Удельная теплоемкость воды H2O
Приведены таблицы значений удельной теплоемкости воды H2O и водяного пара в зависимости от температуры и давления. В первой таблице дана удельная теплоемкость воды в жидком состоянии при нормальном атмосферном давлении и температуре от 0,1 до 100°С.
Во второй таблице значения теплоемкости указаны в интервале температуры от 0 до 800°С и давлении от 0,1 до 100 бар. Вода в этих условиях может находится в жидком или газообразном состоянии, поскольку с понижением давления и (или) с ростом температуры она переходит в пар.
Жидкая вода обладает значительной величиной массовой удельной теплоемкости, по сравнению с другими жидкостями. При атмосферном давлении и температуре до 100°С она находится в виде жидкости и ее теплоемкость изменяется в диапазоне от 4174 до 4220 Дж/(кг·град).
При температуре 20 градусов Цельсия и нормальном атмосферном давлении удельная теплоемкость воды равна 4183 Дж/(кг·град). При температуре 100°С эта величина достигает значения 4220 Дж/(кг·град).
Изменение давления и температуры воды существенно влияет на ее удельную теплоемкость. Зависимость теплоемкости воды от температуры при атмосферном давлении не линейна. При нагревании воды до 30°С теплоемкость уменьшается, затем в интервале температуры 30…40°С значение этой величины остается практически постоянным (следует отметить, что в этом диапазоне температуры вода обладает наименьшей теплоемкостью). При температуре выше 40°С ее удельная теплоемкость увеличивается и достигает своего максимума при температуре кипения.
| t, °С | 0,1 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cp, Дж/(кг·град) | 4217 | 4191 | 4187 | 4183 | 4179 | 4174 | 4174 | 4174 | 4177 | 4181 |
| t, °С | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 | 100 |
| Cp, Дж/(кг·град) | 4182 | 4182 | 4185 | 4187 | 4191 | 4195 | 4202 | 4208 | 4214 | 4220 |
Если продолжить нагрев воды до перехода ее в пар, то тогда, при дальнейшем нагреве пара при атмосферном давлении, величина теплоемкости будет снижаться до некоторого предела, а затем снова начнет увеличиваться. Эта точка перегиба кривой теплоемкости определяется значениями соответствующих температуры и давления.
Как видно по данным в таблице, с повышением давления удельная теплоемкость воды уменьшается, но увеличивается также и температура кипения воды, например, при давлении в 100 бар (атмосфер) она находится в жидком состоянии даже при температуре 300°С. Удельная теплоемкость воды при этом составляет величину 5700 Дж/(кг·град). При продолжении нагрева воды, например до 320°С, она переходит в пар, который имеет большую теплоемкость.
Однако, при низких давлениях, вода начинает кипеть и переходит в пар при температурах гораздо ниже 100°С. Например, по данным таблицы, при давлении 0,1 бар и температуре 50°С, вода уже находится в виде водяного пара и его теплоемкость при этих условиях составляет величину, равную 1929 Дж/(кг·град).
| ↓ t, °С | P, бар → | 0,1 | 1 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 4218 | 4217 | 4212 | 4207 | 4196 | 4186 | 4176 | 4165 |
| 50 | 1929 | 4181 | 4179 | 4176 | 4172 | 4167 | 4163 | 4158 |
| 100 | 1910 | 2038 | 4214 | 4211 | 4207 | 4202 | 4198 | 4194 |
| 120 | 1913 | 2007 | 4243 | 4240 | 4235 | 4230 | 4226 | 4221 |
| 140 | 1918 | 1984 | 4283 | 4280 | 4275 | 4269 | 4263 | 4258 |
| 160 | 1926 | 1977 | 4337 | 4334 | 4327 | 4320 | 4313 | 4307 |
| 180 | 1933 | 1974 | 2613 | 4403 | 4395 | 4386 | 4378 | 4370 |
| 200 | 1944 | 1975 | 2433 | 4494 | 4483 | 4472 | 4461 | 4450 |
| 220 | 1954 | 1979 | 2316 | 2939 | 4601 | 4586 | 4571 | 4557 |
| 240 | 1964 | 1985 | 2242 | 2674 | 4763 | 4741 | 4720 | 4700 |
| 260 | 1976 | 1993 | 2194 | 2505 | 3582 | 4964 | 4932 | 4902 |
| 280 | 1987 | 2001 | 2163 | 2395 | 3116 | 4514 | 5250 | 5200 |
| 300 | 1999 | 2010 | 2141 | 2321 | 2834 | 3679 | 5310 | 5700 |
| 320 | 2011 | 2021 | 2126 | 2268 | 2649 | 3217 | 4118 | 5790 |
| 340 | 2024 | 2032 | 2122 | 2239 | 2536 | 2943 | 3526 | 4412 |
| 350 | 2030 | 2038 | 2125 | 2235 | 2504 | 2861 | 3350 | 4043 |
| 360 | 2037 | 2044 | 2127 | 2231 | 2478 | 2793 | 3216 | 3769 |
| 365 | 2040 | 2048 | 2128 | 2227 | 2462 | 2759 | 3134 | 3655 |
| 370 | 2043 | 2050 | 2128 | 2222 | 2446 | 2725 | 3072 | 3546 |
| 375 | 2046 | 2053 | 2127 | 2218 | 2428 | 2690 | 3018 | 3446 |
| 380 | 2049 | 2056 | 2127 | 2212 | 2412 | 2657 | 2964 | 3356 |
| 385 | 2052 | 2059 | 2126 | 2207 | 2396 | 2627 | 2913 | 3274 |
| 390 | 2056 | 2061 | 2125 | 2202 | 2381 | 2600 | 2867 | 3201 |
| 395 | 2059 | 2065 | 2125 | 2200 | 2369 | 2575 | 2826 | 3137 |
| 400 | 2062 | 2068 | 2126 | 2197 | 2358 | 2553 | 2789 | 3078 |
| 405 | 2066 | 2071 | 2127 | 2195 | 2349 | 2534 | 2756 | 3025 |
| 410 | 2069 | 2074 | 2128 | 2193 | 2340 | 2517 | 2727 | 2979 |
| 415 | 2072 | 2077 | 2129 | 2192 | 2334 | 2501 | 2700 | 2936 |
| 420 | 2076 | 2080 | 2131 | 2192 | 2327 | 2487 | 2675 | 2898 |
| 425 | 2079 | 2083 | 2132 | 2190 | 2321 | 2474 | 2653 | 2863 |
| 430 | 2082 | 2086 | 2134 | 2190 | 2316 | 2462 | 2632 | 2830 |
| 440 | 2089 | 2093 | 2138 | 2190 | 2307 | 2441 | 2596 | 2773 |
| 450 | 2095 | 2099 | 2141 | 2191 | 2300 | 2424 | 2565 | 2726 |
| 460 | 2102 | 2106 | 2146 | 2192 | 2294 | 2409 | 2538 | 2684 |
| 480 | 2116 | 2119 | 2154 | 2196 | 2286 | 2385 | 2496 | 2618 |
| 500 | 2129 | 2132 | 2164 | 2201 | 2281 | 2368 | 2464 | 2569 |
| 520 | 2142 | 2146 | 2175 | 2208 | 2280 | 2357 | 2441 | 2531 |
| 540 | 2156 | 2159 | 2185 | 2216 | 2280 | 2349 | 2423 | 2502 |
| 560 | 2170 | 2173 | 2197 | 2226 | 2285 | 2349 | 2416 | 2487 |
| 580 | 2184 | 2187 | 2208 | 2233 | 2285 | 2342 | 2401 | 2465 |
| 600 | 2198 | 2200 | 2219 | 2240 | 2287 | 2336 | 2389 | 2445 |
| 620 | 2212 | 2213 | 2230 | 2250 | 2291 | 2334 | 2381 | 2431 |
| 640 | 2226 | 2227 | 2243 | 2260 | 2298 | 2337 | 2379 | 2423 |
| 660 | 2240 | 2241 | 2256 | 2272 | 2307 | 2343 | 2381 | 2421 |
| 680 | 2254 | 2255 | 2270 | 2286 | 2317 | 2352 | 2388 | 2424 |
| 700 | 2268 | 2270 | 2283 | 2299 | 2330 | 2362 | 2398 | 2429 |
| 800 | 2339 | 2341 | 2352 | 2364 | 2389 | 2414 | 2440 | 2465 |
Примечание: В таблице синим цветом показаны значения удельной массовой теплоемкости воды в жидком состоянии, а черным – значения теплоемкости водяного пара.
Источник
Единицы теплоты
“…- Сколько попугаев в тебе поместится, такой у тебя рост.
– Очень надо! Я не стану глотать столько попугаев!…”
Из м/ф “38 попугаев”
В соответствии с международными правилами СИ (международная система единиц измерения) количество тепловой энергии или количество тепла измеряется в Джоулях [Дж], также существуют кратные единицы килоДжоуль [кДж] = 1000 Дж., МегаДжоуль [МДж] = 1 000 000 Дж, ГигаДжоуль [ГДж] = 1 000 000 000 Дж. и пр. Эта единица измерения тепловой энергии является основной международной единицей и наиболее часто используется при проведении научных и научно-технических расчётов.
Однако, все из нас знают или хотя бы раз слышали и другую единицу измерения количества теплоты (или просто тепла) это калория, а также килокалория, Мегакалория и Гигакалория, что означают приставки кило, Гига и Мега, смотреть пример с Джоулями выше. В нашей стране исторически сложилось так, что при расчёте тарифов за отопление, будь то отопление электроэнергией, газовыми или пеллетными котлами принято считать стоимость именно одной Гигакалории тепловой энергии.
Так что же такое Гигакалория, килоВатт, килоВатт*час или килоВатт/час и Джоули и как они связаны между собой?, вы узнаете в этой статье.
Итак, основная единица тепловой энергии это, как уже было сказано, Джоуль. Но прежде чем говорить об единицах измерения необходимо в принципе на бытовом уровне разъяснить что такое тепловая энергия и как и для чего её измерять.
Всем нам с детства известно, чтобы согреться (получить тепловую энергию) нужно что-то поджечь, поэтому все мы жгли костры, традиционное топливо для костра – это дрова. Таким образом, очевидно, при горении топлива (любого: дрова, уголь, пеллеты, природный газ, солярка) выделяется тепловая энергия (тепло). Но, чтобы нагреть, к примеру, различные объёмы воды требуется разное количество дров (или иного топлива). Ясно, что для нагрева двух литров воды достаточно нескольких пален в костре, а чтобы приготовить полведра супа на весь лагерь, нужно запастись несколькими вязанками дров. Чтобы не измерять такие строгие технические величины, как количество теплоты и теплота сгорания топлива вязанками дров и вёдрами с супом, теплотехники решили внести ясность и порядок и договорились выдумать единицу количества теплоты. Чтобы эта единица была везде одинаковая её определили так: для нагрева одного килограмма воды на один градус при нормальных условиях (атмосферном давлении) требуется 4 190 калорий, или 4,19 килокалории, следовательно, чтобы нагреть один грамм воды будет достаточно в тысячу раз меньше теплоты – 4,19 калории.
Калория связана с международной единицей тепловой энергии – Джоулем следующим соотношением:
1 калория = 4,19 Джоуля.
Таким образом, для нагрева 1 грамма воды на один градус потребуется 4,19 Джоуля тепловой энергии, а для нагрева одного килограмма воды 4 190 Джоулей тепла.
В технике, наряду с единицей измерения тепловой (и всякой другой) энергии существует единица мощности и, в соответствии с международной системой (СИ) это Ватт. Понятие мощности также применимо и к нагревательным приборам. Если нагревательный прибор способен отдать за 1 секунду 1 Джоуль тепловой энергии, то его мощность равна 1 Ватт. Мощность, это способность прибора производить (создавать) определённое количество энергии (в нашем случае тепловой энергии) в единицу времени. Вернёмся к нашему примеру с водой, чтобы нагреть один килограмм (или один литр, в случае с водой килограмм равен литру) воды на один градус Цельсия (или Кельвина, без разницы) нам потребуется мощность 1 килокалория или 4 190 Дж. тепловой энергии. Чтобы нагреть один килограмм воды за 1 секунду времени на 1 грдус нам нужен прибор следующей мощности:
4190 Дж./1 с. = 4 190 Вт. или 4,19 кВт.
Если мы хотим нагреть наш килограмм воды на 25 градусов за ту же секунду, то нам потребуется мощность в двадцать пять раз больше т.е.
4,19*25 =104,75 кВт.
Таким образом, можно сделать вывод, что пеллетный котёл мощностью 104,75 кВт. нагревает 1 литр воды на 25 градусов за одну секунду.
Раз мы добрались до Ватт и килоВатт, следует и о них словечко замолвить. Как уже было сказано Ватт – это единица мощности, в том числе и тепловой мощности котла, но ведь кроме пеллетных котлов и газовых котлов человечеству знакомы и электрокотлы, мощность которых измеряется, разумеется, в тех же килоВаттах и потребляют они не пеллеты и не газ, а электроэнергию, количество которой измеряется в килоВатт часах. Правильное написание единицы энергии килоВатт*час (именно, килоВатт умножить на час, а не разделить), запись кВт/час – является ошибкой!
В электрокотлах электрическая энергия преобразуется в тепловую (так называемое, Джоулево тепло), и , если котёл потребил 1 кВт*час электроэнергии, то сколько же он выработал тепла? Чтобы ответить на это простой вопрос, нужно выполнить простой расчёт.
Преобразуем килоВатты в килоДжоули/секунды (килоДжоуль в секунду), а часы в секунды: в одном часе 3 600 секунд, получим:
1 кВт*час =[ 1 кДж/с]*3600 c.=1 000 Дж *3600 с = 3 600 000 Джоулей или 3,6 МДж.
1 кВт*час = 3,6 МДж.
В свою очередь, 3,6 МДж/4,19 = 0,859 Мкал = 859 ккал = 859 000 кал. Энергии (тепловой).
Теперь перейдём к Гигакалории, цену которой на различных видах топлива любят считать теплотехники.
1 Гкал = 1 000 000 000 кал.
1 000 000 000 кал. = 4,19*1 000 000 000 = 4 190 000 000 Дж.= 4 190 МДж. = 4,19 ГДж.
Или зная, что 1 кВт*час = 3,6 МДж пересчитаем 1 Гигакалорию на килоВатт*часы:
1 Гкал = 4190 МДж/3,6 МДж = 1 163 кВт*часов!
Если прочитав данную статью вы решили, проконсультироваться со специалистом нашей компании по любому вопросу, связанному с теплоснабжением, то вам Сюда!
Источник
