Теплопроводность и теплоемкость чем отличаются
Теплопроводность и теплоемкость
Теплопроводность — способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях. Различные материалы проводят теплоту по-разному: одни быстрее (например, металлы), другие медленнее (теплоизоляционные материалы).
Теплопроводность зависит от средней плотности материала (с увеличением средней плотности теплопроводность возрастает), его структуры, пористости, влажности и средней температуры слоя материала Чем выше пористость (меньше средняя плотность) материала, тем ниже теплопроводность. С увеличением влажности материала теплопроводность резко возрастает, при этом понижаются его теплоизоляционные свойства. Поэтому все теплоизоляционные материалы хранят в помещении или под навесом, а в теплоизоляционной конструкции защищают от попадания влаги покровным слоем.
Зависимость теплопроводности λ от средней температуры теплоизоляционного слоя можно выразить в виде линейной функции:
где λ0 — теплопроводность при 273 К, Вт/(м·К);
b — постоянная для данного материала величина, показывающая изменение теплопроводности при увеличении температуры на 1 К (принимается по справочным данным);
tl, t2 — температура соответственно наружной и внутренней поверхностей теплоизоляционного слоя, К [3].
Из формулы видно, что с увеличением средней температуры теплоизоляционного слоя и постоянной b теплопроводность материала возрастает. Чем меньше плотность теплоизоляционного материала, тем больше значение b.
Теплоемкость — способность материала при нагревании поглощать теплоту. Теплоемкость определяется отношением количества теплоты, сообщаемой телу, к соответствующему изменению температуры:
где С — теплоемкость тела, Дж/К;
Q — количество теплоты, сообщаемое телу, Дж;
Т — изменение температуры при нагревании тела, К.
Удельной теплоемкостью называется отношение теплоемкости к массе тела:
где с — удельная теплоемкость тела, Дж/(кг·К);
Теплоустойчивость
Теплоустойчивость — способность материалов сохранять свои основные свойства при воздействии положительных (температуростойкость, температуроустойчивость, теплостойкость) или отрицательных (хрупкость, морозостойкость) температур.
Температуростойкость (предельная положительная температура применения) — способность материала сохранять свои свойства (структуру, прочность, теплопроводность и т. д.) при повышенной температуре. Температуростойкость различных теплоизоляционных материалов различна. Так, для пенопластов температуростойкость составляет 60 ÷ 150 ˚С, а для диатомитовых изделий — 900 ˚С [3].
Температуроустойчивость гидроизоляционных рулонных материалов (ГОСТ 2678-94) характеризуется максимальной температурой, при которой отсутствует смещение покровного слоя или вздутие. Материалы, применяемые для гидроизоляционных конструкций, должны не терять свои свойства (размягчаться, расслаиваться) при повышенных температурах или не быть хрупкими при отрицательных температурах. Так, температуроустойчивость должна быть не ниже 40 ˚С (для гидроизоляционных конструкций), а для надземных конструкций и кровли — не ниже 60 ÷ 70 ˚С [8].
Теплостойкость — способность теплоизоляционных материалов выдерживать без изменения структуры и разрушения периодические колебания температуры. Теплостойкость измеряется числом теплосмен, т. е. числом резких изменений воздействующей на материал температуры, которая, как правило, бывает ниже температуры применения. Например, предельная температура применения минеральной ваты 700 ˚С, теплостойкость же ее значительно ниже и в зависимости от числа теплосмен может понижаться до 200 ˚С [3].
При резком колебании температур материал разрушается за счет возникающих в нем вследствие быстрого нагревания и охлаждения внутренних напряжений и, следовательно, неравномерного нагревания материала по всей его массе.
Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения. Вода, находящаяся в порах материала, при замерзании увеличивается в объеме, и образующийся лед давит на стенки пор материала. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, которые постепенно разрушают его. По морозостойкости материалы подразделяют на следующие марки: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более [7].
Гидроизоляционные материалы проверяют также на атмосфсроустойчивость.
Атмосфероустойчивость материалов — способность гидроизоляционных материалов выдерживать колебания температуры окружающей среды от минусовой до плюсовой и наоборот. Эту величину измеряют коэффициентом атмосфсроустойчивости Ка, соответствующим 500 циклам колебаний температуры. Этот коэффициент не должен быть менее 0,9 для надземных и 0,7 ÷ 0,5 для подземных и гидротехнических сооружений.
Теплопроводность и теплоемкость материалов
Теплопроводность
Теплопроводность – способность материала проводить тепловой поток через свою толщину при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Показателем теплопроводности является коэффициент теплопроводности λ. Иногда теплопроводность выражают величиной, обратной λ,— термическим сопротивлением (R = 1 / λ).
Коэффициент теплопроводности зависит от природы материала, его строения, пористости и влажности. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен по сравнению с материалом аморфного строения. Коэффициент теплопроводности слоистых (слоистые пластики) и волокнистых (древесина) материалов существенно зависит от направления теплового потока по отношению к слоям или волокнам. Так, у древесины вдоль волокон он примерно вдвое больше, чем поперек.
Величина λ тем больше, чем крупнее поры в материалах. Коэффициент снижается с уменьшением средней плотности однородных материалов, причем наименьшую теплопроводность имеют материалы с развитой пористостью и небольшой влажностью. При увлажнений материала теплопроводность его увеличивается, так как коэффициент теплопроводности воды примерно в 25 раз больше, чем воздуха. Ниже приводятся коэффициенты теплопроводности различных материалов, Вт / (м · °С); для сравнения даются значения λ воды и воздуха:
бетон тяжелый…………. 1,28—1,55
кирпич глиняный………. 0,70—0,85
поперек волокон 0,17
минеральная вата 0,06—0,09
Теплопроводность имеет практическое значение при выборе материалов для наружных стен, перекрытий и покрытий зданий, изоляции теплосетей, холодильников, котлов и т. п.
Теплоемкость
алюминиевые сплавы 0,90
природные каменные материалы 0,75—0,93
бетон тяжелый 0,80—0,92
Теплоемкость учитывают при определении теплоустойчивости наружных ограждений отапливаемых зданий (требуются материалы с наиболее высокой удельной теплоемкостью), при расчете подогрева составляющих бетона и раствора, также мастик для работ в зимнее время и т. п.
Тепловое расширение
Тепловое расширение – свойство материала изменять объем и размеры при нагревании. Количественно характеризуется коэффициентами объемного и линейного расширения. Коэффициент объемного расширения равен относительному увеличению объема материала, а коэффициент линейного расширения – относительному увеличению его длины при нагревании на 1 °С. Жесткое соединение нескольких материалов с разными коэффициентами теплового расширения может вызвать в конструктивном элементе значительные по величине напряжения, которые приведут к его короблению и растрескиванию. При большом изменении размеров материала из-за колебаний температуры может произойти его разрушение.
Огнестойкость – способность материала противостоять действию огня и высоких температур во время пожара. По степени огнестойкости все материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Под действием огня или высокой температуры материалы ведут себя по-разному: несгораемые (природные каменные материалы, бетон, кирпич, сталь и т. п.) не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются; трудносгораемые (фибролит, асфальтовый бетон, древесина, пропитанная огнезащитными составами) с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются в присутствии источника огня; сгораемые (незащищенная древесина, войлок, рубероид, большинство полимерных материалов) воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня. Причем из числа несгораемых одни материалы (кирпич глиняный, черепица, большинство бетонов) практически не деформируются и не растрескиваются, другие – значительно деформируются (сталь), а некоторые разрушаются (гранит, мрамор, известняк).
При оценке огнестойкости материалов необходимо также учитывать совместное действие высокой температуры, воды и других жидкостей, используемых при тушении пожара, а также химических веществ и газов, выделяющихся из некоторых материалов (особенно полимерных).
Огнеупорность – свойство материала выдерживать, не расплавляясь и не деформируясь, длительное воздействие высоких температур. По степени огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие: огнеупорные (например, шамотный кирпич) выдерживают продолжительное воздействие температуры свыше 1580 °C (используют для внутренней облицовки промышленных печей), тугоплавкие (гжельский кирпич) выдерживают температуру 1350—1580 °С, легкоплавкие (кирпич глиняный обыкновенный) противостоят температуре ниже 1350 °С.
Электропроводность – способность материала проводить электрический ток. Она зависит от обратного электропроводности свойства – электрического сопротивления. Очевидно, что чем меньше удельное электрическое сопротивление материала, тем лучше он проводит электрический ток. В зависимости от этого показателя все материалы подразделяют на проводники, полупроводники и изоляторы. К проводникам относятся серебро, медь и ее сплавы, алюминий, сталь. Хорошими изоляторами являются резина, асбест, фарфор, стекло, пластические массы. Полупроводники (кремний, мышьяк и др.) занимают промежуточное положение между проводниками и изоляторами; в обычных условиях они слабо проводят электрический ток. Полупроводники широко применяются в различных отраслях народного хозяйства, в частности для регулирования силы тока и напряжения, преобразования одного вида энергии в другой.
Электропроводность и соответственно электрическое сопротивление материалов учитывают при оценке качества и выборе шнуров, проводов, кабелей, электроустановочных и других изделий.
Цвет материалов – это определенное зрительное ощущение, вызываемое в результате воздействия на глаз потоков электромагнитного излучения в диапазоне видимой части спектра. В общем случае цвет материала связан с его окраской, свойствами поверхности и оптическими свойствами источников света. Цвет играет большую роль при выборе облицовочных и отделочных материалов.
Структура – строение материала, определенное сочетание его составных частей. В структуре материалов различают структуру горной породы, структуру металла и др.
Фактура (от латинского фактура – обработка, строение) – видимое строение поверхности материала. Различают две группы фактур: рельефные (с разной высотой и разнообразным характером рельефа) и гладкие (от зеркально-блестящих до шероховато-ровных).
Цвет, структура и фактура различных материалов более подробно рассмотрены при их характеристике в соответствующих главах книги.
Удельная теплоемкость вещества
Нагревание и охлаждение
Эти два процесса знакомы каждому. Вот нам захотелось чайку, и мы ставим чайник, чтобы нагреть воду. Или ставим газировку в холодильник, чтобы охладить.
Логично предположить, что нагревание — это увеличение температуры, а охлаждение — ее уменьшение. Все, процесс понятен, едем дальше.
Но не тут-то было: температура меняется не «с потолка». Все завязано на таком понятии, как количество теплоты. При нагревании тело получает количество теплоты, а при нагревании — отдает.
В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:
Нагревание
Охлаждение
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
В этих формулах фигурирует и изменение температуры, о котором мы сказали выше, и удельная теплоемкость, речь о которой пойдет дальше.
А вот теперь поговорим о видах теплопередачи.
Виды теплопередачи
Здесь все совсем несложно, их всего три: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность
Тот вид теплопередачи, который можно охарактеризовать, как способность тел проводить энергию от более нагретого тела к менее нагретому.
Речь о том, чтобы передать тепло с помощью соприкосновения. Признавайтесь, грелись же когда-нибудь возле батареи. Если вы сидели к ней вплотную, то согрелись вы благодаря теплопроводности. Обниматься с котиком, у которого горячее пузо, тоже эффективно.
Порой мы немного перебарщиваем с возможностями этого эффекта, когда на пляже ложимся на горячий песок. Эффект есть, только не очень приятный. Ну а ледяная грелка на лбу дает обратный эффект — ваш лоб отдает тепло грелке.
Конвекция
Когда мы говорили о теплопроводности, мы приводили в пример батарею. Теплопроводность — это когда мы получаем тепло, прикоснувшись к батарее. Но все вещи в комнате к батарее не прикасаются, а комната греется. Здесь вступает конвекция.
Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный просто плотнее). Когда батарея нагревает некий объем воздуха, он тут же поднимается наверх, проходит вдоль потолка, успевает остыть и спуститься обратно вниз — к батарее, где снова нагревается. Таким образом, вся комната равномерно прогревается, потому что все более горячие потоки сменяют все менее холодные.
Излучение
Пляж мы уже упоминали, но речь шла только о горячем песочке. А вот тепло от солнышка — это излучение. В этом случае тепло передается через волны.
Обоими способами. То тепло, которое мы ощущаем непосредственно от камина (когда лицу горячо, если вы расположились слишком близко к камину) — это излучение. А вот прогревание комнаты в целом — это конвекция.
Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета
Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:
Нагревание
Охлаждение
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.
С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:
Удельная теплоемкость вещества
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:
Удельная теплоемкость вещества
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
C — теплоемкость вещества [Дж/˚C]
Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:
Количество теплоты, необходимое для нагревания тела
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
Таблица удельных теплоемкостей
Удельная теплоемкость — табличная величина. Часто ее указывают в условии задачи, но при отсутствии в условии — можно и нужно воспользоваться таблицей. Ниже приведена таблица удельных теплоемкостей для некоторых (многих) веществ.
Теплопроводность и теплоемкость чем отличаются
1.3.2. Теплоемкость, теплопроводность материалов.
Теплоемкость газов хорошо изучена теоретически. Для газов даже введено два типа теплоемкости: при постоянном давлении Cp и при постоянном объеме Cv. Обычно рассматривают теплоемкость, приходящуюся на одну молекулу. Тогда для одноатомного газа Cp=5/2 kT, а Cv=3/2 kT. Почему при постоянном давлении труднее нагревать молекулы? Ясно, что при этом газ расширяется, значит, нужна дополнительная энергия, чтобы нагревать газ при постоянном давлении. Отметим, что для многоатомных газов теплоемкость выше, т.к. при нагревании требуется энергия для вращения молекул, колебаний и т.п.
Приведем выражение для тепловой энергии материала:
где m-масса материала, T2,T1 конечная и начальная температуры.
Это выражение можно переписать для локальных, удельных, параметров:
Выражения (1.27-1.28) позволяют определить изменение температуры материала в процессе его работы, например, за счет диэлектрических потерь энергии, протекания тока или какого-либо другого процесса. Энерговыделение Q задается конкретными процессами, протекающими в материале.
Для газов и жидкостей обычная теплопроводность играет незначительную роль. В этом случае главную роль играют конвекция и излучение.
Конвекция возникает из-за того, что нагретые жидкость или газ расширяются, их плотность уменьшается, они начинают “всплывать” под действием выталкивающей силы Архимеда. За счет этого возникают локальные течения, которые эффективно уносят тепло из нагретой зоны. В теплотехнике развит аппарат расчета теплопроводности при учете конвекции. Грубо, можно сказать, что конвекция увеличивает теплопроводность в несколько раз.
Тепловое излучение также важно, особенно при повышенных температурах. Основное выражение, используемое в оценках, имеет вид:
Самая высокая теплопроводность в нормальном диапазоне температур может быть достигнута путем переноса теплоты испарения. Если где-то испарить жидкость, а затем ее конденсировать в другом месте, то теплота испарения заберет часть тепла от нагретого участка и передаст его при конденсации в другом месте. Это эквивалентно теплопроводности между этими участками. Оценки показывают, что эквивалентная теплопроводность может превысить теплопроводность меди примерно в пять тысяч раз.
Температурные коэффициенты. Практически все свойства материалов зависят от температуры. Обычно это учитывается введением т.н. температурного коэффициента. Строго математически для какого-либо свойства х, он вводится выражением
На практике обычно пользуются линейным приближением, считая изменение характеристики с температурой малым, по сравнению с основным значением. Для этого случая можно явно выписать температурную зависимость.
Для удельного сопротивления r (Т)= r (Т 0 )(1 + Тк r (Т-Т 0))
Для диэлектрической проницаемости e (Т)= e (Т 0 )(1 + Тк e (Т-Т 0))
Конкретные значения температурных коэффициентов материалов можно найти в справочниках. В случае сильного изменения характеристик с температурой (например, диэлектрической проницаемости в случае сегнетоэлектриков) линейным приближением пользоваться нельзя. В этих случаях следует воспользоваться таблицами или графиками.
Теплоемкость и теплопроводность металлов
Краткая таблица удельной теплоемкости
Ниже представлена краткая таблица с самыми частоиспользуемыми веществами:
Вещество | Коэф. теплоемкости (Дж/(кг*К)) |
Золото | 129 |
Серебро | 234 |
Медь | 385 |
Железо | 444 |
Сталь | 460 |
Чугун | 500 |
Гранит | 770 |
Песок | 835 |
Оконное стекло | 840 |
Земля (сухая) | 840 |
Соль поваренная | 880 |
Асфальт | 920 |
Кислород | 920 |
Алюминий | 930 |
Воздух (сухой) | 1005 |
Бетон | 1130 |
Бумага (сухая) | 1340 |
Бензол | 1420 |
Пластмасса | 1900 |
Вода (пар при 100 °C) | 2020 |
Вода (лед при 0 °C) | 2060 |
Вода морская (3% соли) | 3930 |
Вода | 4183 |
Водород | 14300 |
Таблица удельной теплоемкости газов
В таблице приведена удельная теплоемкость газов Cpпри температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении (101325 Па).
Таблица удельной теплоемкости газовГазыCp, Дж/(кг·К)Азот N21051Аммиак NH32244Аргон Ar523Ацетилен C2H21683Водород H214270Воздух1005Гелий He5296Кислород O2913Криптон Kr251Ксенон Xe159Метан CH42483Неон Ne1038Оксид азота N2O913Оксид азота NO976Оксид серы SO2625Оксид углерода CO1043Пропан C3H81863Сероводород H2S1026Углекислый газ CO2837Хлор Cl520Этан C2H61729Этилен C2H41528
Расширенная таблица удельной теплоемкости
Вещество | Коэф. теплоемкости (Дж/(кг*К)) |
Золото | 129 |
Свинец | 130 |
Иридий | 134 |
Вольфрам | 134 |
Платина | 134 |
Ртуть | 139 |
Олово | 218 |
Серебро | 234 |
Цинк | 380 |
Латунь | 380 |
Медь | 385 |
Константан | 410 |
Железо | 444 |
Сталь | 460 |
Высоколегированная сталь | 480 |
Чугун | 500 |
Никель | 500 |
Алмаз | 502 |
Флинт (стекло) | 503 |
Кронглас (стекло) | 670 |
Кварцевое стекло | 703 |
Сера ромбическая | 710 |
Кварц | 750 |
Гранит | 770 |
Фарфор | 800 |
Цемент | 800 |
Кальцит | 800 |
Базальт | 820 |
Песок | 835 |
Графит | 840 |
Кирпич | 840 |
Оконное стекло | 840 |
Асбест | 840 |
Кокс (0. 100 °С) | 840 |
Известь | 840 |
Волокно минеральное | 840 |
Земля (сухая) | 840 |
Мрамор | 840 |
Соль поваренная | 880 |
Слюда | 880 |
Нефть | 880 |
Глина | 900 |
Соль каменная | 920 |
Асфальт | 920 |
Кислород | 920 |
Алюминий | 930 |
Трихлорэтилен | 930 |
Абсоцемент | 960 |
Силикатный кирпич | 1000 |
Полихлорвинил | 1000 |
Хлороформ | 1000 |
Воздух (сухой) | 1005 |
Азот | 1042 |
Гипс | 1090 |
Бетон | 1130 |
Сахар-песок | 1250 |
Хлопок | 1300 |
Каменный уголь | 1300 |
Бумага (сухая) | 1340 |
Серная кислота (100%) | 1340 |
Сухой лед (твердый CO2) | 1380 |
Полистирол | 1380 |
Полиуретан | 1380 |
Резина (твердая) | 1420 |
Бензол | 1420 |
Текстолит | 1470 |
Солидол | 1470 |
Целлюлоза | 1500 |
Кожа | 1510 |
Бакелит | 1590 |
Шерсть | 1700 |
Машинное масло | 1670 |
Пробка | 1680 |
Толуол | 1720 |
Винилпласт | 1760 |
Скипидар | 1800 |
Бериллий | 1824 |
Керосин бытовой | 1880 |
Пластмасса | 1900 |
Соляная кислота (17%) | 1930 |
Земля (влажная) | 2000 |
Вода (пар при 100 °C) | 2020 |
Бензин | 2050 |
Вода (лед при 0 °C) | 2060 |
Сгущенное молоко | 2061 |
Деготь каменноугольный | 2090 |
Ацетон | 2160 |
Сало | 2175 |
Парафин | 2200 |
Древесноволокнистая плита | 2300 |
Этиленгликоль | 2300 |
Этанол (спирт) | 2390 |
Дерево (дуб) | 2400 |
Глицерин | 2430 |
Метиловый спирт | 2470 |
Говядина жирная | 2510 |
Патока | 2650 |
Масло сливочное | 2680 |
Дерево (пихта) | 2700 |
Свинина, баранина | 2845 |
Печень | 3010 |
Азотная кислота (100%) | 3100 |
Яичный белок (куриный) | 3140 |
Сыр | 3140 |
Говядина постная | 3220 |
Мясо птицы | 3300 |
Картофель | 3430 |
Тело человека | 3470 |
Сметана | 3550 |
Литий | 3582 |
Яблоки | 3600 |
Колбаса | 3600 |
Рыба постная | 3600 |
Апельсины, лимоны | 3670 |
Сусло пивное | 3927 |
Вода морская (6% соли) | 3780 |
Грибы | 3900 |
Вода морская (3% соли) | 3930 |
Вода морская (0,5% соли) | 4100 |
Вода | 4183 |
Нашатырный спирт | 4730 |
Столярный клей | 4190 |
Гелий | 5190 |
Водород | 14300 |
Как видно из таблицы теплоемкости веществ, водород имеет самый большой коэфициент. Но и обычная вода имеет неплохой показатель.
Показатель теплоемкости веществ используется, когда нужно сохранить тепло или холод, например, в системах кондиционирования и отопления. Чем больше теплоемкость вещества, тем труднее нагреть его, но и охладить его тоже сложно. Вещества с небольшой теплоемкостью используются так, где нужнен быстрый нагрев или охлаждение.
Таблица удельной теплоемкости жидкостей
В таблице представлены значения удельной теплоемкости Cpраспространенных жидкостей при температуре 10…25°С и нормальном атмосферном давлении.
Таблица удельной теплоемкости жидкостейЖидкостиCp, Дж/(кг·К)Азотная кислота (100%-ная) NH31720Анилин C6H5NH22641Антифриз (тосол)2990Ацетон C3H6O2160Бензин2090Бензин авиационный Б-702050Бензол C6H61050Вода H2O4182Вода морская3936Вода тяжелая D2O4208Водка (40% об.)3965Водный раствор хлорида натрия (25%-ный)3300Газойль1900Гидроксид аммония4610Глицерин C3H5(OH)32430Даутерм1590Карборан C2H12B101720Керосин2085…2220Кефир3770Мазут2180Масло АМГ-101840Масло ВМ-41480Масло касторовое2219Масло кукурузное1733Масло МС-202030Масло подсолнечное рафинированное1775Масло ТМ-11640Масло трансформаторное1680Масло хлопковое рафинированное1737Масло ХФ-221640Молоко сгущенное с сахаром3936Молоко цельное3906Нефть2100Парафин жидкий (при 50С)3000Пиво3940Серная кислота (100%-ная) H2SO41380Сероуглерод CS21000Силикон2060Скипидар1800Сливки (35% жирности)3517Сок виноградный2800…3690Спирт метиловый (метанол) CH3OH2470Спирт этиловый (этанол) C2H5OH2470Сыворотка молочная4082Толуол C7H81130Топливо дизельное (солярка)2010Топливо реактивное2005Уротропин C6H12N41470Фреон-12 CCl2F2840Эфир этиловый C4H10O2340
Теплоемкость строительных материалов
Теплоемкость материалов, таблица по которой приведена выше, зависит от плотности и коэффициента теплопроводности материала.
А коэффициент теплопроводности, в свою очередь, зависит от крупности и замкнутости пор. Мелкопористый материал, имеющий замкнутую систему пор, обладает большей теплоизоляцией и, соответственно, меньшей теплопроводностью, нежели крупнопористый.
Это очень легко проследить на примере наиболее распространенных в строительстве материалов. На рисунке, представленном ниже, показано каким образом влияет коэффициент теплопроводности и толщина материала на теплозащитные качества наружных ограждений.
Из рисунка видно, что строительные материалы с меньшей плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности. Однако так бывает не всегда. Например, существуют волокнистые виды теплоизоляции, для которых действует противоположная закономерность: чем меньше плотность материала, тем выше будет коэффициент теплопроводности.
Поэтому нельзя доверять исключительно показателю относительной плотности материала, а стоит учитывать и другие его характеристики.
Теплоемкость материалов — таблица
В строительстве очень важной характеристикой является теплоемкость строительных материалов. От нее зависят теплоизоляционные характеристики стен постройки, а соответственно, и возможность комфортного пребывания внутри здания. Прежде, чем приступить к ознакомлению с теплоизоляционными характеристиками отдельных строительных материалов, необходимо понять, что собой представляет теплоемкость и как она определяется.
Удельная теплоемкость материалов
Теплоемкость – это физическая величина, описывающая способность того или иного материала накапливать в себе температуру от нагретой окружающей среды. Количественно удельная теплоемкость равна количеству энергии, измеряемой в Дж, необходимой для того, чтобы нагреть тело массой 1 кг на 1 градус. Ниже представлена таблица удельной теплоемкости наиболее распространенных в строительстве материалов.
Для того, чтобы рассчитать теплоемкость того или иного материала, необходимо обладать такими данными, как:
Теплоемкость строительных материалов
Теплоемкость материалов, таблица по которой приведена выше, зависит от плотности и коэффициента теплопроводности материала.
А коэффициент теплопроводности, в свою очередь, зависит от крупности и замкнутости пор. Мелкопористый материал, имеющий замкнутую систему пор, обладает большей теплоизоляцией и, соответственно, меньшей теплопроводностью, нежели крупнопористый.
Это очень легко проследить на примере наиболее распространенных в строительстве материалов. На рисунке, представленном ниже, показано каким образом влияет коэффициент теплопроводности и толщина материала на теплозащитные качества наружных ограждений.
Из рисунка видно, что строительные материалы с меньшей плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности.
Сравнительная характеристика теплоемкости основных строительных материалов
Для того, чтобы сравнить теплоемкость наиболее популярных строительных материалов, таких дерево, кирпич и бетон, необходимо рассчитать величину теплоемкости для каждого из них.
В первую очередь нужно определиться с удельной массой дерева, кирпича и бетона. Известно, что 1 м3 дерева весит 500 кг, кирпича – 1700 кг, а бетона – 2300 кг. Если мы берем стенку, толщина которой составляет 35 см, то путем нехитрых расчетов получим, что удельная масса 1 кв.м дерева составит 175 кг, кирпича – 595 кг, а бетона – 805 кг. Далее выберем значение температуры, при которой будет происходить накопление тепловой энергии в стенах. Например, это будет происходить в жаркий летний день с температурой воздуха 270С. Для выбранных условий рассчитываем теплоемкость выбранных материалов:
Из произведенных расчетов видно, что при одинаковой толщине стены наибольшим показателем теплоемкости обладает бетон, а наименьшим – дерево. О чем это говорит? Это говорит о том, что в жаркий летний день максимальное количество тепла будет накапливаться в доме, выполненном из бетона, а наименьшее – из дерева.
Этим объясняет тот факт, что в деревянном доме в жаркую погоду прохладно, а в холодную погоду тепло. Кирпич и бетон легко накапливают в себе достаточно большое количество тепла из окружающей среды, но так же легко и расстаются с ним.
Свойства металлов
Это — одна из важнейших характеристик металлов и сплавов. по плотности металлы делятся на следующие группы:
(плотность не более 5 г/см 3 ) — магний, алюминий, титан и др.:
— (плотность от 5 до 10 г/см 3 ) — железо, никель, медь, цинк, олово и др. (это наиболее обширная группа);
(плотность более 10 г/см 3 ) — молибден, вольфрам, золото, свинец и др.
В таблице 2 приведен значения плотности металлов. (Это и последующие таблицы характеризуют свойства тех металлов, которые составляют основу сплавов для художественного литья).
Таблица 2. Плотность металла.
Металл | Плотность г/см 3 | Металл | Плотность г/см 3 |
Магний | 1,74 | Железо | 7,87 |
Алюминий | 2,70 | Медь | 8,94 |
Титан | 4,50 | Серебро | 10,50 |
Цинк | 7,14 | Свинец | 11,34 |
Олово | 7,29 | Золото | 19,32 |
В зависимости от температуры плавления металл подразделяют на следующие группы:
(температура плавления не превышает 600 o С) — цинк, олово, свинец, висмут и др.;
(от 600 o С до 1600 o С) — к ним относятся почти половина металлов, в том числе магний, алюминий, железо, никель, медь, золото;
Теплоемкость твердых материалов и жидкостей
Удельная теплоемкость различных твердых веществ при 20 °C (если не указано другое значение температуры)
Название | Cpж кДж/(кг °С) | Название | Cpж кДж/(кг °С) |
Асбест | 0,80 | Мрамор | 0,80 |
Асбоцемент (плиты) | 0,96 | Панели легкие строительные | 1,47. 1,88 |
Асфальт | 0,92 | Парафин | 2,19 |
Базальт | 0,84 | Песчаник глиноизвестковый | 0,96 |
Бакелит | 1,59 | Песчаник керамический | 0,75-0,84 |
Бетон | 1,00 | Песчаник красный | 0,71 |
Бумага сухая | 1,34 | Пластмасса | 1.67. 2.09 |
Волокно минеральное | 0,84 | Полистирол | 1,38 |
Гипс | 1,09 | Полиуретан | 1,38 |
Глина | 0,88 | Полихлорвинил | 1,00 |
Гранит | 0,75 | Пробка | 1,26. 2,51 |
Графит | 0,84 | Пробка, крошка | 1,38 |
Грунт песчаный | 1.1. 3.2 | Резина твердая | 1,42 |
Дерево, дуб | 2,40 | Сера ромбическая | 0,71 |
Дерево, пихта | 2,70 | Слюда | 0,84 |
Древесно-волокнистая плита | 2,30 | Солидол | 1,47 |
Земля влажная | 2,0 | Соль каменистая | 2.1. 3.0 |
Земля сухая | 0,84 | Соль каменная | 0,92 |
Земля утрамбованная | 1,0-3,0 | Соль поваренная | 0,88 |
Зола | 0,80 | Стекло | 0,75-0,82 |
Известь | 0,84 | Стекловолокно | 0,84 |
Кальцит | 0,80 | Тело человека | 3,47 |
Камень | 0.84..1,26 | Торф | 1,67. 2,09 |
Каолин (белая глина) | 0,88 | Уголь бурый (О. 1ОО °С ) | |
Картон сухой | 1,34 | 20% воды | 2,09 |
Кварц | 0,75 | 60% воды | 3,14 |
Кизельгур (диатомит) | 0,84 | в брикетах | 1,51 |
Кирпич | 0,84 | Уголь древесный | 0,75. 1,17 |
Кирпичная стена | 0,84. 1,26 | Уголь каменный (0. 100°С) | 1,17. 1,26 |
Кожа | 1,51 | Фарфор | 0,80 |
Кокс (0. 100°С) | 0,84 | Хлопок | 1,30 |
(0. 1000°C) | 1,13 | Целлюлоза | 1.55 |
Лед (0°С) | 2.11 | Цемент | 0,80 |
(-10°С) | 2,22 | Чугун | 0,55 |
(-20 °С) | 2,01 | Шерсть | 1,80 |
(-60 °С ) | 1,64 | Шифер | 0,75 |
Лед сухой (твердая CO2) | 1,38 | Щебень | 0,75. 1,00 |
Удельная теплоемкость различных жидких веществ при 20 °С (если не указано другое значение температуры)
Название | Cpж кДж/(кг °С) | Название | Cpж кДж/(кг °С) |
Ацетон | 2,22 | Масло минеральное | 1,67. 2,01 |
Бензин | 2,09 | Масло смазочное | 1,67 |
Бензол (10°С) | 1,42 | Метиленхлорид | 1,13 |
(40С) | 1,77 | Метил хлорид | 1,59 |
Вода чистая (0°С) | 4,218 | Морская вода (18°С) | |
(10°С) | 4,192 | 0,5% соля | 4,10 |
(20°С) | 4,182 | 3% соля | 3,93 |
(40°С) | 4,178 | 6% соли | 3,78 |
(60°С) | 4,184 | Нефть | 0,88 |
(80°С) | 4,196 | Нитробензол | 1,47 |
(100°С) | 4,216 | Парафин жидкий | 2,13 |
Глицерин | 2,43 | Рассол (-10°С) | |
Гудрон | 2,09 | 20% соли | 3,06 |
Деготь каменноугольный | 2,09 | 30% соли | 2,64. 2,72 |
Дифенил | 2,13 | Ртуть | 0,138 |
Довтерм | 1,55 | Скипидар | 1,80 |
Керосин бытовой | 1,88 | Спирт метиловый (метанол) | 2,47 |
Керосин бытовой (100 °С) | 2,01 | Спирт нашатырный | 4,73 |
Керосин тяжелый | 2,09 | Спирт этиловый (этанол) | 2,39 |
Кислота азотная 100%-я | 3,10 | Толуол | 1.72 |
Кислота серная 100%-я | 1,34 | Трихлорэтилен | 0,93 |
Кислота соляная 17%-я | 1,93 | Хлороформ | 1,00 |
Кислота угольная (-190°С) | 0,88 | Этиленгликоль | 2,30 |
Клей столярный | 4,19 | Эфир кремниевой кислоты | 1,47 |
Примечание: источниками справочных данных являются публикации в Интернете, поэтому они не могут считаться «официальными» и «абсолютно точными». Как правило, в Интернет справочниках не приводятся ссылки на научные работы, являющиеся основой опубликованных данных. Мы стараемся брать информацию из наиболее надежных научных сайтов. Однако если кого-то интересуют ссылки на эксперименты, советуем произвести самостоятельно углубленный поиск в Интернете. Будем признательны за любые комментарии к нашим справочным таблицам, а особенно за уточнения существующей информации или дополнение справочных данных.