हीटिंग के दौरान गर्मी की एक निश्चित मात्रा को अवशोषित करने या ठंडा होने पर छोड़ देने की क्षमता है। किसी पिंड की उष्मा धारिता, किसी पिंड को उसके तापमान संकेतकों में तदनुरूपी वृद्धि के साथ प्राप्त होने वाली उष्मा की अनंत मात्रा का अनुपात है। मान को J/K में मापा जाता है। व्यवहार में, थोड़ा भिन्न मान का उपयोग किया जाता है - विशिष्ट ऊष्मा।
परिभाषा
विशिष्ट ऊष्मा का क्या अर्थ है? यह किसी पदार्थ की एकल मात्रा से संबंधित मात्रा है। तदनुसार, किसी पदार्थ की मात्रा को घन मीटर, किलोग्राम या मोल में भी मापा जा सकता है। यह किस पर निर्भर करता है? भौतिकी में, ताप क्षमता सीधे निर्भर करती है कि यह किस मात्रात्मक इकाई को संदर्भित करता है, जिसका अर्थ है कि वे दाढ़, द्रव्यमान और वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता के बीच अंतर करते हैं। निर्माण उद्योग में, आप दाढ़ माप नहीं देखेंगे, लेकिन आप हर समय दूसरों को देखेंगे।
विशिष्ट ताप क्षमता को क्या प्रभावित करता है?
गर्मी क्षमता क्या है, आप जानते हैं, लेकिन संकेतक को कौन से मान प्रभावित करते हैं यह अभी स्पष्ट नहीं है। विशिष्ट ताप क्षमता का मान कई घटकों से सीधे प्रभावित होता है:पदार्थ का तापमान, दबाव और अन्य थर्मोडायनामिक विशेषताएं।
जैसे-जैसे किसी उत्पाद का तापमान बढ़ता है, उसकी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता बढ़ती है, लेकिन कुछ पदार्थ इस संबंध में पूरी तरह से गैर-रेखीय वक्र प्रदर्शित करते हैं। उदाहरण के लिए, तापमान संकेतकों में शून्य से सैंतीस डिग्री की वृद्धि के साथ, पानी की विशिष्ट ताप क्षमता घटने लगती है, और यदि सीमा सैंतीस और एक सौ डिग्री के बीच है, तो संकेतक, इसके विपरीत, होगा वृद्धि।
यह ध्यान देने योग्य है कि पैरामीटर इस बात पर भी निर्भर करता है कि उत्पाद की थर्मोडायनामिक विशेषताओं (दबाव, आयतन, और इसी तरह) को कैसे बदलने की अनुमति है। उदाहरण के लिए, स्थिर दाब और स्थिर आयतन पर विशिष्ट ऊष्मा भिन्न होगी।
पैरामीटर की गणना कैसे करें?
क्या आप रुचि रखते हैं कि ताप क्षमता क्या है? गणना सूत्र इस प्रकार है: सी \u003d क्यू / (एम ΔT)। ये मूल्य क्या हैं? क्यू गर्मी की मात्रा है जो उत्पाद गर्म होने पर प्राप्त करता है (या ठंडा करने के दौरान उत्पाद द्वारा छोड़ा जाता है)। मी उत्पाद का द्रव्यमान है, और ΔT उत्पाद के अंतिम और प्रारंभिक तापमान के बीच का अंतर है। नीचे कुछ सामग्रियों की ताप क्षमता की तालिका दी गई है।
ताप क्षमता गणना के बारे में क्या?
ताप क्षमता की गणना करना आसान काम नहीं है, खासकर यदि केवल थर्मोडायनामिक विधियों का उपयोग किया जाता है, तो इसे अधिक सटीक रूप से करना असंभव है। इसलिए, भौतिक विज्ञानी सांख्यिकीय भौतिकी के तरीकों या उत्पादों की सूक्ष्म संरचना के ज्ञान का उपयोग करते हैं। गैस की गणना कैसे करें? गैस की ताप क्षमताकिसी पदार्थ में अलग-अलग अणुओं की तापीय गति की औसत ऊर्जा की गणना से गणना की जाती है। अणुओं की गतियाँ एक अनुवादकीय और घूर्णी प्रकार की हो सकती हैं, और एक अणु के अंदर एक संपूर्ण परमाणु या परमाणुओं का कंपन हो सकता है। शास्त्रीय आँकड़े कहते हैं कि घूर्णी और स्थानांतरीय गतियों की स्वतंत्रता की प्रत्येक डिग्री के लिए, गैस की दाढ़ ताप क्षमता में एक मान होता है, जो R / 2 के बराबर होता है, और स्वतंत्रता की प्रत्येक कंपन डिग्री के लिए, मान R के बराबर होता है। इस नियम को समविभाजन नियम भी कहते हैं।
एक ही समय में, एक मोनोएटोमिक गैस का एक कण स्वतंत्रता की केवल तीन अनुवाद डिग्री से भिन्न होता है, और इसलिए इसकी गर्मी क्षमता 3R/2 के बराबर होनी चाहिए, जो प्रयोग के साथ उत्कृष्ट समझौता है। प्रत्येक डायटोमिक गैस अणु में तीन ट्रांसलेशनल, दो घूर्णी और एक कंपन की स्वतंत्रता की डिग्री होती है, जिसका अर्थ है कि समविभाजन कानून 7R / 2 होगा, और अनुभव से पता चला है कि सामान्य तापमान पर एक डायटोमिक गैस के एक मोल की ऊष्मा क्षमता 5R / है। 2. सिद्धांत में इतनी विसंगति क्यों थी? सब कुछ इस तथ्य के कारण है कि गर्मी क्षमता स्थापित करते समय, क्वांटम आँकड़ों का उपयोग करने के लिए, दूसरे शब्दों में, विभिन्न क्वांटम प्रभावों को ध्यान में रखना आवश्यक होगा। जैसा कि आप देख सकते हैं, ताप क्षमता एक जटिल अवधारणा है।
क्वांटम यांत्रिकी का कहना है कि कणों की कोई भी प्रणाली जो गैस के अणु सहित दोलन या घूमती है, में कुछ असतत ऊर्जा मान हो सकते हैं। यदि स्थापित प्रणाली में तापीय गति की ऊर्जा आवश्यक आवृत्ति के दोलनों को उत्तेजित करने के लिए अपर्याप्त है, तो ये दोलन योगदान नहीं करते हैंसिस्टम की गर्मी क्षमता।
ठोस पदार्थों में, परमाणुओं की तापीय गति कुछ संतुलन स्थितियों के पास एक कमजोर दोलन है, यह क्रिस्टल जाली के नोड्स पर लागू होता है। एक परमाणु में स्वतंत्रता की तीन कंपन डिग्री होती है और, कानून के अनुसार, एक ठोस की दाढ़ ताप क्षमता 3nR, के बराबर होती है जहां n अणु में मौजूदा परमाणुओं की संख्या होती है। व्यवहार में, यह मान वह सीमा है जिस तक शरीर की ऊष्मा क्षमता उच्च तापमान पर जाती है। कई तत्वों में सामान्य तापमान परिवर्तन के साथ मूल्य प्राप्त किया जाता है, यह धातुओं के साथ-साथ सरल यौगिकों पर भी लागू होता है। सीसा और अन्य पदार्थों की ऊष्मा क्षमता भी निर्धारित होती है।
निम्न तापमान के बारे में क्या?
हम पहले से ही जानते हैं कि गर्मी क्षमता क्या है, लेकिन अगर हम कम तापमान के बारे में बात करते हैं, तो मूल्य की गणना कैसे की जाएगी? अगर हम कम तापमान संकेतकों के बारे में बात कर रहे हैं, तो एक ठोस शरीर की गर्मी क्षमता टी 3 या तथाकथित डेबी ताप क्षमता कानून के समानुपाती हो जाती है। उच्च तापमान को निम्न तापमान से अलग करने का मुख्य मानदंड किसी विशेष पदार्थ के लिए एक विशिष्ट पैरामीटर के साथ उनकी सामान्य तुलना है - यह विशेषता या डेबी तापमान qD हो सकता है। प्रस्तुत मूल्य उत्पाद में परमाणुओं के कंपन स्पेक्ट्रम द्वारा निर्धारित किया जाता है और क्रिस्टल संरचना पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करता है।
धातुओं में, चालन इलेक्ट्रॉन ऊष्मा क्षमता में एक निश्चित योगदान देते हैं। ताप क्षमता के इस भाग की गणना का उपयोग करके की जाती हैFermi-Dirac आँकड़े, जो इलेक्ट्रॉनों को ध्यान में रखते हैं। एक धातु की इलेक्ट्रॉनिक ताप क्षमता, जो सामान्य ताप क्षमता के समानुपाती होती है, एक अपेक्षाकृत छोटा मान होता है, और यह केवल पूर्ण शून्य के करीब तापमान पर धातु की गर्मी क्षमता में योगदान देता है। तब जाली की ताप क्षमता बहुत छोटी हो जाती है और इसे उपेक्षित किया जा सकता है।
मास ताप क्षमता
द्रव्यमान विशिष्ट ऊष्मा ऊष्मा की वह मात्रा है जिसे प्रति इकाई तापमान उत्पाद को गर्म करने के लिए किसी पदार्थ के एक इकाई द्रव्यमान में लाने की आवश्यकता होती है। यह मान C अक्षर से निरूपित होता है और इसे एक किलोग्राम प्रति केल्विन - J / (kg K) से विभाजित करके जूल में मापा जाता है। यह सब बड़े पैमाने पर ताप क्षमता के बारे में है।
वॉल्यूमेट्रिक हीट कैपेसिटी क्या है?
मात्रा ताप क्षमता ऊष्मा की एक निश्चित मात्रा है जिसे प्रति इकाई तापमान पर गर्म करने के लिए किसी उत्पाद के एक इकाई आयतन में जोड़ने की आवश्यकता होती है। यह सूचक एक घन मीटर प्रति केल्विन या J / (m³ K) से विभाजित जूल में मापा जाता है। कई भवन संदर्भ पुस्तकों में, यह कार्य पर द्रव्यमान विशिष्ट ताप क्षमता पर विचार किया जाता है।
निर्माण उद्योग में ताप क्षमता का व्यावहारिक अनुप्रयोग
गर्मी प्रतिरोधी दीवारों के निर्माण में कई गर्मी-गहन सामग्री का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। यह उन घरों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है जिन्हें आवधिक हीटिंग की विशेषता है। उदाहरण के लिए, ओवन। गर्मी-गहन उत्पाद और उनसे बनी दीवारें पूरी तरह से गर्मी जमा करती हैं, इसे गर्म करने की अवधि के दौरान संग्रहीत करती हैं और धीरे-धीरे बंद करने के बाद गर्मी छोड़ती हैंप्रणाली, इस प्रकार पूरे दिन एक स्वीकार्य तापमान बनाए रखने की अनुमति देती है।
तो, संरचना में जितनी अधिक गर्मी संग्रहित होगी, कमरों में तापमान उतना ही अधिक आरामदायक और स्थिर होगा।
यह ध्यान देने योग्य है कि आवास निर्माण में उपयोग की जाने वाली साधारण ईंट और कंक्रीट में विस्तारित पॉलीस्टाइनिन की तुलना में बहुत कम गर्मी क्षमता होती है। अगर हम इकोवूल को लें, तो यह कंक्रीट की तुलना में तीन गुना अधिक गर्मी लेने वाला होता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि गर्मी क्षमता की गणना के सूत्र में, यह व्यर्थ नहीं है कि द्रव्यमान है। कंक्रीट या ईंट के बड़े विशाल द्रव्यमान के कारण, इकोवूल की तुलना में, यह संरचनाओं की पत्थर की दीवारों में भारी मात्रा में गर्मी जमा करने और सभी दैनिक तापमान में उतार-चढ़ाव को सुचारू करने की अनुमति देता है। सभी फ्रेम हाउसों में इन्सुलेशन का केवल एक छोटा द्रव्यमान, अच्छी गर्मी क्षमता के बावजूद, सभी फ्रेम प्रौद्योगिकियों के लिए सबसे कमजोर क्षेत्र है। इस समस्या को हल करने के लिए, सभी घरों में प्रभावशाली ताप संचयक स्थापित किए जाते हैं। यह क्या है? ये संरचनात्मक भाग हैं जिनकी विशेषता काफी अच्छे ताप क्षमता सूचकांक वाले बड़े द्रव्यमान से होती है।
जीवन में ऊष्मा संचयकों के उदाहरण
यह क्या हो सकता है? उदाहरण के लिए, किसी प्रकार की आंतरिक ईंट की दीवारें, एक बड़ा स्टोव या चिमनी, कंक्रीट के पेंच।
किसी भी घर या अपार्टमेंट में फर्नीचर एक उत्कृष्ट गर्मी संचायक है, क्योंकि प्लाईवुड, चिपबोर्ड और लकड़ी वास्तव में कुख्यात ईंट की तुलना में तीन गुना अधिक वजन प्रति किलोग्राम ही गर्मी जमा कर सकते हैं।
क्या ताप संचयकों में कोई नुकसान हैं? बेशक, इस दृष्टिकोण का मुख्य नुकसान हैतथ्य यह है कि फ्रेम हाउस लेआउट बनाने के चरण में गर्मी संचयक को डिजाइन करने की आवश्यकता है। सभी इस तथ्य के कारण कि यह बहुत भारी है, और नींव बनाते समय इसे ध्यान में रखना होगा, और फिर कल्पना करें कि यह वस्तु इंटीरियर में कैसे एकीकृत होगी। यह कहने योग्य है कि न केवल द्रव्यमान को ध्यान में रखना आवश्यक है, काम में दोनों विशेषताओं का मूल्यांकन करना आवश्यक होगा: द्रव्यमान और ताप क्षमता। उदाहरण के लिए, यदि आप गर्मी भंडारण के रूप में बीस टन प्रति घन मीटर के अविश्वसनीय वजन के साथ सोने का उपयोग करते हैं, तो उत्पाद कार्य करेगा क्योंकि यह कंक्रीट क्यूब से केवल तेईस प्रतिशत बेहतर होना चाहिए, जिसका वजन ढाई टन है।
हीट स्टोरेज के लिए कौन सा पदार्थ सबसे उपयुक्त है?
गर्मी संचायक के लिए सबसे अच्छा उत्पाद कंक्रीट और ईंट बिल्कुल नहीं है! तांबा, कांस्य और लोहा इसका अच्छा काम करते हैं, लेकिन वे बहुत भारी होते हैं। अजीब तरह से पर्याप्त है, लेकिन सबसे अच्छा गर्मी संचायक पानी है! तरल में एक प्रभावशाली गर्मी क्षमता होती है, जो हमारे लिए उपलब्ध पदार्थों में सबसे बड़ी होती है। केवल हीलियम गैसों (5190 J / (kg K) और हाइड्रोजन (14300 J / (kg K)) में अधिक ऊष्मा क्षमता होती है, लेकिन उन्हें व्यवहार में लागू करने में समस्या होती है। यदि वांछित और आवश्यक हो, तो उन पदार्थों की ऊष्मा क्षमता तालिका देखें जिन्हें आप जरूरत।
