De maateenheid voor de hoeveelheid warmte. Hoeveelheid warmte. Vergelijking van de warmtebalans

Het proces van het overbrengen van energie van het ene lichaam naar het andere zonder arbeid te verrichten wordt genoemd warmte uitwisseling of warmteoverdracht. Warmteoverdracht vindt plaats tussen lichamen die dat wel hebben verschillende temperatuur. Wanneer contact tot stand komt tussen lichamen met verschillende temperaturen, wordt een deel van de interne energie overgedragen van het lichaam met meer hoge temperatuur naar een lichaam met een lagere temperatuur. De energie die als gevolg van warmteoverdracht aan het lichaam wordt overgedragen, wordt genoemd hoeveelheid warmte.

Specifieke warmtecapaciteit van een stof:

Als het warmteoverdrachtsproces niet gepaard gaat met arbeid, dan is, op basis van de eerste wet van de thermodynamica, de hoeveelheid warmte gelijk aan de verandering in de interne energie van het lichaam: .

De gemiddelde energie van de willekeurige translatiebeweging van moleculen is evenredig met de absolute temperatuur. De verandering in de interne energie van een lichaam is gelijk aan de algebraïsche som van de veranderingen in de energie van alle atomen of moleculen, waarvan het aantal evenredig is met de massa van het lichaam, dus de verandering in interne energie en bijgevolg de hoeveelheid warmte is evenredig met de massa en temperatuurverandering:

De evenredigheidsfactor in deze vergelijking wordt genoemd specifieke warmtecapaciteit van een stof. De soortelijke warmtecapaciteit geeft aan hoeveel warmte er nodig is om 1 kg van een stof 1 K in temperatuur te laten stijgen.

Werk in de thermodynamica:

In de mechanica wordt arbeid gedefinieerd als het product van de modules van kracht en verplaatsing en de cosinus van de hoek daartussen. Arbeid wordt verricht wanneer een kracht inwerkt op een bewegend lichaam en gelijk is aan de verandering in zijn kinetische energie.

In de thermodynamica wordt niet gekeken naar de beweging van een lichaam als geheel; we hebben het over de beweging van delen van een macroscopisch lichaam ten opzichte van elkaar. Als gevolg hiervan verandert het volume van het lichaam en blijft de snelheid gelijk aan nul. Werk in de thermodynamica wordt op dezelfde manier gedefinieerd als in de mechanica, maar het is gelijk aan de verandering niet in de kinetische energie van het lichaam, maar in zijn interne energie.

Wanneer het werk is gedaan (compressie of expansie), verandert de interne energie van het gas. De reden hiervoor is als volgt: tijdens elastische botsingen van gasmoleculen met een bewegende zuiger verandert hun kinetische energie.

Laten we de arbeid van het gas tijdens expansie berekenen. Het gas werkt met een kracht op de zuiger
, waar is de druk van het gas, en - oppervlakte zuiger. Terwijl het gas uitzet, beweegt de zuiger in de richting van de kracht voor een korte afstand
. Als de afstand klein is, kan de gasdruk als constant worden beschouwd. De arbeid van het gas is:

Waar
- verandering in gasvolume.

Tijdens het uitzetten van het gas doet het positief werk, omdat de richting van kracht en verplaatsing samenvallen. Tijdens het expansieproces geeft het gas energie af aan de omringende lichamen.

Het werk dat door externe instanties aan een gas wordt gedaan, verschilt alleen in teken van het werk van een gas
, omdat de kracht werken op het gas is tegengesteld aan de kracht , waarmee het gas op de zuiger inwerkt, en is er in absolute waarde gelijk aan (derde wet van Newton); en de beweging blijft hetzelfde. Daarom is het werk van externe krachten gelijk aan:

.

Eerste wet van de thermodynamica:

De eerste wet van de thermodynamica is de wet van behoud van energie, uitgebreid tot thermische verschijnselen. Wet van energiebesparing: energie in de natuur ontstaat niet uit het niets en verdwijnt niet: de hoeveelheid energie blijft onveranderd, het verandert alleen van de ene vorm in de andere.

In de thermodynamica worden lichamen beschouwd waarvan de positie van het zwaartepunt praktisch niet verandert. De mechanische energie van dergelijke lichamen blijft constant en alleen de interne energie kan veranderen.

Interne energie kan op twee manieren worden gewijzigd: warmteoverdracht en werk. In het algemeen verandert de interne energie zowel door warmteoverdracht als door de uitvoering van werk. De eerste wet van de thermodynamica is precies geformuleerd voor dergelijke algemene gevallen:

De verandering in de interne energie van het systeem tijdens de overgang van de ene toestand naar de andere is gelijk aan de som van het werk van externe krachten en de hoeveelheid warmte die aan het systeem wordt overgedragen:

Als het systeem geïsoleerd is, wordt er niet aan gewerkt en wisselt het geen warmte uit met de omringende lichamen. Volgens de eerste wet van de thermodynamica de interne energie van een geïsoleerd systeem blijft ongewijzigd.

Gezien dat
, kan de eerste wet van de thermodynamica als volgt worden geschreven:

De hoeveelheid warmte die aan het systeem wordt overgedragen, verandert de interne energie en voert werk uit aan externe lichamen door het systeem.

Tweede wet van de thermodynamica: het is onmogelijk om warmte over te dragen van een kouder systeem naar een heter systeem zonder andere gelijktijdige veranderingen in beide systemen of in de omringende lichamen.

De verandering in interne energie door werk te doen wordt gekenmerkt door de hoeveelheid werk, d.w.z. arbeid is een maat voor de verandering in interne energie in een bepaald proces. De verandering in de interne energie van een lichaam tijdens warmteoverdracht wordt gekenmerkt door een grootheid die de hoeveelheid warmte wordt genoemd.

is de verandering in de interne energie van het lichaam in het proces van warmteoverdracht zonder werk te doen. De hoeveelheid warmte wordt aangegeven met de letter Q .

Arbeid, interne energie en de hoeveelheid warmte worden gemeten in dezelfde eenheden - joules ( J), zoals elke andere vorm van energie.

Bij thermische metingen wordt een speciale energie-eenheid, de calorie ( ontlasting), gelijk aan de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 1 gram water met 1 graad Celsius te verhogen (meer precies, van 19,5 tot 20,5 ° C). Met name deze eenheid wordt momenteel gebruikt bij het berekenen van het warmteverbruik (thermische energie) in appartementsgebouwen. Empirisch is het mechanische equivalent van warmte vastgesteld - de verhouding tussen calorieën en joules: 1 kcal = 4,2 J.

Wanneer een lichaam een ​​bepaalde hoeveelheid warmte afgeeft zonder arbeid te verrichten, neemt zijn interne energie toe, als een lichaam een ​​bepaalde hoeveelheid warmte afgeeft, neemt zijn interne energie af.

Als je 100 g water in twee identieke vaten giet en 400 g in een ander vat met dezelfde temperatuur en ze op dezelfde branders zet, dan zal het water in het eerste vat eerder koken. Dus hoe groter de massa van het lichaam, hoe groter de hoeveelheid warmte die het nodig heeft om op te warmen. Hetzelfde geldt voor koeling.

De hoeveelheid warmte die nodig is om een ​​lichaam te verwarmen, hangt ook af van het soort stof waaruit dit lichaam is gemaakt. Deze afhankelijkheid van de hoeveelheid warmte die nodig is om het lichaam op te warmen van het soort stof wordt gekenmerkt door een zogenaamde fysische grootheid specifieke warmte capaciteit stoffen.

- dit is fysieke hoeveelheid, gelijk aan de hoeveelheid warmte die moet worden gerapporteerd aan 1 kg van een stof om deze met 1 ° C (of 1 K) te verwarmen. Dezelfde hoeveelheid warmte wordt afgegeven door 1 kg van een stof bij afkoeling met 1 °C.

De specifieke warmtecapaciteit wordt aangegeven met de letter Met. De eenheid van specifieke warmtecapaciteit is 1 J/kg °C of 1 J/kg °K.

De waarden van de specifieke warmtecapaciteit van stoffen worden experimenteel bepaald. Vloeistoffen hebben een hogere specifieke warmtecapaciteit dan metalen; Water heeft de hoogste soortelijke warmtecapaciteit, goud heeft een zeer kleine soortelijke warmtecapaciteit.

Aangezien de hoeveelheid warmte gelijk is aan de verandering in de interne energie van het lichaam, kunnen we zeggen dat de specifieke warmtecapaciteit laat zien hoeveel de interne energie verandert 1 kg stof wanneer de temperatuur verandert 1°C. In het bijzonder neemt de interne energie van 1 kg lood, wanneer het wordt verwarmd met 1 ° C, toe met 140 J, en wanneer het wordt afgekoeld, neemt het af met 140 J.

Q nodig om de lichaamsmassa op te warmen m temperatuur- t 1 °С tot op temperatuur t 2 °С, is gelijk aan het product van de specifieke warmtecapaciteit van de stof, lichaamsgewicht en het verschil tussen de eind- en begintemperatuur, d.w.z.

Q \u003d c ∙ m (t 2 - t 1)

Volgens dezelfde formule wordt ook de hoeveelheid warmte berekend die het lichaam bij afkoeling afgeeft. Alleen in dit geval mag de eindtemperatuur worden afgetrokken van de begintemperatuur, d.w.z. van grotere waarde minder temperatuur aftrekken.

Dit is een samenvatting over het onderwerp. "Hoeveelheid warmte. Specifieke hitte". Kies volgende stappen:

• Ga naar de volgende samenvatting:

De focus van ons artikel is de hoeveelheid warmte. We zullen het concept van interne energie beschouwen, die wordt getransformeerd wanneer deze waarde verandert. We zullen ook enkele voorbeelden laten zien van de toepassing van berekeningen in menselijke activiteit.

Warmte

Met elk woord van de moedertaal heeft elke persoon zijn eigen associaties. Ze zijn gedefinieerd persoonlijke ervaring en irrationele gevoelens. Wat wordt gewoonlijk weergegeven door het woord "warmte"? Een zachte deken, een werkende cv-batterij in de winter, de eerste zonlicht lente, kat. Of de blik van een moeder, een geruststellend woord van een vriend, tijdige aandacht.

Natuurkundigen bedoelen hiermee een heel specifieke term. En heel belangrijk, vooral in sommige delen van deze complexe maar fascinerende wetenschap.

Thermodynamica

Het is niet de moeite waard om de hoeveelheid warmte los te zien van de eenvoudigste processen waarop de wet van behoud van energie is gebaseerd - niets zal duidelijk zijn. Daarom herinneren we onze lezers er om te beginnen aan.

Thermodynamica beschouwt elk ding of object als een combinatie van zeer een groot aantal elementaire delen - atomen, ionen, moleculen. De vergelijkingen beschrijven elke verandering in de collectieve toestand van het systeem als geheel en als onderdeel van het geheel bij het wijzigen van macroparameters. Deze laatste worden opgevat als temperatuur (aangeduid als T), druk (P), concentratie van componenten (meestal C).

Interne energie

Interne energie is vrij samengestelde term, in de zin waarvan het de moeite waard is om te begrijpen voordat we het hebben over de hoeveelheid warmte. Het geeft de energie aan die verandert met een toename of afname van de waarde van de macroparameters van het object en is niet afhankelijk van het referentiesysteem. Het maakt deel uit van de totale energie. Het valt ermee samen onder omstandigheden waarin het massamiddelpunt van het bestudeerde ding in rust is (dat wil zeggen, er is geen kinetische component).

Wanneer een persoon voelt dat een object (bijvoorbeeld een fiets) is opgewarmd of afgekoeld, toont dit aan dat alle moleculen en atomen waaruit dit systeem ervoer een verandering in interne energie. De constantheid van de temperatuur betekent echter niet het behoud van deze indicator.

Werk en warmte

De interne energie van elk thermodynamisch systeem kan op twee manieren worden getransformeerd:

• door eraan te werken;
• tijdens warmte-uitwisseling met de omgeving.

De formule voor dit proces ziet er als volgt uit:

dU=Q-A, waarbij U interne energie is, Q warmte is, A arbeid.

Laat de lezer niet misleiden door de eenvoud van de uitdrukking. De permutatie laat zien dat Q=dU+A, maar de introductie van entropie (S) brengt de formule in de vorm dQ=dSxT.

Sinds in deze zaak vergelijking differentieel wordt, dan vereist de eerste uitdrukking hetzelfde. Verder wordt, afhankelijk van de krachten die in het bestudeerde object werken en de parameter die wordt berekend, de noodzakelijke verhouding afgeleid.

Laten we een metalen bal nemen als voorbeeld van een thermodynamisch systeem. Als je er druk op uitoefent, het overgeeft, het in een diepe put laat vallen, dan betekent dit dat je eraan moet werken. Uiterlijk zullen al deze onschadelijke acties de bal geen schade toebrengen, maar de interne energie zal veranderen, zij het in zeer geringe mate.

De tweede manier is warmteoverdracht. Nu komen we bij hoofd doel van dit artikel: een beschrijving van wat de hoeveelheid warmte is. Dit is zo'n verandering in de interne energie van een thermodynamisch systeem die optreedt tijdens warmteoverdracht (zie bovenstaande formule). Het wordt gemeten in joules of calorieën. Uiteraard, als de bal boven een aansteker wordt gehouden, in de zon of gewoon erin warme hand dan wordt het warm. En dan, door de temperatuur te veranderen, kun je de hoeveelheid warmte vinden die tegelijkertijd aan hem werd meegedeeld.

Waarom gas het beste voorbeeld is van een verandering in interne energie, en waarom studenten daarom niet van natuurkunde houden

Hierboven beschreven we veranderingen in de thermodynamische parameters van een metalen bal. Ze vallen niet erg op zonder speciale apparaten, en de lezer wordt overgelaten aan het woord over de processen die met het object plaatsvinden. Een ander ding is of het systeem gas is. Druk erop - het zal zichtbaar zijn, verwarm het - de druk zal stijgen, laat het ondergronds zakken - en dit kan eenvoudig worden opgelost. Daarom wordt in leerboeken gas meestal beschouwd als een visueel thermodynamisch systeem.

Maar helaas binnen modern onderwijs aan echte experimenten wordt niet veel aandacht besteed. wetenschapper die schrijft Toolkit begrijpt heel goed wat in kwestie. Het lijkt hem dat, aan de hand van het voorbeeld van gasmoleculen, alle thermodynamische parameters adequaat zullen worden aangetoond. Maar voor een student die deze wereld net ontdekt, is het saai om te horen over een ideale kolf met een theoretische zuiger. Als de school echte onderzoekslaboratoria had en toegewijde uren om erin te werken, zou alles anders zijn. Tot nu toe staan ​​de experimenten helaas alleen op papier. En hoogstwaarschijnlijk is dit precies wat ervoor zorgt dat mensen deze tak van de natuurkunde beschouwen als iets puur theoretisch, ver van het leven en onnodig.

Daarom hebben we besloten om de hierboven genoemde fiets als voorbeeld te geven. Een persoon drukt op de pedalen - werkt eraan. Naast het doorgeven van koppel aan het hele mechanisme (waardoor de fiets in de ruimte beweegt), verandert de interne energie van de materialen waaruit de hendels zijn gemaakt. De fietser duwt de hendels om te draaien en doet opnieuw het werk.

De interne energie van de buitenste coating (plastic of metaal) wordt verhoogd. Een man gaat naar een open plek onder felle zon- de fiets warmt op, de hoeveelheid warmte verandert. Stopt om uit te rusten in de schaduw van een oude eik en het systeem koelt af, waardoor calorieën of joules worden verspild. Verhoogt de snelheid - verhoogt de uitwisseling van energie. De berekening van de hoeveelheid warmte zal in al deze gevallen echter een zeer kleine, onmerkbare waarde laten zien. Daarom lijkt het erop dat de manifestaties van thermodynamische fysica in echte leven nee.

Toepassing van berekeningen voor veranderingen in de hoeveelheid warmte

Waarschijnlijk zal de lezer zeggen dat dit allemaal zeer informatief is, maar waarom worden we op school zo gemarteld met deze formules. En nu zullen we voorbeelden geven op welke gebieden van menselijke activiteit ze direct nodig zijn en hoe dit van toepassing is op iemand in zijn dagelijks leven.

Kijk om te beginnen om je heen en tel: hoeveel metalen voorwerpen om je heen? Waarschijnlijk meer dan tien. Maar voordat het een paperclip, wagon, ring of flashdrive wordt, wordt elk metaal gesmolten. Elke fabriek die bijvoorbeeld ijzererts verwerkt, moet begrijpen hoeveel brandstof er nodig is om de kosten te optimaliseren. En bij het berekenen hiervan is het nodig om de warmtecapaciteit van de metaalhoudende grondstof te kennen en de hoeveelheid warmte die eraan moet worden overgedragen om alle technologische processen. Aangezien de energie die vrijkomt door een eenheid brandstof wordt berekend in joules of calorieën, zijn de formules direct nodig.

Of een ander voorbeeld: de meeste supermarkten hebben een afdeling met diepvriesproducten - vis, vlees, fruit. Wanneer grondstoffen van dierlijk vlees of zeevruchten worden omgezet in halffabrikaten, moeten ze weten hoeveel elektriciteit koel- en vrieseenheden per ton of eenheid eindproduct zullen verbruiken. Om dit te doen, moet u berekenen hoeveel warmte een kilo aardbeien of inktvissen verliest bij koeling met één graad Celsius. En uiteindelijk zal dit laten zien hoeveel elektriciteit een vriezer met een bepaalde capaciteit zal uitgeven.

Vliegtuigen, schepen, treinen

Hierboven hebben we voorbeelden laten zien van relatief onbeweeglijke, statische objecten die geïnformeerd zijn of juist een bepaalde hoeveelheid warmte worden ontnomen. Voor objecten die tijdens het bedrijf bewegen in omstandigheden van constant veranderende temperatuur, zijn berekeningen van de hoeveelheid warmte om een ​​andere reden belangrijk.

Er bestaat zoiets als "metaalmoeheid". Het omvat ook de maximaal toegestane belastingen bij een bepaalde mate van temperatuurverandering. Stel je een vliegtuig voor dat vanuit de vochtige tropen opstijgt naar de bevroren bovenste atmosfeer. Ingenieurs moeten hard werken zodat het niet uit elkaar valt door scheuren in het metaal die verschijnen als de temperatuur verandert. Ze zijn op zoek naar een legeringssamenstelling die bestand is tegen echte belastingen en een grote veiligheidsmarge heeft. En om niet blindelings te zoeken, in de hoop per ongeluk op de gewenste samenstelling te stuiten, moet je veel berekeningen maken, ook die met veranderingen in de hoeveelheid warmte.

Definitie

De hoeveelheid warmte of gewoon warmte($Q$) wordt de interne energie genoemd, die, zonder arbeid te verrichten, wordt overgedragen van lichamen met een hogere temperatuur naar lichamen met een lagere temperatuur in de processen van warmtegeleiding of straling.

Joule - SI-eenheid voor het meten van de hoeveelheid warmte

De eenheid van warmtehoeveelheid kan worden verkregen uit de eerste wet van de thermodynamica:

\[\Delta Q=A+\Delta U\ \links(1\rechts),\]

waarbij $A$ het werk is van het thermodynamische systeem; $\Delta U$ - verandering in interne energie van het systeem; $\Delta Q$ - de hoeveelheid warmte die aan het systeem wordt geleverd.

Uit wet (1), en nog meer uit de versie voor een isotherm proces:

\[\Delta Q=A\ \links(2\rechts).\]

Het is duidelijk dat in het internationale systeem van eenheden (SI) de joule (J) een eenheid is van energie en arbeid.

Het is gemakkelijk om de joule uit te drukken in basiseenheden met behulp van de definitie van energie ($E$) van de vorm:

waarbij $c$ de lichtsnelheid is; $m$ - lichaamsgewicht. Op basis van uitdrukking (2) hebben we:

\[\links=\links=kg\cdot (\links(\frac(m)(s)\rechts))^2=\frac(kg\cdot m^2)(s^2).\]

Met de joule worden alle standaardvoorvoegsels van het SI-systeem gebruikt, waarmee decimale breuken en meerdere eenheden worden aangeduid. Bijvoorbeeld $1kJ=(10)^3J$; 1MJ = $(10)^6J$; 1GJ=$(10)^9J$.

Erg - meeteenheid van de hoeveelheid warmte in het cgs-systeem

In het CGS-systeem (centimeter, gram, seconde) wordt warmte gemeten in ergs (ergs). In dit geval is één erg gelijk aan:

Overwegende dat:

we krijgen de verhouding tussen joule en erg:

Calorie - een maateenheid voor de hoeveelheid warmte

De calorie wordt gebruikt als een niet-systeemeenheid voor het meten van de hoeveelheid warmte. Eén calorie is gelijk aan de hoeveelheid warmte die moet worden overgedragen aan water van één kilogram om het één graad Celsius te verwarmen. De relatie tussen joule en calorie is als volgt:

Om preciezer te zijn onderscheiden ze:

• Internationale calorie, het is gelijk aan:
\
• thermochemische calorie:
\
• 15 graden calorieën gebruikt voor thermische metingen:
\

Calorieën worden vaak gebruikt met decimale voorvoegsels zoals: kcal (kilocalorie) $1kcal=(10)^3cal$; Mcal (megacalorie) 1Mcal = $(10)^6cal$; Gcal (gigacalorie) 1 Gcal=$(10)^9cal$.

Soms wordt een kilocalorie een grote calorie of kilogramcalorie genoemd.

Voorbeelden van problemen met een oplossing

voorbeeld 1

Oefening. Hoeveel warmte wordt geabsorbeerd door waterstof met massa $m=0,2$kg wanneer het wordt verwarmd van $t_1=0(\rm()^\circ\!C)$ tot $t_2=100(\rm()^\circ \!C)$ bij constante druk? Schrijf je antwoord in kilojoule.

Oplossing. We schrijven de eerste wet van de thermodynamica:

\[\Delta Q=A+\Delta U\ \links(1.1\rechts).\]

\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \links(1.2\rechts),\]

waarbij $i=5$ het aantal vrijheidsgraden van het waterstofmolecuul is; $\mu =2\cdot (10)^(-3)\frac(kg)(mol)$; $R=8.31\ \frac(J)(mol\cdot K)$; $\Delta T=t_2-t_1$. Aangenomen wordt dat we te maken hebben met een isobaar proces. Arbeid in een isobaar proces is gelijk aan:

Rekening houdend met uitdrukkingen (1.2) en (1.3), transformeren we de eerste wet van de thermodynamica voor het isobare proces in de vorm:

\[\Delta Q=\frac(m)(\mu )R\Delta T\ +\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T=\frac(m)(\ mu )R\Delta T\links(1+\frac(i)(2)\rechts)\ \links(1.4\rechts).\]

Laten we eens kijken in welke eenheden de warmte wordt gemeten, als deze wordt berekend met de formule (1.4):

\[\links[\Delta Q\rechts]=\links[\frac(m)(\mu )R\Delta T\links(1+\frac(i)(2)\rechts)\rechts]=\links [\frac(m)(\mu )R\Delta T\rechts]=\frac(\links)(\links[\mu \rechts])\links\links[\Delta T\rechts]=\frac(kg )(kg/mol)\cdot \frac(J)(mol\cdot K)\cdot K=J.\]

Laten we de berekeningen doen:

\[\Delta Q=\frac(0,2)(2 (10)^(-3))\cdot 8,31\cdot 100\links(1+\frac(5)(2)\rechts)\ca. 291\cdot (10)^3\links(J\rechts)=291\ \links(kJ\rechts).\]

Antwoorden.$\Delta Q=291\ $ kJ

Voorbeeld 2

Oefening. Helium met een massa $m=1\r$ werd verwarmd met 100 K in het proces getoond in Fig.1. Hoeveel warmte wordt overgedragen aan het gas? Schrijf je antwoord in CGS-eenheden.

Oplossing. Figuur 1 toont een isochoor proces. Voor zo'n proces schrijven we de eerste wet van de thermodynamica als:

\[\Delta Q=\Delta U\ \links(2.1\rechts).\]

We vinden de verandering in interne energie als:

\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \links(2.2\rechts),\]

waarbij $i=3$ het aantal vrijheidsgraden is van een heliummolecuul; $\mu =4\frac(g)(mol)$; $R=8.31\cdot (10)^7\ \frac(erg)(mol\cdot K)$; $\Delta T=100\ K.$ Alle waarden zijn geschreven in CGS. Laten we de berekeningen doen:

\[\Delta Q=\frac(3)(2)\cdot \frac(1)(4)\cdot 8,31\cdot (10)^7\cdot 100\ongeveer 3\cdot (10)^9( erg)\ \]

Antwoorden.$\Delta Q=3\cdot (10)^9$ erg

“...- Hoeveel papegaaien passen er in je, zo groot ben je.
- Echt nodig! Ik zal niet zoveel papegaaien inslikken! ... "

Van m/v "38 papegaaien"

In overeenstemming met internationale regels SI (internationaal systeem van eenheden) de hoeveelheid warmte-energie of de hoeveelheid warmte wordt gemeten in Joules [J], er zijn ook meerdere eenheden van kiloJoule [kJ] = 1000 J., MegaJoule [MJ] = 1.000.000 J, GigaJoule [ GJ] = 1.000 000 000 J., etc. Deze maateenheid voor thermische energie is de belangrijkste internationale eenheid en wordt het vaakst gebruikt in wetenschappelijke en wetenschappelijk-technische berekeningen.

We weten echter allemaal, of hebben er in ieder geval een keer van gehoord, dat een andere eenheid voor het meten van de hoeveelheid warmte (of gewoon warmte) een calorie is, evenals een kilocalorie, Megacalorie en Gigacalorie, wat de voorvoegsels kilo, Giga en Mega betekent, zie de voorbeeld met Joules hierboven. In ons land heeft het zich historisch zo ontwikkeld dat het bij het berekenen van tarieven voor verwarming, of het nu gaat om verwarming met elektriciteits-, gas- of pelletketels, gebruikelijk is om rekening te houden met de kosten van precies één Gigacalorie thermische energie.

Dus wat is Gigacalorie, kilowatt, kilowatt * uur of kilowatt / uur en Joules en hoe zijn ze gerelateerd?, leer je in dit artikel.

De basiseenheid van thermische energie is dus, zoals reeds vermeld, de Joule. Maar voordat we het hebben over meeteenheden, is het in principe noodzakelijk om op huishoudelijk niveau uit te leggen wat thermische energie is en hoe en waarom het moet worden gemeten.

We weten allemaal van kinds af aan dat om warm te worden (om thermische energie te krijgen) je iets in brand moet steken, dus we hebben allemaal vuren aangestoken, de traditionele brandstof voor een vuur is brandhout. Dus, uiteraard, bij het verbranden van brandstof (elk: brandhout, kolen, pellets, natuurlijk gas, dieselbrandstof) komt thermische energie (warmte) vrij. Maar om bijvoorbeeld te verwarmen zijn verschillende hoeveelheden water nodig verschillend bedrag brandhout (of andere brandstof). Het is duidelijk dat een paar vuren in een vuur voldoende zijn om twee liter water te verwarmen, en om een ​​​​halve emmer soep voor het hele kamp te koken, moet je verschillende bundels brandhout inslaan. Om zulke strikte technische grootheden als de hoeveelheid warmte en de verbrandingswarmte van brandstof met bundels brandhout en emmers soep niet te meten, besloten warmte-ingenieurs om duidelijkheid en orde te brengen en kwamen ze overeen een eenheid voor de hoeveelheid warmte uit te vinden. Om ervoor te zorgen dat deze eenheid overal hetzelfde is, werd deze als volgt gedefinieerd: voor het verwarmen van één kilogram water met één graad onder normale omstandigheden ( luchtdruk) vereist 4.190 calorieën, of 4,19 kilocalorieën, dus om één gram water te verwarmen, is duizend keer minder warmte voldoende - 4,19 calorieën.

De calorie is als volgt gerelateerd aan de internationale eenheid van thermische energie, de Joule:

1 calorie = 4,19 Joule.

Er is dus 4,19 Joule thermische energie nodig om 1 gram water één graad te verwarmen, en 4.190 Joule warmte om één kilogram water te verwarmen.

In de technologie is er, naast de meeteenheid van thermische (en andere) energie, een eenheid van vermogen en, in overeenstemming met internationaal systeem(SI) is Watt. Het begrip vermogen is ook van toepassing op verwarmingstoestellen. Als een verwarmingsapparaat in staat is om 1 joule thermische energie in 1 seconde te leveren, dan is het vermogen 1 watt. Vermogen is het vermogen van een apparaat om een ​​bepaalde hoeveelheid energie (in ons geval thermische energie) per tijdseenheid te produceren (creëren). Terugkerend naar ons voorbeeld met water, om één kilogram (of één liter, in het geval van water is een kilogram gelijk aan een liter) water met één graad Celsius (of Kelvin, wat dan ook) te verwarmen, hebben we een vermogen van 1 kilocalorie nodig of 4.190 J. thermische energie. Om één kilogram water in 1 seconde tijd met 1 graad te verwarmen, hebben we een apparaat nodig met het volgende vermogen:

4190 J./1 s. = 4 190 W. of 4,19 kW.

Als we onze kilo water in dezelfde seconde 25 graden willen opwarmen, dan hebben we vijfentwintig keer zoveel vermogen nodig.

4,19 * 25 \u003d 104,75 kW.

We kunnen dus concluderen dat het vermogen 104,75 kW is. verwarmt 1 liter water met 25 graden in één seconde.

Aangezien we bij Watts en kilowatts zijn gekomen, moeten we daar ook iets over zeggen. Zoals eerder vermeld, is een watt een eenheid van vermogen, inclusief het thermische vermogen van de ketel, maar naast gasketels zijn ook elektrische boilers bekend bij de mensheid, waarvan het vermogen natuurlijk wordt gemeten in dezelfde kilowatt en ze verbruiken geen pellets of gas, maar elektriciteit, gemeten in kilowattuur. De juiste spelling van de eenheid van energie is kilowatt * uur (namelijk kilowatt vermenigvuldigd met een uur, niet gedeeld), het schrijven van kW / uur is een vergissing!

Bij elektrische boilers wordt elektrische energie omgezet in thermische energie (de zogenaamde Joule-warmte), en als de boiler 1 kWh elektriciteit verbruikte, hoeveel warmte genereerde deze dan? Om deze eenvoudige vraag te beantwoorden, moet u een eenvoudige berekening uitvoeren.

Omrekenen van kilowatt naar kilojoule/seconde (kilojoule per seconde) en uren naar seconden: er zijn 3.600 seconden in een uur, we krijgen:

1 kW*h =[ 1 kJ/s]*3600 s.=1.000 J *3600 s = 3.600.000 Joule of 3,6 MJ.

Dus,

1 kWh = 3,6 MJ.

Op zijn beurt 3,6 MJ / 4,19 \u003d 0,859 Mcal \u003d 859 kcal \u003d 859.000 cal. Energie (thermisch).

Laten we nu verder gaan met de Gigacalorie, waarvan de prijs is verschillende types verwarmingstechnici tellen graag brandstoffen.

1 Gcal = 1.000.000.000 cal.

1.000.000.000 cal. \u003d 4,19 * 1.000.000.000 \u003d 4.190.000.000 J. \u003d 4.190 MJ. = 4,19 GJ.

Of, wetende dat 1 kWh = 3,6 MJ, herberekenen we 1 Gigacalorie per kilowatt*uur:

1 Gcal = 4190 MJ/3,6 MJ = 1163 kWh!

Als u na het lezen van dit artikel besluit om een ​​specialist van ons bedrijf te raadplegen over een kwestie met betrekking tot warmtevoorziening, dan bent u