การคำนวณปริมาณความร้อนโดยใช้วิธี exergy

ความร้อนจำเพาะคือพลังงานที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของสารบริสุทธิ์ 1 กรัมขึ้น 1 ° พารามิเตอร์ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและสถานะของการรวมตัว: ก๊าซของเหลวหรือของแข็ง หลังจากการค้นพบรอบใหม่ในการพัฒนาอุณหพลศาสตร์เริ่มขึ้นวิทยาศาสตร์ของกระบวนการพลังงานชั่วคราวซึ่งเกี่ยวข้องกับความร้อนและการทำงานของระบบ

โดยปกติ ความร้อนจำเพาะและพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ถูกนำมาใช้ในการผลิต หม้อน้ำและระบบที่ออกแบบมาสำหรับการระบายความร้อนของรถยนต์ตลอดจนเคมีวิศวกรรมนิวเคลียร์และอากาศพลศาสตร์ หากคุณต้องการทราบวิธีคำนวณความร้อนจำเพาะให้ดูบทความที่เสนอ

สูตร

ก่อนดำเนินการคำนวณพารามิเตอร์โดยตรงคุณควรทำความคุ้นเคยกับสูตรและส่วนประกอบ

สูตรการคำนวณความร้อนจำเพาะมีดังนี้:

• c = Q / (ม * ∆T)

ความรู้เกี่ยวกับปริมาณและการกำหนดสัญลักษณ์ที่ใช้ในการคำนวณมีความสำคัญอย่างยิ่ง อย่างไรก็ตามไม่เพียง แต่จำเป็นต้องรู้ลักษณะที่มองเห็นเท่านั้น แต่ยังต้องเข้าใจความหมายของแต่ละคนอย่างชัดเจนด้วย การคำนวณความจุความร้อนจำเพาะของสารแสดงโดยส่วนประกอบต่อไปนี้:

ΔTเป็นสัญลักษณ์ที่หมายถึงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสารทีละน้อย อักขระ "Δ" ออกเสียงว่าเดลต้า

ΔTสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

ΔT = t2 - t1 โดยที่

• t1 - อุณหภูมิหลัก
• t2 คืออุณหภูมิสุดท้ายหลังการเปลี่ยนแปลง

m คือมวลของสารที่ใช้ให้ความร้อน (gr)

Q - ปริมาณความร้อน (J / J)

บนพื้นฐานของ Tsr สามารถหาสมการอื่น ๆ ได้:

• Q = m * cp * ΔT - ปริมาณความร้อน
• m = Q / cr * (t2 - t1) - มวลของสาร
• t1 = t2– (Q / cp * m) - อุณหภูมิหลัก;
• t2 = t1 + (Q / cp * m) - อุณหภูมิสุดท้าย

ความหมายและสูตรของปริมาณความร้อน

พลังงานภายในของระบบอุณหพลศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้สองวิธี:

1. ทำงานกับระบบ
2. ผ่านปฏิสัมพันธ์ทางความร้อน

การถ่ายเทความร้อนไปยังร่างกายไม่เกี่ยวข้องกับการทำงานของกล้องจุลทรรศน์ในร่างกาย ในกรณีนี้การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในเกิดจากการที่โมเลกุลแต่ละโมเลกุลของร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นกำลังทำงานกับโมเลกุลบางส่วนของร่างกายซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า ในกรณีนี้ปฏิกิริยาทางความร้อนจะเกิดขึ้นเนื่องจากการนำความร้อน การถ่ายเทพลังงานทำได้โดยการฉายรังสี ระบบของกระบวนการด้วยกล้องจุลทรรศน์ (ไม่เกี่ยวข้องกับร่างกายทั้งหมด แต่เป็นโมเลกุลแต่ละโมเลกุล) เรียกว่าการถ่ายเทความร้อน ปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งอันเป็นผลมาจากการถ่ายเทความร้อนจะพิจารณาจากปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่ง

คำจำกัดความ

ความอบอุ่น

เรียกว่าพลังงานที่ร่างกายได้รับ (หรือให้ออกไป) ในกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนกับร่างกายโดยรอบ (สิ่งแวดล้อม) แสดงความร้อนโดยปกติจะเป็นตัวอักษร Q

นี่เป็นหนึ่งในปริมาณพื้นฐานในอุณหพลศาสตร์ ความร้อนรวมอยู่ในนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของหลักการที่หนึ่งและสองของอุณหพลศาสตร์ ความร้อนกล่าวว่าเป็นพลังงานในรูปของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล

ความร้อนสามารถสื่อสารไปยังระบบ (ร่างกาย) หรือสามารถนำออกไปจากระบบได้ เชื่อกันว่าหากให้ความร้อนแก่ระบบแสดงว่าเป็นบวก

คำแนะนำในการคำนวณพารามิเตอร์

คำนวณ จาก

สารนี้ค่อนข้างง่ายและในการทำสิ่งนี้คุณต้องทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. ใช้สูตรการคำนวณ: ความจุความร้อน = Q / (m * ∆T)
2. เขียนข้อมูลเบื้องต้น
3. ใส่ลงในสูตร
4. คำนวณและรับผลลัพธ์

ตัวอย่างเช่นให้เราคำนวณสารที่ไม่รู้จักซึ่งมีน้ำหนัก 480 กรัมและมีอุณหภูมิ15ºCซึ่งเป็นผลมาจากความร้อน (35,000 J) เพิ่มขึ้นเป็น250º

ตามคำแนะนำที่ให้ไว้ข้างต้นเราดำเนินการดังต่อไปนี้:

เราเขียนข้อมูลเริ่มต้น:

• Q = 35,000 J;
• ม. = 480 ก.
• ΔT = t2 - t1 = 250–15 = 235 ºC

เราใช้สูตรแทนค่าและแก้ปัญหา:

c = Q / (m * ∆T) = 35,000 J / (480 g * 235º) = 35,000 J / (112800 g * º) = 0.31 J / g * º

ปริมาณความร้อน

ปริมาณความร้อนคือพลังงานที่ร่างกายสูญเสียหรือได้รับระหว่างการถ่ายเทความร้อน นี้ยังชัดเจนจากชื่อ เมื่อระบายความร้อนร่างกายจะสูญเสียความร้อนจำนวนหนึ่งและเมื่อได้รับความร้อนก็จะดูดซับ และคำตอบสำหรับคำถามของเราแสดงให้เราเห็น ปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับอะไร? ประการแรกยิ่งมวลกายมากเท่าไหร่ก็ยิ่งต้องใช้ความร้อนมากขึ้นในการเปลี่ยนอุณหภูมิหนึ่งองศา ประการที่สองปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้ร่างกายร้อนขึ้นอยู่กับสารที่ประกอบด้วยนั่นคือขึ้นอยู่กับชนิดของสาร และประการที่สามความแตกต่างของอุณหภูมิร่างกายก่อนและหลังการถ่ายเทความร้อนก็มีความสำคัญต่อการคำนวณของเราเช่นกัน จากข้อมูลข้างต้นเราสามารถทำได้ กำหนดปริมาณความร้อนตามสูตร:

Q = ซม. (t_2-t_1),

โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน m คือมวลของร่างกาย (t_2-t_1) คือความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิเริ่มต้นและอุณหภูมิสุดท้ายของร่างกาย c คือความจุความร้อนจำเพาะของสารพบได้จากตารางที่เกี่ยวข้อง .

เมื่อใช้สูตรนี้คุณสามารถคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำให้ร่างกายร้อนขึ้นหรือร่างกายนี้จะปล่อยออกมาเมื่อมันเย็นลง

ปริมาณความร้อนวัดเป็นจูล (1 J) เช่นเดียวกับพลังงานประเภทใด ๆ อย่างไรก็ตามค่านี้ได้รับการแนะนำเมื่อไม่นานมานี้และผู้คนเริ่มวัดปริมาณความร้อนได้เร็วกว่ามาก และพวกเขาใช้หน่วยที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในยุคของเรานั่นคือแคลอรี่ (1 แคลอรี่) 1 แคลอรี่คือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการอุ่นน้ำ 1 กรัมต่อ 1 องศาเซลเซียส จากข้อมูลเหล่านี้ผู้ที่ชอบนับแคลอรี่ในอาหารที่รับประทานสามารถคำนวณได้ว่าสามารถต้มน้ำได้กี่ลิตรพร้อมกับพลังงานที่ใช้กับอาหารในระหว่างวันเพื่อประโยชน์ในการบริโภค

การชำระเงิน

มาทำการคำนวณกัน CP

น้ำและกระป๋องภายใต้เงื่อนไขต่อไปนี้:

• m = 500 กรัม;
• t1 = 24ºCและ t2 = 80ºC - สำหรับน้ำ
• t1 = 20ºCและ t2 = 180ºC - สำหรับดีบุก
• Q = 28,000 J.

เริ่มต้นด้วยเรากำหนดΔTสำหรับน้ำและดีบุกตามลำดับ:

• ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56ºC
• ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160ºC

จากนั้นเราจะพบความร้อนจำเพาะ:

1. с = Q / (m * ΔТв) = 28,000 J / (500 g * 56ºC) = 28,000 J / (28,000 g * ºC) = 1 J / g * ºC
2. s = Q / (m * ΔTo) = 28,000 J / (500 g * 160ºC) = 28,000 J / (80,000 g * ºC) = 0.35 J / g * ºC

ดังนั้นความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 1 J / g * ºCและของดีบุกเท่ากับ 0.35 J / g * ºC ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่าด้วยค่าความร้อนที่ให้มาเท่ากับ 28,000 J ดีบุกจะร้อนเร็วกว่าน้ำเนื่องจากความจุความร้อนน้อยกว่า

ความจุความร้อนไม่เพียง แต่ถูกครอบครองโดยก๊าซของเหลวและของแข็งเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอาหารด้วย

สูตรคำนวณความร้อนเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

ปริมาณความร้อนเบื้องต้นจะแสดงเป็น โปรดทราบว่าองค์ประกอบความร้อนที่ระบบได้รับ (ยอมแพ้) โดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสถานะไม่ใช่ส่วนต่างที่สมบูรณ์ เหตุผลก็คือความร้อนเป็นหน้าที่ของกระบวนการเปลี่ยนสถานะของระบบ

ปริมาณความร้อนเบื้องต้นที่จ่ายให้กับระบบและอุณหภูมิเปลี่ยนจาก T เป็น T + dT เท่ากับ:

โดยที่ C คือความจุความร้อนของร่างกาย หากร่างกายที่พิจารณาเป็นเนื้อเดียวกันสูตร (1) สำหรับปริมาณความร้อนจะแสดงเป็น:

ความร้อนจำเพาะของร่างกายอยู่ที่ไหน m คือมวลของร่างกายคือความร้อนกรามคือมวลโมลาร์ของสารและคือจำนวนโมลของสาร

หากร่างกายเป็นเนื้อเดียวกันและถือว่าความจุความร้อนไม่ขึ้นกับอุณหภูมิดังนั้นปริมาณความร้อน () ที่ร่างกายได้รับเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นตามปริมาณสามารถคำนวณได้ดังนี้:

โดยที่ t2, t1 คืออุณหภูมิของร่างกายก่อนและหลังการให้ความร้อนโปรดทราบว่าอุณหภูมิเมื่อพบความแตกต่าง () ในการคำนวณสามารถทดแทนได้ทั้งในเซลเซียสและเคลวิน

วิธีคำนวณความจุความร้อนของอาหาร

เมื่อคำนวณกำลังการผลิตไฟฟ้า สมการใช้รูปแบบต่อไปนี้:

c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a) โดยที่:

• w คือปริมาณน้ำในผลิตภัณฑ์
• p คือปริมาณโปรตีนในผลิตภัณฑ์
• f คือเปอร์เซ็นต์ของไขมัน
• c คือเปอร์เซ็นต์ของคาร์โบไฮเดรต
• a คือเปอร์เซ็นต์ของส่วนประกอบอนินทรีย์

กำหนดความจุความร้อนของครีมชีสแปรรูปวิโอล่า... ในการทำเช่นนี้เราเขียนค่าที่ต้องการจากองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ (น้ำหนัก 140 กรัม):

• น้ำ - 35 กรัม
• โปรตีน - 12.9 กรัม
• ไขมัน - 25.8 กรัม
• คาร์โบไฮเดรต - 6.96 กรัม
• ส่วนประกอบอนินทรีย์ - 21 กรัม

จากนั้นเราจะพบกับ:

• c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * ก) = (4.180 * 35) + (1.711 * 12.9) + (1.928 * 25, 8 ) + (1.547 * 6.96) + (0.908 * 21) = 146.3 + 22.1 + 49.7 + 10.8 + 19.1 = 248 กิโลจูล / กก. * ºC

สิ่งที่กำหนดปริมาณความร้อน

พลังงานภายในของร่างกายเปลี่ยนแปลงไปเมื่อทำงานหรือถ่ายเทความร้อน ด้วยปรากฏการณ์การถ่ายเทความร้อนพลังงานภายในจะถูกถ่ายเทโดยการนำความร้อนการพาความร้อนหรือการแผ่รังสี
ร่างกายแต่ละส่วนเมื่อได้รับความร้อนหรือเย็นลง (ระหว่างการถ่ายเทความร้อน) จะได้รับหรือสูญเสียพลังงานไปจำนวนหนึ่ง ด้วยเหตุนี้จึงเป็นเรื่องปกติที่จะเรียกพลังงานจำนวนนี้ว่าปริมาณความร้อน

ดังนั้น, ปริมาณความร้อนคือพลังงานที่ร่างกายให้หรือได้รับในกระบวนการถ่ายเทความร้อน

ต้องใช้ความร้อนเท่าไหร่ในการทำให้น้ำร้อน? จากตัวอย่างง่ายๆคุณจะเข้าใจได้ว่าต้องใช้ความร้อนในปริมาณที่ต่างกันเพื่อให้ความร้อนแก่น้ำในปริมาณที่ต่างกัน สมมติว่าเราใช้หลอดทดลองสองหลอดกับน้ำ 1 ลิตรและน้ำ 2 ลิตร ต้องใช้ความร้อนมากกว่าในกรณีใด ในวินาทีที่มีน้ำ 2 ลิตรในหลอดทดลอง ท่อที่สองจะใช้เวลานานขึ้นในการทำความร้อนหากเราให้ความร้อนด้วยแหล่งกำเนิดไฟเดียวกัน

ดังนั้นปริมาณความร้อนจึงขึ้นอยู่กับน้ำหนักตัว ยิ่งมวลมีขนาดใหญ่ก็ยิ่งต้องใช้ความร้อนมากขึ้นในการทำความร้อนดังนั้นร่างกายจึงต้องใช้เวลาในการทำความเย็นมากขึ้น

ปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับอะไรอีก? ตามธรรมชาติจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างร่างกาย แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด ท้ายที่สุดถ้าเราพยายามอุ่นน้ำหรือนมเราจะต้องใช้เวลาที่แตกต่างออกไป นั่นคือปรากฎว่าปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับสารที่ร่างกายประกอบด้วย

เป็นผลให้ปรากฎว่าปริมาณความร้อนที่จำเป็นสำหรับการทำความร้อนหรือปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อร่างกายเย็นลงขึ้นอยู่กับมวลของมันการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและชนิดของสารที่ประกอบขึ้นเป็นร่างกาย

เคล็ดลับที่เป็นประโยชน์

จำไว้เสมอว่า:

• กระบวนการให้ความร้อนโลหะนั้นเร็วกว่าน้ำเนื่องจากมี CP
  น้อยกว่า 2.5 เท่า;
• ถ้าเป็นไปได้ให้แปลงผลลัพธ์เป็นลำดับที่สูงขึ้นหากเงื่อนไขอนุญาต
• ในการตรวจสอบผลลัพธ์คุณสามารถใช้อินเทอร์เน็ตและค้นหาสารที่คำนวณได้
• ภายใต้เงื่อนไขการทดลองเดียวกันจะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญมากขึ้นสำหรับวัสดุที่มีความร้อนจำเพาะต่ำ

สูตรสำหรับปริมาณความร้อนระหว่างการเปลี่ยนเฟส

การเปลี่ยนจากเฟสหนึ่งไปยังอีกเฟสจะมาพร้อมกับการดูดซึมหรือการปล่อยความร้อนจำนวนหนึ่งซึ่งเรียกว่าความร้อนของการเปลี่ยนเฟส

ดังนั้นในการถ่ายโอนองค์ประกอบของสสารจากสถานะของแข็งเป็นของเหลวควรบอกปริมาณความร้อน () เท่ากับ:

ความร้อนจำเพาะของฟิวชันอยู่ที่ไหน dm คือองค์ประกอบมวลกาย ควรคำนึงว่าร่างกายต้องมีอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิหลอมละลายของสารที่กำลังพิจารณา ในระหว่างการตกผลึกความร้อนจะถูกปล่อยออกมาเท่ากับ (4)

ปริมาณความร้อน (ความร้อนจากการกลายเป็นไอ) ที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลวเป็นไอสามารถพบได้ดังนี้:

โดยที่ r คือความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ เมื่อไอน้ำควบแน่นความร้อนจะถูกปล่อยออกมา ความร้อนของการกลายเป็นไอเท่ากับความร้อนของการควบแน่นของมวลที่เท่ากัน

วิธีคำนวณปริมาณความร้อนเพื่อทำให้ร่างกายร้อนขึ้น

ตัวอย่างเช่นจำเป็นต้องคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องใช้เพื่อให้น้ำร้อน 3 กก. จากอุณหภูมิ 15 ° C ถึงอุณหภูมิ 85 ° C เราทราบความร้อนจำเพาะของน้ำนั่นคือปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการทำให้น้ำร้อน 1 กก. ขึ้นไป 1 องศา นั่นคือเพื่อหาปริมาณความร้อนในกรณีของเราคุณต้องคูณความจุความร้อนจำเพาะของน้ำด้วย 3 และด้วยจำนวนองศาที่คุณต้องเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ นี่คือ 4200 * 3 * (85-15) = 882,000

ในวงเล็บเราคำนวณจำนวนองศาที่แน่นอนโดยลบค่าเริ่มต้น

ดังนั้นเพื่อให้น้ำร้อน 3 กก. จาก 15 ถึง 85 ° C เราต้องการความร้อน 882,000 J ของปริมาณความร้อน

ปริมาณความร้อนแสดงด้วยตัวอักษร Q สูตรการคำนวณมีดังนี้:

Q = c * m * (t2-t1)

ความร้อนจำเพาะคืออะไร

สารแต่ละชนิดในธรรมชาติมีคุณสมบัติของตัวเองและการให้ความร้อนแก่สารแต่ละชนิดต้องใช้พลังงานในปริมาณที่แตกต่างกันเช่น ปริมาณความร้อน

ความร้อนจำเพาะของสาร เป็นค่าที่เท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องการถ่ายเทไปยังร่างกายที่มีมวล 1 กิโลกรัมเพื่อให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 1 0C

ความร้อนจำเพาะแสดงด้วยตัวอักษร c และมีค่าการวัด J / kg *

ตัวอย่างเช่นความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4200 J / kg * 0C นั่นคือนี่คือปริมาณความร้อนที่ต้องถ่ายโอนไปยังน้ำ 1 กิโลกรัมเพื่อให้ความร้อน 1 0C

ควรจำไว้ว่าความจุความร้อนจำเพาะของสารในสถานะต่างๆของการรวมตัวนั้นแตกต่างกัน นั่นคือต้องใช้ความร้อนในปริมาณที่แตกต่างกันเพื่อให้น้ำแข็งร้อนขึ้น 1 ° C