепло также зависит от фазы (газ, жидкость или твердое тело).

Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры включает все три фактора:

[латекс] \ text {Q} = \ text {mc} \ Delta \ text {T} [/ latex],

где Q — символ теплопередачи, m — масса вещества, а ΔT — изменение температуры.Символ c обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы.

Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ° C. Удельная теплоемкость c — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг⋅К) или Дж / (кг⋅К). Напомним, что изменение температуры (ΔT) одинаково в единицах кельвина и градусов Цельсия. Обратите внимание, что общая теплоемкость C — это просто произведение удельной теплоемкости c и массы вещества m, i.е.,

[латекс] \ text {C} = \ text {mc} [/ latex] или [латекс] \ text {c} = \ frac {\ text {C}} {\ text {m}} = \ frac {\ текст {C}} {\ rho \ text {V}} [/ latex],

где ϱ — плотность вещества, V — его объем.

Значения удельной теплоемкости обычно нужно искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить. Вместо этого они измеряются эмпирически. Как правило, удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице ниже приведены типичные значения теплоемкости для различных веществ.За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая. Удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, и в десять раз больше, чем у железа, что означает, что для повышения температуры воды на такое же количество тепла требуется в пять раз больше тепла, чем у стекла, и в десять раз больше тепла для повышения температуры. воды как для железа. Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельной теплоемкости из всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Удельная теплоемкость : Указана удельная теплоемкость различных веществ.Эти значения идентичны в единицах кал / (г⋅C) .3. cv при постоянном объеме и 20,0 ° C, если не указано иное, и среднем давлении 1,00 атм. В скобках указаны значения cp при постоянном давлении 1,00 атм.

Калориметрия

Калориметрия — это измерение теплоты химических реакций или физических изменений.

Задачи обучения

Проанализировать взаимосвязь между газовой постоянной для получения идеального выхода газа и объемом

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Калориметр используется для измерения тепла, выделяемого (или поглощаемого) в результате физических изменений или химической реакции.Наука об измерении этих изменений известна как калориметрия.
  • Для проведения калориметрии очень важно знать удельную теплоемкость измеряемых веществ.
  • Калориметрия может выполняться при постоянном объеме или постоянном давлении. Тип выполняемого расчета зависит от условий эксперимента.
Ключевые термины
  • Калориметр постоянного давления : Прибор, используемый для измерения тепла, выделяемого во время изменений, не связанных с изменениями давления.
  • калориметр : Устройство для измерения тепла, выделяемого или поглощаемого в результате химической реакции, изменения фазы или какого-либо другого физического изменения.
  • калориметр постоянного объема : прибор, используемый для измерения тепла, выделяемого во время изменений, не связанных с изменением объема.

Калориметрия

Обзор

Калориметрия — это наука об измерении теплоты химических реакций или физических изменений. Калориметрия выполняется калориметром.Простой калориметр состоит из термометра, прикрепленного к металлическому контейнеру с водой, подвешенному над камерой сгорания. Слово калориметрия происходит от латинского слова калор , что означает тепло. Шотландский врач и ученый Джозеф Блэк, который первым осознал разницу между теплом и температурой, считается основоположником калориметрии.

Калориметрия требует, чтобы нагреваемый материал имел известные тепловые свойства, то есть удельную теплоемкость.Классическое правило, признанное Клаузиусом и Кельвином, состоит в том, что давление, оказываемое калориметрическим материалом, полностью и быстро определяется исключительно его температурой и объемом; это правило применяется для изменений, не связанных с фазовым переходом, таких как таяние льда. Есть много материалов, которые не соответствуют этому правилу, и для них требуются более сложные уравнения, чем приведенные ниже.

Ледяной калориметр : первый в мире ледяной калориметр, использованный зимой 1782-83 гг. Антуаном Лавуазье и Пьером-Симоном Лапласом для определения тепла, выделяющегося при различных химических изменениях; расчеты, основанные на предыдущем открытии скрытой теплоты Джозефом Блэком.Эти эксперименты составляют основу термохимии.

Базовая калориметрия при постоянном значении

Калориметрия постоянного объема — это калориметрия, выполняемая при постоянном объеме. Это предполагает использование калориметра постоянного объема (один из типов называется калориметром бомбы). Для калориметрии постоянного объема:

[латекс] \ delta \ text {Q} = \ text {C} _ {\ text {V}} \ Delta \ text {T} = \ text {mc} _ {\ text {V}} \ Delta \ text {T} [/ латекс]

, где δQ — приращение тепла, полученного образцом, C V — теплоемкость при постоянном объеме, c v — удельная теплоемкость при постоянном объеме, а ΔT — изменение температуры.

Измерение изменения энтальпии

Чтобы найти изменение энтальпии на массу (или на моль) вещества A в реакции между двумя веществами A и B, эти вещества добавляют в калориметр и определяют начальную и конечную температуры (до начала реакции и после ее завершения. ) отмечены. Умножение изменения температуры на массу и удельную теплоемкость веществ дает значение энергии, выделяемой или поглощаемой во время реакции:

[латекс] \ delta \ text {Q} = \ Delta \ text {T} (\ text {m} _ {\ text {A}} \ text {c} _ {\ text {A}} + \ text { m} _ {\ text {B}} \ text {c} _ {\ text {B}}) [/ latex]

Разделение изменения энергии на количество присутствующих граммов (или молей) A дает изменение энтальпии реакции.Этот метод используется в основном в академическом обучении, поскольку он описывает теорию калориметрии. Он не учитывает потери тепла через контейнер или теплоемкость термометра и самого контейнера. Кроме того, объект, помещенный внутри калориметра, показывает, что объекты передают свое тепло калориметру и жидкости, а тепло, поглощаемое калориметром и жидкостью, равно теплу, отдаваемому металлами.

Калориметрия постоянного давления

Калориметр постоянного давления измеряет изменение энтальпии реакции, протекающей в растворе, в течение которой атмосферное давление остается постоянным.Примером может служить калориметр кофейной чашки, который состоит из двух вложенных друг в друга чашек из пенополистирола и крышки с двумя отверстиями, в которую можно вставить термометр и стержень для перемешивания. Внутренняя чашка содержит известное количество растворенного вещества, обычно воды, которое поглощает тепло от реакции. Когда происходит реакция, внешняя чашка обеспечивает изоляцию. Тогда

[латекс] \ text {C} _ {\ text {P}} = \ frac {\ text {W} \ Delta \ text {H}} {\ text {M} \ Delta \ text {T}} [/ латекс]

, где C p — удельная теплоемкость при постоянном давлении, ΔH — энтальпия раствора, ΔT — изменение температуры, W — масса растворенного вещества, а M — молекулярная масса растворенного вещества.Измерение тепла с помощью простого калориметра, такого как калориметр для кофейной чашки, является примером калориметрии постоянного давления, поскольку давление (атмосферное давление) остается постоянным во время процесса. Калориметрия постоянного давления используется для определения изменений энтальпии, происходящих в растворе. В этих условиях изменение энтальпии равно теплоте (Q = ΔH).

Удельная теплоемкость идеального газа при постоянном давлении и объеме

Идеальный газ имеет различную удельную теплоемкость при постоянном объеме или постоянном давлении.

Задачи обучения

Объясните, как рассчитать индекс адиабаты

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Удельная теплоемкость газа при постоянном объеме задается как [латекс] (\ frac {\ partial \ text {U}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}} = \ text {c} _ {\ text {v}} [/ latex].
  • Удельная теплоемкость идеального газа при постоянном давлении определяется как [latex] (\ frac {\ partial \ text {H}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}} = \ text {c} _ {\ text {p}} = \ text {c} _ {\ text {v}} + \ text {R} [/ latex].
  • Коэффициент теплоемкости (или индекс адиабаты) — это отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме.
Ключевые термины
  • Фундаментальное термодинамическое соотношение : В термодинамике фундаментальное термодинамическое соотношение выражает бесконечно малое изменение внутренней энергии в терминах бесконечно малых изменений энтропии и объема для замкнутой системы, находящейся в тепловом равновесии, следующим образом: dU = TdS-PdV. Здесь U — внутренняя энергия, T — абсолютная температура, S — энтропия, P — давление, V — объем.
  • Индекс адиабаты : Отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме.
  • удельная теплоемкость : Отношение количества тепла, необходимого для повышения температуры единицы массы вещества на единицу градуса, к количеству тепла, необходимому для повышения температуры той же массы воды на такое же количество.

Удельная теплоемкость идеального газа при постоянном давлении и объеме

Теплоемкость при постоянном объеме nR = 1 Дж · К −1 любого газа, включая идеальный, составляет:

[латекс] (\ frac {\ partial \ text {U}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}} = \ text {c} _ {\ text {v}} [/ латекс]

Это безразмерная теплоемкость при постоянном объеме; обычно это функция температуры из-за межмолекулярных сил.Для умеренных температур постоянная для одноатомного газа c v = 3/2, а для двухатомного газа c v = 5/2 (см.). Макроскопические измерения теплоемкости дают информацию о микроскопической структуре молекул.

Молекулярные внутренние колебания : Когда газ нагревается, поступательная киентная энергия молекул в газе увеличивается. Кроме того, молекулы газа могут улавливать множество характерных внутренних колебаний. Потенциальная энергия, хранящаяся в этих внутренних степенях свободы, вносит вклад в удельную теплоемкость газа.

Теплоемкость при постоянном давлении 1 Дж · К −1 идеального газа составляет:

[латекс] (\ frac {\ partial \ text {H}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}} = \ text {c} _ {\ text {p}} = \ текст {c} _ {\ text {v}} + \ text {R} [/ latex]

где H = U + pV — энтальпия газа.

Измерение теплоемкости при постоянном объеме может быть чрезвычайно трудным для жидкостей и твердых тел. То есть небольшие изменения температуры обычно требуют больших давлений для поддержания постоянного объема жидкости или твердого вещества (это означает, что содержащий сосуд должен быть почти жестким или, по крайней мере, очень прочным).Легче измерить теплоемкость при постоянном давлении (позволяющем материалу свободно расширяться или сжиматься) и определить теплоемкость при постоянном объеме, используя математические соотношения, выведенные из основных законов термодинамики.

Используя фундаментальную термодинамическую связь, мы можем показать:

[латекс] \ text {C} _ {\ text {p}} — \ text {C} _ {\ text {V}} = \ text {T} (\ frac {\ partial \ text {P}} { \ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}, \ text {N}} (\ frac {\ partial \ text {V}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text { p}, \ text {N}} [/ latex]

, где частные производные взяты при постоянном объеме и постоянном количестве частиц, а также при постоянном давлении и постоянном количестве частиц, соответственно.

Коэффициент теплоемкости или показатель адиабаты — это отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме. Иногда его также называют коэффициентом изоэнтропического расширения:

.

[латекс] \ gamma = \ frac {\ text {C} _ {\ text {P}}} {\ text {C} _ {\ text {V}}} = \ frac {\ text {c} _ { \ text {p}}} {\ text {c} _ {\ text {v}}} [/ latex]

Для идеального газа оценка приведенных выше частных производных в соответствии с уравнением состояния, где R — газовая постоянная для идеального газа, дает:

[латекс] \ text {pV} = \ text {RT} [/ латекс]

[латекс] \ text {C} _ {\ text {p}} — \ text {C} _ {\ text {V}} = \ text {T} (\ frac {\ partial \ text {P}} { \ partial \ text {T}}) _ {\ text {V}} (\ frac {\ partial \ text {V}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {p}} [/ latex ]

[латекс] \ text {C} _ {\ text {p}} — \ text {C} _ {\ text {V}} = — \ text {T} (\ frac {\ partial \ text {P}} {\ partial \ text {V}}) _ {\ text {V}} (\ frac {\ partial \ text {V}} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {p}} ^ { 2} [/ латекс]

[латекс] \ text {P} = \ frac {\ text {RT}} {\ text {V}} \ text {n} \ to (\ frac {\ partial \ text {P}} {\ partial \ text {V}}) _ {\ text {T}} = \ frac {- \ text {RT}} {\ text {V} ^ {2}} = \ frac {- \ text {P}} {\ text { V}} [/ латекс]

[латекс] \ text {V} = \ frac {\ text {RT}} {\ text {P}} \ text {n} \ to (\ frac {\ partial \ text {V}} {\ partial \ text {T}}) ^ {2} _ {\ text {p}} = \ frac {\ text {R} ^ {2}} {\ text {P} ^ {2}} [/ latex]

заменяющий:

[латекс] — \ text {T} (\ frac {\ partial \ text {P}} {\ partial \ text {V}}) _ {\ text {V}} (\ frac {\ partial \ text {V }} {\ partial \ text {T}}) _ {\ text {p}} ^ {2} = — \ text {T} \ frac {- \ text {P}} {\ text {V}} \ frac {\ text {R} ^ {2}} {\ text {P} ^ {2}} = \ text {R} [/ latex]

Это уравнение сводится просто к тому, что известно как соотношение Майера:

Юлиус Роберт Майер : Юлиус Роберт фон Майер (25 ноября 1814 — 20 марта 1878), немецкий врач и физик, был одним из основоположников термодинамики.Он известен прежде всего тем, что в 1841 году сформулировал одно из первоначальных заявлений о сохранении энергии (или то, что сейчас известно как одна из первых версий первого закона термодинамики): «Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. В 1842 году Майер описал жизненно важный химический процесс, который теперь называют окислением, как основной источник энергии для любого живого существа. Его достижения не были замечены, и заслуга в открытии механического эквивалента тепла была приписана Джеймсу Джоулю в следующем году.фон Майер также предположил, что растения превращают свет в химическую энергию.

[латекс] \ text {C} _ {\ text {P}} — \ text {C} _ {\ text {V}} = \ text {R} [/ latex].

Это простое уравнение, связывающее теплоемкость при постоянной температуре и при постоянном давлении.

Решение задач калориметрии

Калориметрия используется для измерения количества тепла, выделяемого или потребляемого в химической реакции.

Задачи обучения

Объясните, что калориметр бомбы используется для измерения тепла, выделяемого в реакции горения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Калориметрия используется для измерения количества тепла, передаваемого веществу или от него.
  • Калориметр — это устройство, используемое для измерения количества тепла, участвующего в химическом или физическом процессе.
  • Это означает, что количество тепла, производимого или потребляемого в реакции, равно количеству тепла, поглощаемого или теряемого раствором.
Ключевые термины
  • теплота реакции : изменение энтальпии в химической реакции; количество тепла, которое система отдает своему окружению, чтобы она могла вернуться к исходной температуре.
  • сжигание : процесс, в котором два химических вещества объединяются для получения тепла.

Калориметры

предназначены для минимизации обмена энергией между исследуемой системой и ее окружением. Они варьируются от простых калориметров для кофейных чашек, используемых студентами начального курса химии, до сложных калориметров-бомб, используемых для определения энергетической ценности пищи.

Калориметрия используется для измерения количества тепла, передаваемого веществу или от него. Для этого происходит обмен тепла с калиброванным объектом (калориметром).Изменение температуры измерительной части калориметра преобразуется в количество тепла (поскольку предыдущая калибровка использовалась для определения его теплоемкости). Измерение теплопередачи с использованием этого подхода требует определения системы (вещества или веществ, подвергающихся химическому или физическому изменению) и ее окружения (других компонентов измерительного устройства, которые служат либо для обеспечения теплом системы, либо для поглощения тепла от система). Знание теплоемкости окружающей среды и тщательные измерения масс системы и окружающей среды, а также их температуры до и после процесса позволяют рассчитать передаваемое тепло, как описано в этом разделе.

Калориметр — это устройство, используемое для измерения количества тепла, участвующего в химическом или физическом процессе. Например, когда в растворе в калориметре происходит экзотермическая реакция, тепло, выделяемое в результате реакции, поглощается раствором, что увеличивает его температуру. Когда происходит эндотермическая реакция, необходимое тепло поглощается тепловой энергией раствора, что снижает его температуру. Затем изменение температуры, а также удельная теплоемкость и масса раствора можно использовать для расчета количества тепла, задействованного в любом случае.

Калориметры для кофейных чашек

Студенты-общехимики часто используют простые калориметры, изготовленные из полистирольных стаканчиков. Эти простые в использовании калориметры типа «кофейная чашка» обеспечивают больший теплообмен с окружающей средой и, следовательно, дают менее точные значения энергии.

Структура калориметра постоянного объема (или «бомбы»)

Калориметр бомбы : Это изображение типичной установки калориметра бомбы.

Калориметр другого типа, который работает с постоянным объемом, в просторечии известный как калориметр бомбы, используется для измерения энергии, производимой реакциями, которые дают большое количество тепла и газообразных продуктов, таких как реакции горения.(Термин «бомба» происходит из наблюдения, что эти реакции могут быть достаточно интенсивными, чтобы напоминать взрывы, которые могут повредить другие калориметры.) Этот тип калориметра состоит из прочного стального контейнера («бомба»), который содержит реагенты и сам является погружен в воду. Образец помещается в бомбу, которая затем заполняется кислородом под высоким давлением. Для воспламенения образца используется небольшая электрическая искра. Энергия, произведенная в результате реакции, улавливается стальной бомбой и окружающей водой.Повышение температуры измеряется и, наряду с известной теплоемкостью калориметра, используется для расчета энергии, производимой в результате реакции. Калориметры бомбы требуют калибровки для определения теплоемкости калориметра и обеспечения точных результатов. Калибровка выполняется с использованием реакции с известным q, например измеренного количества бензойной кислоты, воспламененного искрой от никелевой плавкой проволоки, которая взвешивается до и после реакции. Изменение температуры, вызванное известной реакцией, используется для определения теплоемкости калориметра.Калибровка обычно выполняется каждый раз перед использованием калориметра для сбора данных исследования.

Пример: идентификация металла путем измерения удельной теплоемкости

Кусок металла весом 59,7 г, погруженный в кипящую воду, был быстро перенесен в 60,0 мл воды при начальной температуре 22,0 ° C. Конечная температура составляет 28,5 ° C. Используйте эти данные, чтобы определить удельную теплоемкость металла. Используйте этот результат, чтобы идентифицировать металл.

Решение

Предполагая идеальную теплопередачу, выделяемое металлом тепло является отрицательной величиной тепла, поглощаемого водой, или:

[латекс] \ text {q} _ {\ text {metal}} = — \ text {q} _ {\ text {water}} [/ latex]

В развернутом виде это:

[латекс] \ text {c} _ {\ text {metal}} \ times \ text {m} _ {\ text {metal}} \ times \ left (\ text {T} _ {\ text {f, металл }} — \ text {T} _ {\ text {i, metal}} \ right) = \ text {c} _ {\ text {water}} \ times \ text {m} _ {\ text {water}} \ times \ left (\ text {T} _ {\ text {f, water}} — \ text {T} _ {\ text {i, water}} \ right) [/ latex]

Отметим, что, поскольку металл был погружен в кипящую воду, его начальная температура была 100.{\ text {o}} \ text {C} [/ latex]

Наша экспериментальная удельная теплоемкость наиболее близка к значению для меди (0,39 Дж / г ° C), поэтому мы идентифицируем металл как медь.

Как рассчитать тепловую нагрузку

Важным аспектом при правильном планировании системы центрального кондиционирования является включение расчета BTU, чтобы гарантировать, что ваша система HVAC может адекватно обогревать и охлаждать ваш дом или офис. Прежде чем объяснять , как рассчитать тепловую нагрузку , мы должны ответить на важный вопрос:

Что такое тепловая нагрузка?

Очевидно, что климат снаружи влияет на температуру в помещении.В экстремальных климатических условиях системы HVAC должны усердно работать, чтобы поддерживать комфортную среду. «Тепловая нагрузка» описывает количество охлаждения или нагрева, необходимое для достижения желаемой температуры в доме.

Оценка вашего расчета тепловой нагрузки

Для точного измерения, , мы рекомендуем обратиться к специалисту по HVAC , потому что существует множество факторов, которые могут иметь значение. Эти факторы включают изоляцию, строительные материалы, количество окон, размер и расположение окон, бытовую технику, электронику (компьютеры, принтеры и т. Д.).все откладывать тепло), сколько людей обычно занимают дома и многое другое. Тепловая нагрузка измеряется в БТЕ (британских тепловых единицах). Одна БТЕ составляет приблизительно 1055 джоулей и определяется количеством энергии, необходимой для нагрева или охлаждения одного фунта воды на один градус. Вот простая в использовании формула . Он не предназначен для того, чтобы быть эталоном истины, но он определенно даст вам представление о том, в каком направлении следует двигаться при планировании вашей системы HVAC:

Формула для расчета тепловой нагрузки

  1. Возьмите квадратные метры вашего дома
  2. Умножьте это на среднюю высоту потолка в вашем доме
  3. Умножается на разницу желаемой температуры и температуры за пределами
  4. Умножьте на множитель, который представляет, что целевое здание представляет собой запечатанную конструкцию (.135)

Чтобы проиллюстрировать этот момент, вот пример расчетов : если вы сталкиваетесь с 30-градусной температурой в вашем регионе и хотите, чтобы она составляла 70 градусов в доме площадью 3000 квадратных футов с 8-футовыми потолками, ваш расчет будет выглядеть так: 3000 x 8 x 40 x 0,135 = 129 600 БТЕ. Имейте в виду, что это очень консервативная оценка , что означает, что вам, вероятно, не понадобится система HVAC, которая выдает 129 000 БТЕ. Когда вы рассчитываете тепловую нагрузку, вместо того, чтобы обращаться к профессионалу, вы получите менее точную цифру.Для справки: профессиональные расчеты, как правило, находятся в диапазоне 65-80% от того, что рассчитывается по приведенной выше формуле. Пример: профессионал, скорее всего, сочтет, что для этого дома требуется от 80 000 до 100 000 БТЕ. Как говорится, лучше проявить осторожность. Как уже упоминалось, для правильного планирования мы настоятельно рекомендуем вам профессионально измерить тепловую нагрузку.

Купить запчасти и аксессуары для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в Интернете

Помните, что если вам нужно заменить какой-либо компонент вашей системы, PlumbersStock предлагает отличные цены на огромный выбор запчастей HVAC .Если у вас возникли проблемы с поиском того, что вам нужно, свяжитесь с нами. Не забудьте обновить HVAC tools . Если вы все еще не совсем понимаете, как рассчитать тепловую нагрузку, свяжитесь с нами. Отапливаете ли вы свой дом с помощью котла , печи или просто обогревателя , мы поможем вам.

Ресурсы по теме:
Какого размера требуется система HVAC?
Котел какого размера купить?

Как рассчитать время нагрева или охлаждения | Блог

Во многих случаях может быть полезно узнать, сколько времени потребуется, чтобы нагреть или охладить вашу систему до определенной температуры.Или вы можете рассчитать, сколько энергии требуется для нагрева или охлаждения данного объема жидкости за определенный промежуток времени.

К счастью, есть довольно простое уравнение, которое можно использовать, если вы знаете массу жидкости в ванне, ее удельную теплоемкость, разницу температур, а также мощность или время.

Тем не менее, использование этого уравнения не совсем надежно, поскольку существуют различные факторы, которые могут нарушить расчет. В этом посте мы рассмотрим уравнение для расчета времени нагрева или охлаждения и причины, по которым вам следует искать систему с чуть большей мощностью, чем вы думаете, что вам нужно.

Расчет времени нагрева или охлаждения

Вы можете использовать то же основное уравнение для расчета времени нагрева или охлаждения, хотя для расчета времени охлаждения требуется немного больше работы. При нагревании подаваемая мощность постоянна, но при охлаждении мощность (или охлаждающая способность) изменяется в зависимости от температуры.

Расчет времени нагрева

Чтобы узнать, сколько времени потребуется для нагрева ванны до определенной температуры, можно использовать следующее уравнение:

t = mcΔT / P

Где:

  • т — время нагрева или охлаждения в секундах
  • м — масса жидкости в килограммах
  • c — удельная теплоемкость жидкости в джоулях на килограмм и на Кельвин
  • ΔT — разница температур в градусах Цельсия или Фаренгейта
  • P — мощность, при которой подается энергия, в ваттах или джоулях в секунду

Аналогичным образом, чтобы рассчитать мощность, необходимую для нагрева или охлаждения ванны до определенной температуры за заданный промежуток времени, вы можете использовать это уравнение:

P = mcΔT / т

Хотя этим уравнениям довольно просто следовать, может возникнуть некоторая путаница, когда дело доходит до того, какие единицы использовать.Вместо этого вы можете использовать онлайн-калькулятор.

Этот красивый и простой калькулятор позволяет рассчитать время, мощность или потребляемую энергию, но он годится только для расчетов с использованием воды. Если вам нужно рассчитать время нагрева для других жидкостей, этот калькулятор больше подходит, поскольку он позволяет вам ввести удельную теплоемкость вещества, которое вы используете. У него есть две опции, позволяющие рассчитать либо требуемую мощность, либо необходимое время.

Калькулятор услуг по технологическому отоплению.

Расчет времени охлаждения

Для расчета времени охлаждения вы можете использовать то же уравнение, что и выше. Вопрос в том, какое значение вы должны использовать для мощности. Холодопроизводительность (или мощность охлаждения) зависит от температуры. Холодопроизводительность снижается при более низких заданных температурах, поскольку разница температур между охлаждающей жидкостью и хладагентом меньше. Теплопередача снижается, поэтому снижается охлаждающая способность.

Например, вот характеристики охлаждающей способности для охлаждающих и нагреваемых циркуляционных ванн PolyScience 45 л.

У вас есть несколько вариантов, в зависимости от того, насколько точно вы хотите, чтобы ваш расчет был:

  • Используйте консервативную оценку , предполагая более низкую мощность до следующей указанной температуры. Например, принимая указанные выше характеристики, можно предположить, что охлаждающая способность составляет 250 Вт для всех температур от -20 ° C до 0 ° C и 800 Вт для всех температур от 0 ° C до 20 ° C.
  • Возможно заниженная оценка, но с большей точностью путем измерения средней мощности между различными температурами.
  • Используйте быстрый и грязный (и, вероятно, менее точный) метод , учитывая только охлаждающую способность при средней температуре.
  • Выбирайте альтернативный быстрый метод , который использует средние значения холодопроизводительности в различных точках диапазона температур (точки должны включать верхний и нижний пределы диапазона температур, чтобы это было жизнеспособным).

Что делать, если ваша минимальная температура ниже минимальной указанной температуры холодопроизводительности? Как правило, это не должно вызывать беспокойства, поскольку значения холодопроизводительности обычно указываются для температуры, равной или ниже минимальной температуры агрегата.

Если вы пытаетесь охладить до более низкой температуры, она может быть слишком низкой, а это означает, что устройство не сможет обеспечить необходимую вам охлаждающую способность. Однако, если в технических характеристиках не указана охлаждающая способность при температуре, близкой к минимальной температуре устройства, вы можете попросить производителя или нас предоставить необходимую информацию.

Факторы, которые следует учитывать при расчете времени нагрева или охлаждения

Как уже упоминалось, есть несколько причин, по которым ваши расчеты могут не дать реалистичного результата.Таким образом, если вы используете это уравнение для определения времени нагрева или охлаждения, вы должны предположить, что процесс займет немного больше времени, чем ожидалось. Точно так же, если вы используете расчет, чтобы определить, сколько энергии вам нужно для достижения заданного времени нагрева или охлаждения, вы должны предположить, что потребуется некоторая дополнительная мощность.

Вот факторы, которые необходимо учитывать:

1. Повышение или потеря тепла окружающей среды

Прирост или потеря тепла из-за окружающей среды неизбежны даже в закрытой системе.Охлаждаемая система может поглощать тепло из окружающего воздуха или компонентов системы, снижая ее охлаждающую способность. В системе отопления вы можете терять тепло в окружающий воздух или компоненты системы, например, когда оно проходит по трубам или трубам.

Изоляция вашей системы и контроль температуры окружающей среды могут помочь, но все же может быть неизвестное количество тепла, выделяемого или теряемого.

2. Потери жидкости из-за испарения

Если вы работаете с открытой системой, вы можете потерять часть жидкости из-за испарения во время процесса нагрева или охлаждения.Количество происходящего испарения будет зависеть от нескольких факторов, в том числе:

  • Используемая жидкость: Жидкости с более низкой точкой кипения, такие как этанол, метанол и вода, могут легко испаряться.
  • Площадь поверхности ванны: Чем больше площадь поверхности, тем выше скорость испарения.
  • Используемый диапазон температур: Чем выше температура, тем выше скорость испарения.

Потеря тепла происходит из-за испарения, и когда вы тратите тепловую энергию, время, необходимое для нагрева ванны, увеличивается.Кроме того, в результате потери жидкости значение массы (m) в уравнении не будет точным, что может привести к ухудшению результатов. Если вы используете смесь из двух или более жидкостей, и один компонент смеси испаряется быстрее, чем другие, соотношение будет изменено, что приведет к неточности в определении удельной теплоемкости (c).

Испарение трудно предсказать и точно учесть (и если вы достаточно хорошо разбираетесь в термодинамике, чтобы делать это комфортно, вы, вероятно, не читали бы эту статью).Таким образом, лучше всего либо оценить скорость испарения с помощью эмпирического теста, а затем учесть это математически, используя теплоту испарения, либо просто добавить коэффициент безопасности.

3. Проблемы с обслуживанием

В системах отопления на элементах водяной бани часто образуется накипь из-за отложений минералов. При отсутствии контроля это накопление может повлиять на эффективность передачи тепла от элемента к жидкости. Поскольку элемент изолирует накипь, требуется больше энергии для нагрева системы до желаемой температуры.

При нагревании увеличивается время, необходимое для достижения желаемой температуры в системе заданной мощности. Если вы смотрите на мощность, она увеличит количество энергии, необходимое для достижения желаемой температуры за определенное время.

Для систем охлаждения на холодопроизводительность также могут влиять проблемы с обслуживанием.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.