فئة K: إمدادات المياه والتدفئة

سوائل نقل الحرارة وخصائصها

تختلف ناقلات الحرارة المستخدمة في أنظمة التدفئة - الماء والبخار والهواء في خصائصها وتتميز بها حرارة نوعيةوالجاذبية النوعية والخصائص الصحية والصحية.

يُطلق على وزن 1 سم 3 من المادة بالجرام ثقلها النوعي. كلما زادت السعة الحرارية النوعية والجاذبية النوعية لسائل التبريد ، يجب إنفاق المزيد من الحرارة على تسخين المبرد وزيادة الحرارة التي يعطيها للغرفة أثناء التبريد.

السعة الحرارية النوعية للماء هي 1 kcal / kg-deg. وهكذا ، فإن كل كيلوغرام من الماء يتم تسخينه ، على سبيل المثال ، في غلاية إلى 95 درجة مئوية وتبريده في سخان إلى 70 درجة مئوية ، أي بمقدار 25 درجة مئوية ، سيعطي 25 كيلو كالوري من الحرارة للغرفة المسخنة. نظرًا لأن الوزن الحجمي للماء عند متوسط ​​درجة حرارة في نظام 80 درجة مئوية هو 972 كجم / م 3 ، فإن 1 م 3 من الماء في أنظمة التدفئة المركزية يمكن أن ينتج 24300 كيلو كالوري / م 3 من الحرارة (25 × 972).

عند استخدام البخار كحامل حراري ، يتم استخدام حرارة التبخر الكامنة له ، والتي تكون عند ضغط بخار يبلغ 0.2 كجم / سم 2 حوالي 540 كيلو كالوري لكل 1 كجم من البخار.

حرارة التبخير الكامنة هي الحرارة المطلوبة لتحويل 1 كجم من الماء إلى بخار. عند تبريده في أجهزة التسخين ، يتكثف البخار ويعطي الغرفة الحرارة التي يتم إنفاقها على تبخر الماء.

يمكن أخذ الحجم المحدد للبخار منخفض الضغط يساوي 1.73 م 3 / كجم ، لذلك فإن كل متر مكعب من البخار في نظام التسخين ينتج 312 كيلو كالوري / م 3 من الحرارة (540: 1.73).

ثانية خاصية مهمةالبخار ، الذي له ضغط زائد ، هو رغبته في التمدد وتقليل ضغطه إلى الضغط الجوي. بسبب هذه الخاصية ، يتم استخدام البخار في تكنولوجيا التدفئة.

من الناحية الصحية والصحية ، يعد البخار ناقلًا حراريًا أقل استحسانًا من الماء ، نظرًا لأن الغبار ، الذي يستقر على سطح أجهزة التسخين بدرجة حرارة تبلغ حوالي 100 درجة مئوية ، يحرق ويتحلل ويلوث الهواء بمنتجات التسامي الجافة. إذا مرت المياه عبر أجهزة التسخين ، فلن يحترق الغبار تقريبًا ولا يتلوث الهواء.

في أنظمة تسخين الهواء ، يتم إدخال الهواء ، الذي يعمل بمثابة ناقل حراري ، إلى المباني عند درجة حرارة 45-70 درجة مئوية.

إذا أخذنا السعة الحرارية الحجمية البالغة 1 م 3 من الهواء تساوي 0.31 كيلو كالوري! M deg ودرجة حرارة الغرفة التي يجب أن يبرد فيها مبرد الهواء بما يعادل 18 درجة مئوية ، نحصل على 1 م 3 من الهواء بدرجة حرارة 45 درجة مئوية تنتج 8.3 كيلو كالوري / م 3 من الحرارة. هذا يدل على أن الهواء كمبرد لديه أقل سعة حرارية محددة.

تكمن ميزة الهواء كحامل حراري في حركته العالية. عند تسخينها ، فإنها تكتسب جاذبية نوعية أقل ، وتتوسع بسهولة في القنوات. بعد أن أعطت بعضًا من حرارتها للغرفة وتبريدها ، فإنها تصبح أثقل وتندفع عبر قنوات العودة.

إذا كان وسيط التسخين عبارة عن ماء أو هواء ، فيمكن ضبط درجة الحرارة وفقًا لدرجة الحرارة الخارجية. يجعل البخار من الممكن تنظيم نقل الحرارة للأجهزة فقط في أنظمة التفريغ المعقدة عند ضغوط أقل من الغلاف الجوي.

في أنظمة الضغط المنخفض ، لا تتغير درجة حرارة البخار تقريبًا وتكون دائمًا أعلى من 100 درجة مئوية.

فيما يتعلق بأوجه القصور المشار إليها ، يمكن استخدام البخار كحامل حراري فقط لتدفئة المباني الصناعية والبلدية.

بمقارنة ناقلات الحرارة ، يمكن ملاحظة أن أفضلها من حيث خصائصها الحرارية والصحية والصحية وغيرها هو الماء.

سوائل نقل الحرارة وخصائصها

الضغط الميكانيكي تحت الماء << ---
--->> الرؤية في الماء

للماء خصائص فيزيائية حرارية خاصة تختلف اختلافًا كبيرًا عن الخصائص الفيزيائية الحرارية للهواء. لذلك ، على سبيل المثال ، الموصلية الحرارية للماء أكبر 25 مرة ، والسعة الحرارية أكبر 4 مرات. السعة الحرارية النوعية للماء C = 1 kcal / kg deg عند درجة حرارة + 15 * C. تقل السعة الحرارية للماء ببطء وبشكل طفيف من 1.0074 إلى 0.9980 مع زيادة درجة الحرارة من 0 إلى +40 درجة مئوية ، وبالنسبة لجميع المواد الأخرى ، تزداد السعة الحرارية مع زيادة درجة الحرارة. كما أنه يتناقص بشكل طفيف مع زيادة الضغط (مع زيادة العمق). يمكن أن يمتص الماء كمية كبيرة من الحرارة ، مما يؤدي إلى تسخين قليل نسبيًا في نفس الوقت. حوالي 30٪ من طاقة الشمس ينعكسها الغلاف الجوي وتذهب إلى الفضاء ، ويمتص الغلاف الجوي حوالي 45٪ ، وحوالي 25٪ فقط من الطاقة الشمسية تصل إلى سطح المحيط. جزء منه (810٪) ينعكس والباقي يمتص. من إجمالي الطاقة الحرارية الشمسية الممتصة ، تمتص ما يصل إلى 94٪ بواسطة الطبقة السطحية للماء بسمك 1 سم ، ويتم تسخين الطبقات السفلية من الماء بسبب الحمل الحراري الطبيعي(المرتبط بعدم تجانس الوسط في درجة الحرارة والكثافة) والحمل القسري (الاختلاط بالتيارات وموجات الرياح والمد والجزر). نتيجة للامتصاص والحمل الحراري ، تبقى 60٪ من الطاقة الشمسية في الطبقة العلوية من الماء ، وأكثر من 80٪ في طبقة 10 أمتار. على عمق 100 متر ، في حالة عدم وجود خلط مكثف ، لا يخترق عادة أكثر من 0.5-1 ٪ من الطاقة الشمسية.

تعتمد درجة حرارة الماء في الطبقات العليا من الخزانات على الظروف المناخية ويمكن أن تتراوح من -2 إلى +30 درجة مئوية. 8٪ فقط من المياه السطحية للمحيطات أكثر دفئًا من +10 درجة مئوية ، وأكثر من نصف المياه أبرد من 2.3 درجة مئوية. مياه البحرمع ملوحة 35٪ يتجمد عند درجة حرارة -1.9 درجة مئوية. تعتمد التغيرات اليومية في درجة حرارة الماء على طبيعة الغيوم وعادة ما تكون في حدود 0.5-2.0 درجة مئوية. في الأساس ، تتعلق هذه التغييرات فقط بطبقة سطحية رقيقة من الماء ، وفي أعماق تتراوح بين 10 و 20 مترًا ، تكون التقلبات اليومية في درجات الحرارة صفرًا تقريبًا. لوحظت درجة الحرارة القصوى في حوالي الساعة 3 مساءً ، وتتراوح الحد الأدنى من 4 إلى 7 صباحًا ، والتقلبات السنوية في درجات الحرارة في المحيط ليست كبيرة كما هي على اليابسة. إذا وصلت إلى 150 درجة مئوية على اليابسة ، فنادراً ما تتجاوز 38 درجة مئوية في المحيط. يتم التعبير عن أكبر فرق درجات الحرارة السنوي في خطوط العرض الوسطى ، حيث يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة بين أغسطس وفبراير 10 درجات مئوية. على أعماق كبيرةفي خطوط العرض الوسطى والشمالية ، يتم الحفاظ على درجة الحرارة باستمرار في النطاق من +2 إلى +4 درجة مئوية ، اعتمادًا على ملوحة الماء.

يعتبر تأثير تبريد الماء أحد أهم العوامل التي تحد من بقاء الشخص في البيئة المائية. إنه يقلل بشكل كبير من إنتاجية أعمال الغوص ، وهو أيضًا السبب الرئيسي لوفاة الأشخاص الذين يجدون أنفسهم في الماء نتيجة غرق سفينة. يمكن الحفاظ على التوازن الحراري لجسم الشخص العاري في الماء مستوى مستقرفقط بشرط أن تكون درجات حرارة الماء والجسم متساوية ، وهو أمر مستحيل في خطوط العرض الوسطى. يتم تفسير الخسائر الكبيرة في الحرارة في الماء من خلال الموصلية الحرارية العالية والسعة الحرارية. عندما يتم غمر شخص عارٍ أو غير مكشوف في الماء البارد ، تظهر سلسلة معينة من الأعراض. في البداية ، يتسبب الماء البارد في انخفاض درجة حرارة الجلد ، مما يؤدي إلى تضيق الأوعية في سطح الجسم. يؤدي هذا بدوره إلى تسريع انخفاض درجة حرارة الجلد ، حيث يتوقف تدفق الحرارة من الأنسجة الأساسية. يوفر تضيق الأوعية الناجم عن البرد مقاومة حرارية واضحة ، أو عزلًا حراريًا ، في الأنسجة السطحية للجسم. تعتمد هذه المقاومة على سرعة تدفق الدم في الجلد. ينتهي المسار المتتالي لهذه التفاعلات عندما تصبح درجة حرارة الجلد يساوي درجة الحرارةماء. تستمر الحرارة من الأنسجة العميقة الساخنة بالتدفق بالتوصيل المباشر إلى السطح. عندما يكون الشخص تحت الماء بدون ملابس مقاومة للماء ، فإن الطريقة الرئيسية لانتقال الحرارة هي التوصيل الحراري ، وحركة الماء وحركة الغطاس نفسه يساهمان في فقد الحرارة بشكل كبير. يقوم الإنسان بتسخين المزيد والمزيد من طبقات الماء بجسمه ، مما يؤدي إلى فقدان الحرارة بشكل أسرع من الهواء. مع وجود فائض كبير في فقدان الحرارة على إنتاج الحرارة في الماء البارد ، تنخفض درجة حرارة الجسم بسرعة وتتطور أعراض انخفاض درجة الحرارة ، وتنتقل من وظيفي إلى مرضي.

عند استخدام ملابس الغطاس المقاومة للماء والحماية من الحرارة ، يحدث فقدان حرارة الجسم بشكل أساسي ليس عن طريق التوصيل ، كما هو الحال عند الاتصال المباشر به ، ولكن بشكل أساسي عن طريق الإشعاع الحراري إلى السطح الداخلي للتبريد لبدلة الفضاء (الإشعاع الحراري السلبي) ، وهو أعلى 4 مرات من نقل الحرارة بالتوصيل.

من وجهة نظر تقليل فقد الحرارة بين الغواصين ، يجب إعطاء الأفضلية للمعدات ذات التهوية. تعمل الوسادة الهوائية للبدلة ، باعتبارها عازلًا جيدًا للحرارة ، على تقليل انتقال الحرارة ، وفي نفس درجة حرارة الماء ، تحافظ على درجة حرارة الجسم عند مستوى أعلى من بدلة الغطس أو بدلة الغطس ، حيث توجد فجوة هوائية طفيفة فقط. في بذلة الغوص (بذلة الغوص) ، يتم تبريد منطقة الرأس والرقبة ، وعند التنفس في الجهاز ، يزداد فقدان الحرارة من الجهاز التنفسي. الأجزاء البعيدة من الأرجل حساسة بشكل خاص للبرد عند الغواصين. في الوضع العمودي الطبيعي للغواص تحت الماء ، يبدأ التجميد عند أصابع القدم ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى ضغط الماء الأطراف السفلية. بعد ذلك ، يشكو الغواصون عادة من تجميد اليدين والظهر وأسفل الظهر. الوجه والصدر والبطن والنخيل أقل حساسية للبرد.

درجة حرارة- مقياس للحالة الحرارية أو درجة حرارة الجسم. تتميز الحالة الحرارية للجسم بسرعة حركة جزيئاته أو متوسط ​​الطاقة الحركية الداخلية للجسم. كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم ، زادت سرعة حركة الجزيئات. تزداد درجة حرارة الجسم أو تنقص اعتمادًا على ما إذا كان الجسم يتلقى الحرارة أو يطلقها. الأجسام التي لها نفس درجة الحرارة تكون في حالة توازن حراري ، أي لا يوجد تبادل حراري بينها.

وحدة درجة الحرارة هي درجات. يتم استخدام مقياسين لقياس درجة الحرارة: درجة مئوية وثرموديناميكية أو مطلقة (كلفن). يحتوي المقياس المئوي على نقطتين ثابتتين: ذوبان الجليد ، الذي يُؤخذ على أنه 0 درجة مئوية ، ونقطة غليان الماء عند الضغط الجوي العادي (760 ملم زئبق) ، والتي تؤخذ على أنها 100 درجة مئوية. الفترة الفاصلة بين هذه النقاط مقسمة إلى 100 جزء ، كل منها يساوي 1 درجة مئوية. تتم الإشارة إلى درجات الحرارة التي تزيد عن 0 درجة مئوية بعلامة زائد (لا يُشار إليها عادةً في النص) ، أقل من 0 درجة مئوية - بعلامة ناقص.

في مقياس SI Kelvin المقبول ، تكون النقطة المرجعية هي درجة حرارة الصفر المطلق. يتميز الصفر المطلق بالتوقف التام لحركة الجزيئات ويتوافق مع درجة حرارة تقل عن 0 درجة مئوية بمقدار 273.16 درجة مئوية (تقريبًا 273). وحدة درجة الحرارة الديناميكية الحرارية هي كلفن (K).

يتم الإشارة إلى درجة الحرارة في مقياس درجة مئوية بواسطة t ، وفي المقياس المطلق بواسطة T. ترتبط درجات الحرارة هذه بالعلاقة T \ u003d t + 273.

حرارة(كمية الحرارة) - سمة من سمات عملية نقل الحرارة ، تحددها كمية الطاقة التي يتلقاها الجسم (يطلقها) في عملية نقل الحرارة. في النظام الدولي للوحدات ، تُقاس الحرارة بالجول (J). حتى الآن ، يتم استخدام وحدة خارج النظام - السعرات الحرارية ، والتي تتوافق مع 4.187 J. في الممارسة العملية ، مع بعض الافتراضات ، يتم أخذ كمية الحرارة المطلوبة لتسخين 1 جرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية عند الضغط الجوي كسعر حراري .

يحدث تحويل الحرارة إلى عمل والعمل إلى حرارة بنفس النسبة الثابتة تمامًا ، المقابلة للمكافئ الحراري ، العمل A أو المكافئ الميكانيكي للحرارة E \ u003d 1 / A. قيم هذه المعادلات (مدورة): A \ u003d 1/427 kcal / (kgf · m) ؛ E = 427 كجم ق.م / كيلو كالوري.

حرارة نوعية- كمية الحرارة التي يجب الإبلاغ عنها إلى 1 كجم أو 1 م 3 من مادة ما لرفع درجة حرارتها بمقدار 1 درجة مئوية. بالنسبة للغازات والأبخرة ، يتم التمييز بين السعة الحرارية النوعية عند ضغط ثابت cv والسعة الحرارية النوعية عند حجم ثابت su. اعتمادًا على ما يتم اعتباره كوحدة من مادة ، يتم تمييز السعة الحرارية: الكتلة ، كيلو كالوري / (كجم درجة مئوية) ؛ الضرس ، kcal / (kmol ° C) ؛ الحجمي ، كيلو كالوري / (م 3 درجة مئوية). يتم أخذ السعة الحرارية للكتلة النوعية للماء ، بدقة كافية لإجراء حسابات عملية ، مساوية لـ 1 كيلو كالوري / (كجم درجة مئوية).

تعتمد السعة الحرارية المحددة لبخار الماء شديد السخونة على درجة الحرارة والضغط اللذين يحدث عندهما التسخين ، بالإضافة إلى أن خليط الغازات غير القابلة للتكثيف يعتمد على تركيبته. عند 100 درجة مئوية ، تكون السعة الحرارية النوعية الحجمية ، kcal / (m3 ° C): بخار الماء 0.36 ؛ الهواء 0.31 ؛ ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون) 0.41.

كمية الحرارة Q التي يجب إبلاغ الجسم بها (على سبيل المثال ، الماء المسخن في غلاية) لزيادة درجة حرارته من t 1 إلى t 2 يساوي منتج كتلة الجسم م، له حرارة نوعية ج، الفرق بين t 2 النهائي ودرجة حرارة الجسم الأولية t 1:

س = مولودية(ر 2 - ر 1).

الطاقة الداخلية الكامنة- معلمة حالة مائع العمل (ماء ، غاز أو: بخار) ، تحدد مجموع طاقتها الداخلية والطاقة الكامنة للضغط (ناتج الضغط والحجم). يتم تحديد التغيير في المحتوى الحراري من خلال الحالة الأولية والنهائية لسائل العمل.

درجة حرارة الغليان- درجة الحرارة التي تنتقل عندها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة البخارية (الغازية) ، ليس فقط من السطح (كما يحدث أثناء التبخر) ، ولكن من جميع أنحاء الحجم.

الحرارة الكامنة للتبخر- الحرارة المطلوبة لتحويل 1 كجم من السائل ، مسخن مسبقًا إلى درجة الغليان ، إلى بخار جاف مشبع.

حرارة التكثيف الكامنةهي الحرارة المنبعثة أثناء تكثيف البخار. إنه يساوي في القيمة الحرارة الكامنة للتبخر.

الطول والمسافة الكتلة مقاييس حجم المنتجات السائبة والمواد الغذائية حجم المساحة ووحدات القياس في وصفاتضغط درجة الحرارة ، الضغط الميكانيكي ، معامل يونغ الطاقة والعمل القوة الوقت السرعة الخطية الزاوية المسطحة الكفاءة الحرارية وكفاءة الوقود الأرقام وحدات قياس كمية المعلومات معدلات التبادل الأبعاد ملابس نسائيةأبعاد ملابس وأحذية الرجال السرعة الزاوية وتردد الدوران التسارع التسارع الزاوي الكثافة الحجم المحدد لحظة القصور الذاتي عزم الدوران حرارة الاحتراق النوعية (بالكتلة) كثافة الطاقة و حرارة نوعيةاحتراق الوقود (بالحجم) فرق درجة الحرارة معامل التمدد الحراري المقاومة الحرارية التوصيل الحراري السعة الحرارية النوعية التعرض للطاقة ، الطاقة الإشعاع الحراريكثافة تدفق الحرارةمعامل انتقال الحرارة تدفق الحجم التدفق المولي كثافة التدفق الكتلي التركيز المولي تركيز الكتلة في المحلول اللزوجة الديناميكية (المطلقة) اللزوجة الحركية التوتر السطحي نفاذية البخار نفاذية البخار ، معدل نقل البخار مستوى الصوت حساسية الميكروفون مستوى ضغط الصوت (SPL) السطوع كثافة الإضاءة تردد الإضاءة وطول الموجة قوة الديوبتر والبعد البؤري قوة الديوبتر وتضخيم العدسة (×) الشحنة الكهربائية كثافة الشحنة الخطية كثافة الشحنة السطحية كثافة الشحنة السائبة التيار الكهربائي كثافة التيار الخطي كثافة التيار السطحي قوة المجال الكهربائي الجهد والجهد الكهروستاتيكي المقاومة الكهربائية المقاومة المقاومة الكهربائية التوصيل الكهربائي التوصيل الكهربائي حث السعة الكهربائية مقياس السلك الأمريكي المستويات في dBm (dBm أو dBmW) ، dBV (dBV) ، واط ، إلخ. وحدات القوة المحركة المغناطيسية قوة المجال المغناطيسي التدفق المغناطيسي الحث المغناطيسي معدل الجرعة الممتصة للإشعاع المؤين النشاط الإشعاعي. إشعاع الاضمحلال الإشعاعي. جرعة التعرض للإشعاع. الجرعة الممتصة البادئات العشرية اتصالات البيانات الطباعة والتصوير وحدات حجم الأخشاب حساب الكتلة المولية النظام الدوري العناصر الكيميائيةدي آي مينديليف

1 كيلو كالوري (IT) لكل كيلوغرام لكل درجة مئوية [kcal (M) / (kg · C)] = 1.00066921606327 كيلو كالوري (th) لكل كيلوغرام لكل كيلفن [kcal (T) / (kg · K)]

القيمة البدائية

القيمة المحولة

جول لكل كيلوغرام لكل كيلفن جول لكل كيلوغرام لكل درجة مئوية جول لكل جرام لكل كيلوجول درجة مئوية لكل كيلوجرام لكل كيلوجول كلفن لكل كيلوجرام لكل سعر حراري (IT) لكل جرام لكل درجة مئوية من السعرات الحرارية (IT) لكل جرام لكل درجة فهرنهايت من السعرات الحرارية (Th. ) لكل كيلوغرام لكل درجة مئوية كيلو كالوري (th.) لكل كيلوغرام لكل درجة مئوية كالوري (th.) لكل كيلوغرام لكل كيلفن كيلوكالوري (th.) لكل كيلوغرام لكل كيلفن كيلفن لكل كيلفن رطل- قوة القدم لكل رطل لكل درجة رانكين وحدة حرارية بريطانية (th) لكل رطل لكل درجة فهرنهايت (th) لكل رطل لكل درجة فهرنهايت وحدة حرارية بريطانية (th) لكل رطل لكل درجة رانكين وحدة حرارية بريطانية (th) لكل رطل لكل درجة رانكين وحدة حرارية بريطانية (IT) لكل رطل لكل درجة مئوية دافئة الوحدات لكل رطل لكل درجة مئوية

المزيد عن السعة الحرارية المحددة

معلومات عامة

تتحرك الجزيئات تحت تأثير الحرارة - تسمى هذه الحركة الانتشار الجزيئي. كلما ارتفعت درجة حرارة المادة ، زادت سرعة حركة الجزيئات وحدث انتشار أكثر كثافة. لا تتأثر حركة الجزيئات بدرجة الحرارة فحسب ، بل تتأثر أيضًا بالضغط ولزوجة المادة وتركيزها ومقاومة الانتشار والمسافة التي تقطعها الجزيئات أثناء حركتها وكتلتها. على سبيل المثال ، إذا قارنا كيفية حدوث عملية الانتشار في الماء وفي العسل ، عندما تكون جميع المتغيرات الأخرى ، باستثناء اللزوجة ، متساوية ، فمن الواضح أن الجزيئات في الماء تتحرك وتنتشر بشكل أسرع من العسل ، حيث أن العسل يحتوي على لزوجة أعلى.

تحتاج الجزيئات إلى طاقة لكي تتحرك ، وكلما زادت سرعة حركتها ، زادت الطاقة التي تحتاجها. الحرارة هي أحد أنواع الطاقة المستخدمة في هذه الحالة. أي إذا تم الحفاظ على درجة حرارة معينة في مادة ما ، فإن الجزيئات سوف تتحرك ، وإذا زادت درجة الحرارة ، فسوف تتسارع الحركة. يتم الحصول على الطاقة في شكل حرارة عن طريق حرق الوقود مثل الغاز الطبيعي أو الفحم أو الخشب. إذا تم تسخين العديد من المواد باستخدام نفس كمية الطاقة ، فمن المحتمل أن تسخن بعض المواد بشكل أسرع من غيرها بسبب الانتشار المكثف. تصف السعة الحرارية والسعة الحرارية النوعية هذه الخصائص فقط للمواد.

حرارة نوعيةيحدد مقدار الطاقة (أي الحرارة) المطلوبة لتغيير درجة حرارة جسم أو مادة ذات كتلة معينة بمقدار معين. هذه الخاصية مختلفة عن السعة الحرارية، والتي تحدد كمية الطاقة المطلوبة لتغيير درجة حرارة الجسم أو المادة بأكملها إلى درجة حرارة معينة. حسابات السعة الحرارية ، على عكس السعة الحرارية المحددة ، لا تأخذ في الاعتبار الكتلة. يتم حساب السعة الحرارية والسعة الحرارية النوعية فقط للمواد والأجسام في حالة تراكم مستقرة ، على سبيل المثال ، للمواد الصلبة. تتناول هذه المقالة كلا هذين المفهومين ، لأنهما مترابطان.

السعة الحرارية والسعة الحرارية النوعية للمواد والمواد

المعادن

المعادن لها بنية جزيئية قوية جدا ، منذ المسافة بين الجزيئات في المعادن وغيرها المواد الصلبةأقل بكثير من السوائل والغازات. نتيجة لذلك ، لا يمكن للجزيئات أن تتحرك إلا لمسافات صغيرة جدًا ، وبالتالي ، من أجل جعلها تتحرك بسرعة أعلى ، هناك حاجة إلى طاقة أقل بكثير من جزيئات السوائل والغازات. بسبب هذه الخاصية ، فإن سعتها الحرارية النوعية منخفضة. هذا يعني أنه من السهل جدًا رفع درجة حرارة المعدن.

ماء

من ناحية أخرى ، يتمتع الماء بسعة حرارية عالية جدًا ، حتى بالمقارنة مع السوائل الأخرى ، لذلك فإنه يتطلب طاقة أكبر بكثير لتسخين وحدة واحدة من كتلة الماء بدرجة واحدة ، مقارنة بالمواد التي تكون سعتها الحرارية النوعية أقل. يتمتع الماء بقدرة حرارية عالية بسبب الروابط القوية بين ذرات الهيدروجين في جزيء الماء.

الماء هو أحد المكونات الرئيسية لجميع الكائنات الحية والنباتات على الأرض ، وبالتالي فإن سعته الحرارية المحددة تلعب دورًا مهمًا في الحياة على كوكبنا. بسبب السعة الحرارية العالية للماء ، تتغير درجة حرارة السائل في النباتات ودرجة حرارة سائل التجويف في جسم الحيوانات قليلاً حتى في الأيام شديدة البرودة أو شديدة الحرارة.

يوفر الماء نظامًا للحفاظ على النظام الحراري في كل من الحيوانات والنباتات ، وعلى سطح الأرض ككل. جزء كبير من كوكبنا مغطى بالمياه ، لذلك فإن الماء يلعب دورًا كبيرًا في تنظيم الطقس والمناخ. حتى مع وجود كمية كبيرة من الحرارة الناتجة عن تأثير الإشعاع الشمسي على سطح الأرض ، تزداد درجة حرارة الماء في المحيطات والبحار والأجسام المائية الأخرى تدريجياً ، كما تتغير درجة الحرارة المحيطة ببطء. من ناحية أخرى ، فإن التأثير على درجة حرارة شدة الحرارة من الإشعاع الشمسي كبير على الكواكب حيث لا توجد أسطح كبيرة مغطاة بالمياه ، مثل الأرض ، أو في مناطق من الأرض حيث المياه شحيحة. هذا ملحوظ بشكل خاص إذا نظرت إلى الفرق بين درجات الحرارة ليلا ونهارا. لذلك ، على سبيل المثال ، بالقرب من المحيط ، يكون الفرق بين درجات الحرارة ليلاً ونهارًا صغيرًا ، لكنه ضخم في الصحراء.

تعني السعة الحرارية العالية للماء أيضًا أن الماء لا يسخن ببطء فحسب ، بل يبرد أيضًا ببطء. بسبب هذه الخاصية ، غالبًا ما يستخدم الماء كمبرد ، أي كمبرد. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام المياه مفيد بسبب انخفاض سعره. في البلدان ذات المناخ البارد ماء ساخنيدور في أنابيب للتدفئة. يخلط مع الإيثيلين جلايكول ويستخدم في مشعات السيارة لتبريد المحرك. تسمى هذه السوائل بالتجمد. السعة الحرارية لجليكول الإيثيلين أقل من السعة الحرارية للماء ، وبالتالي فإن السعة الحرارية لمثل هذا الخليط أقل أيضًا ، مما يعني أن كفاءة نظام التبريد مع مانع التجمد أقل أيضًا من أنظمة الماء. ولكن يجب تحمل ذلك ، لأن جلايكول الإيثيلين لا يسمح بتجمد الماء في الشتاء ويتلف قنوات نظام تبريد السيارة. يضاف المزيد من جلايكول الإيثيلين إلى المبردات المصممة للمناخات الباردة.

السعة الحرارية في الحياة اليومية

عند تساوي الأشياء الأخرى ، تحدد السعة الحرارية للمواد مدى سرعة تسخينها. كلما زادت السعة الحرارية ، زادت الطاقة اللازمة لتسخين هذه المادة. بمعنى ، إذا تم تسخين مادتين بقدرات حرارية مختلفة بنفس كمية الحرارة وتحت نفس الظروف ، فإن المادة ذات السعة الحرارية المنخفضة سوف تسخن بشكل أسرع. المواد ذات السعة الحرارية العالية ، على العكس من ذلك ، تسخن وتعطي الحرارة مرة أخرى بيئةأبطأ.

أواني المطبخ وأوانيه

في أغلب الأحيان ، نختار مواد للأطباق وأدوات المطبخ بناءً على سعتها الحرارية. ينطبق هذا بشكل أساسي على العناصر التي تكون على اتصال مباشر بالحرارة ، مثل الأواني والأطباق وأطباق الخبز والأواني المماثلة الأخرى. على سبيل المثال ، بالنسبة للأواني والمقالي ، من الأفضل استخدام مواد ذات سعة حرارية منخفضة ، مثل المعادن. يساعد ذلك في نقل الحرارة بسهولة وسرعة أكبر من السخان عبر القدر إلى الطعام ويسرع عملية الطهي.

من ناحية أخرى ، نظرًا لأن المواد ذات السعة الحرارية العالية تحتفظ بالحرارة لفترة طويلة ، فمن الجيد استخدامها للعزل ، أي عندما يكون من الضروري الحفاظ على حرارة المنتجات ومنعها من الهروب إلى البيئة أو على العكس لمنع حرارة الغرفة من تسخين المنتجات المبردة. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام هذه المواد في الأطباق والأكواب التي يتم فيها تقديم الأطعمة والمشروبات الساخنة أو الباردة جدًا. فهي لا تساعد فقط في الحفاظ على درجة حرارة المنتج ، ولكن أيضًا تمنع الأشخاص من التعرض للحرق. تعتبر أواني الطهي المصنوعة من السيراميك والبوليسترين أمثلة جيدة على استخدام هذه المواد.

أغذية عازلة للحرارة

اعتمادًا على عدد من العوامل ، مثل محتوى الماء والدهون في المنتجات ، يمكن أن تختلف السعة الحرارية والقدرة الحرارية النوعية. في الطبخ ، تتيح معرفة السعة الحرارية للأطعمة استخدام بعض الأطعمة للعزل. إذا قمت بتغطية طعام آخر بمواد عازلة ، فسوف يساعدون هذا الطعام على الاحتفاظ بالدفء لفترة أطول تحته. إذا كانت الأطباق الموجودة تحت هذه المنتجات العازلة للحرارة ذات سعة حرارية عالية ، فإنها تطلق الحرارة ببطء في البيئة على أي حال. بعد أن يتم تسخينهم جيدًا ، يفقدون الحرارة والماء بشكل أبطأ بفضل المنتجات العازلة الموجودة في الأعلى. لذلك ، تظل ساخنة لفترة أطول.

مثال على منتج عازل للحرارة هو الجبن ، خاصة على البيتزا والأطباق المماثلة الأخرى. وإلى أن يذوب ، فإنه يسمح بمرور بخار الماء ، مما يسمح للطعام تحته بالتبريد بسرعة ، حيث يتبخر الماء الذي يحتوي عليه ويبرد الطعام الذي يحتوي عليه. يغطي الجبن المذاب سطح الطبق ويعزل الطعام تحته. غالبًا ما تكون الأطعمة التي تحتوي على نسبة عالية من الماء تحت الجبن ، مثل الصلصات والخضروات. وبسبب هذا ، فهي تتمتع بسعة حرارية عالية وتبقى دافئة لفترة طويلة ، خاصةً لأنها تحت الجبن المذاب ، الذي لا يطلق بخار الماء إلى الخارج. هذا هو السبب في أن البيتزا الخارجة من الفرن ساخنة للغاية بحيث يمكنك بسهولة حرق نفسك بالصلصة أو الخضار ، حتى عندما يبرد العجين حول الأطراف. لا يبرد سطح البيتزا تحت الجبن لفترة طويلة ، مما يجعل من الممكن توصيل البيتزا إلى منزلك في كيس حراري معزول جيدًا.

تستخدم بعض الوصفات الصلصات بنفس طريقة استخدام الجبن لعزل الطعام تحتها. كلما زاد محتوى الدهون في الصلصة ، كان عزل المنتجات أفضل - الصلصات القائمة على الزبدة أو الكريمة جيدة بشكل خاص في هذه الحالة. هذا يرجع مرة أخرى إلى حقيقة أن الدهون تمنع تبخر الماء ، وبالتالي ، إزالة الحرارة اللازمة للتبخر.

في الطهي ، تُستخدم أحيانًا المواد غير المناسبة للطعام للعزل الحراري. غالبًا ما يستخدم الطهاة في أمريكا الوسطى والفلبين والهند وتايلاند وفيتنام والعديد من البلدان الأخرى أوراق الموز لهذا الغرض. لا يمكن جمعها في الحديقة فحسب ، بل يمكن شراؤها أيضًا في متجر أو في السوق - بل يتم استيرادها لهذا الغرض في البلدان التي لا يُزرع فيها الموز. في بعض الأحيان يتم استخدام رقائق الألومنيوم لأغراض العزل. فهو لا يمنع الماء من التبخر فحسب ، بل يساعد أيضًا في الحفاظ على الحرارة بالداخل عن طريق منع انتقال الحرارة في شكل إشعاع. إذا قمت بلف الأجنحة والأجزاء البارزة الأخرى من الطائر بورق الألمنيوم عند الخبز ، فإن الرقاقة ستمنعها من السخونة الزائدة والحرق.

طهي الطعام

الأطعمة التي تحتوي على نسبة عالية من الدهون ، مثل الجبن ، لها سعة حرارية منخفضة. إنها تسخن بطاقة أقل من المنتجات ذات السعة الحرارية العالية وتصل إلى درجات حرارة عالية بما يكفي لحدوث تفاعل Maillard. تفاعل Maillard هو تفاعل كيميائي يحدث بين السكريات والأحماض الأمينية ويغير طعم ومظهر الأطعمة. رد الفعل هذا مهم في بعض طرق الطهي ، مثل خبز الخبز و الحلوياتمن الدقيق ومنتجات الخبز في الفرن وكذلك للقلي. لزيادة درجة حرارة الطعام إلى درجة الحرارة التي يحدث عندها هذا التفاعل ، يتم استخدام الأطعمة الغنية بالدهون في الطهي.

السكر في الطبخ

السعة الحرارية النوعية للسكر أقل من تلك الخاصة بالدهون. نظرًا لأن السكر يسخن بسرعة إلى درجات حرارة أعلى من درجة غليان الماء ، فإن العمل معه في المطبخ يتطلب احتياطات السلامة ، خاصة عند صنع الكراميل أو الحلويات. يجب توخي الحذر الشديد عند إذابة السكر لتجنب انسكابه على الجلد العاري ، حيث تصل درجة حرارة السكر إلى 175 درجة مئوية (350 درجة فهرنهايت) وسيكون الحرق من السكر المذاب شديدًا جدًا. في بعض الحالات ، من الضروري التحقق من تناسق السكر ، لكن لا يجب فعل ذلك بأيدي عارية إذا تم تسخين السكر. غالبًا ما ينسى الناس مدى السرعة وكمية السكر التي يمكن أن ترتفع درجة حرارتها ، ولهذا السبب يتم حرقهم. اعتمادًا على الغرض من السكر المذاب ، يمكن التحقق من اتساقها ودرجة حرارتها باستخدام الماء البارد ، كما هو موضح أدناه.

تتغير خصائص السكر وشراب السكر تبعًا لدرجة الحرارة التي يُطهى عندها. حار محلول سكريمكن أن يكون نحيفًا ، مثل نحافة العسل ، أو سميكًا ، أو في مكان ما بين رفيع وسميك. عادة لا تحدد وصفات الحلويات والكراميل والصلصات الحلوة درجة الحرارة التي يجب تسخين السكر أو الشراب عندها فحسب ، بل تحدد أيضًا مرحلة الصلابة في السكر ، مثل مرحلة "الكرة الناعمة" أو مرحلة "الكرة الصلبة". يتوافق اسم كل مرحلة مع تناسق السكر. لتحديد الاتساق ، يسقط الحلواني بضع قطرات من الشراب ماء مثلجتبريدهم. بعد ذلك ، يتم فحص الاتساق عن طريق اللمس. لذلك ، على سبيل المثال ، إذا كان الشراب المبرد كثيفًا ، لكنه لا يتصلب ، لكنه ظل طريًا ويمكنك صنع كرة منه ، فيُعتبر أن الشراب في مرحلة "الكرة الناعمة". إذا كان شكل الشراب المجمد صعبًا للغاية ، ولكن لا يزال من الممكن تغييره يدويًا ، فهو في مرحلة "الكرة الصلبة". غالبًا ما يستخدم الحلوانيون مقياس حرارة الطعام ويتحققون أيضًا من تناسق السكر يدويًا.

سلامة الغذاء

بمعرفة السعة الحرارية للأطعمة ، يمكنك تحديد المدة التي يجب تبريدها أو تسخينها للوصول إلى درجة حرارة لا تفسد عندها وتموت البكتيريا الضارة بالجسم. على سبيل المثال ، للوصول إلى درجة حرارة معينة ، تستغرق الأطعمة ذات السعة الحرارية العالية وقتًا أطول حتى تبرد أو تسخن مقارنة بالأطعمة ذات السعة الحرارية المنخفضة. أي أن مدة طهي الطبق تعتمد على المنتجات المدرجة فيه ، وكذلك على مدى سرعة تبخر الماء منه. التبخر مهم لأنه يتطلب الكثير من الطاقة. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام مقياس حرارة الطعام للتحقق من درجة حرارة الطبق أو الطعام الموجود فيه. من الملائم استخدامه بشكل خاص أثناء تحضير الأسماك واللحوم والدواجن.

أفران ميكروويف

مدى كفاءة تسخين الطعام في فرن الميكروويف يعتمد ، من بين عوامل أخرى ، على الحرارة النوعية للطعام. يتسبب إشعاع الميكروويف الناتج عن مغنطرون فرن الميكروويف في تحرك جزيئات الماء والدهون وبعض المواد الأخرى بشكل أسرع ، مما يؤدي إلى تسخين الطعام. من السهل تحريك جزيئات الدهون بسبب قدرتها الحرارية المنخفضة ، وبالتالي يتم تسخين الأطعمة الدهنية إلى المزيد درجات حرارة عاليةمن الطعام الذي يحتوي على الكثير من الماء. قد تكون درجة الحرارة التي تم الوصول إليها عالية جدًا بحيث تكون كافية لتفاعل Maillard. المنتجات ذات المحتوى المائي العالي لا تصل إلى درجات الحرارة هذه بسبب السعة الحرارية العالية للماء ، وبالتالي لا يحدث تفاعل Maillard فيها.

يمكن أن تتسبب درجات الحرارة المرتفعة التي تصل إليها دهون الميكروويف في تحول بعض الأطعمة ، مثل لحم الخنزير المقدد ، إلى اللون البني ، ولكن درجات الحرارة هذه يمكن أن تكون خطيرة عند استخدام أفران الميكروويف ، خاصة إذا لم تتبع تعليمات استخدام الفرن كما هو موضح في دليل التعليمات. على سبيل المثال ، عند إعادة تسخين أو طهي الأطعمة الدهنية في الفرن ، يجب ألا تستخدم الأواني البلاستيكية ، حتى أدوات الميكروويف ليست مصممة لدرجة الحرارة التي تصل إليها الدهون. كذلك لا تنسى أن الأطعمة الدهنية شديدة السخونة ، وتناولها بعناية حتى لا تحرق نفسك.

السعة الحرارية النوعية للمواد المستخدمة في الحياة اليومية

هل تجد صعوبة في ترجمة وحدات القياس من لغة إلى أخرى؟ الزملاء على استعداد لمساعدتك. انشر سؤالاً في TCTermsوستتلقى إجابة في غضون بضع دقائق.