การจัดเตรียม
วัดปริมาณความร้อนในระบบ SI วิธีการและวิธีการวัดปริมาณความร้อน

วัดปริมาณความร้อนในระบบ SI วิธีการและวิธีการวัดปริมาณความร้อน

ความร้อน- พลังงานที่ถ่ายโอนจากวัตถุที่ร้อนกว่าไปยังวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าโดยการสัมผัสโดยตรงหรือการแผ่รังสี

อุณหภูมิเป็นตัววัดความเข้มของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล

ปริมาณความร้อนที่ร่างกายได้รับในอุณหภูมิที่กำหนดขึ้นอยู่กับมวลของมัน ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิเดียวกัน ความร้อนจะถูกเก็บไว้ในถ้วยน้ำขนาดใหญ่มากกว่าในถ้วยเล็ก และในถังน้ำเย็น อาจมีมากกว่าในถ้วย น้ำร้อน(แม้ว่าอุณหภูมิของน้ำในถังจะต่ำกว่าก็ตาม)

ความร้อนมีบทบาทสำคัญในชีวิตมนุษย์ รวมทั้งในการทำงานของร่างกายด้วย ส่วนหนึ่งของพลังงานเคมีที่มีอยู่ในอาหารจะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อนเนื่องจากอุณหภูมิของร่างกายจะอยู่ที่ 37 ° C สมดุลความร้อนของร่างกายมนุษย์ก็ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย สิ่งแวดล้อมและผู้คนถูกบังคับให้ใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อสร้างความร้อนให้กับอาคารพักอาศัยและโรงงานอุตสาหกรรมในฤดูหนาว และระบายความร้อนในฤดูร้อน พลังงานส่วนใหญ่นี้มาจากเครื่องยนต์ความร้อน เช่น โรงต้มน้ำและกังหันไอน้ำของโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล (ถ่านหิน น้ำมัน) และผลิตกระแสไฟฟ้า

จนถึงปลายศตวรรษที่ 18 ความร้อนถือเป็นสสาร โดยเชื่อว่าอุณหภูมิของร่างกายกำหนดโดยปริมาณ<калорической жидкости>, หรือ<теплорода>. ต่อมา B. Rumford, J. Joule และนักฟิสิกส์คนอื่นๆ ในสมัยนั้น ได้หักล้างการทดลองและการใช้เหตุผลอย่างมีไหวพริบ<калорическую>ทฤษฎีที่พิสูจน์ว่าความร้อนไม่มีน้ำหนักและสามารถได้รับในปริมาณใด ๆ อันเนื่องมาจากการเคลื่อนไหวทางกล ความร้อนในตัวมันเองไม่ใช่สสาร แต่เป็นเพียงพลังงานของการเคลื่อนที่ของอะตอมหรือโมเลกุลของมัน นี่คือความเข้าใจเรื่องความร้อนที่ฟิสิกส์สมัยใหม่ยึดถือ

ในบทความนี้ เราจะพิจารณาว่าความร้อนและอุณหภูมิสัมพันธ์กันอย่างไร และวัดปริมาณเหล่านี้อย่างไร หัวข้อของการสนทนาของเราจะเป็นคำถามต่อไปนี้: การถ่ายเทความร้อนจากส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกายไปยังส่วนอื่น การถ่ายเทความร้อนในสุญญากาศ (ช่องว่างที่ไม่มีสสาร); บทบาทของความร้อนในโลกสมัยใหม่

ความร้อนและอุณหภูมิ

ปริมาณพลังงานความร้อนในสารไม่สามารถกำหนดได้โดยการสังเกตการเคลื่อนที่ของแต่ละโมเลกุลแยกกัน ในทางตรงกันข้าม โดยการศึกษาคุณสมบัติมหภาคของสสารเท่านั้น เราสามารถค้นหาลักษณะของการเคลื่อนที่ด้วยกล้องจุลทรรศน์ของโมเลกุลจำนวนมากโดยเฉลี่ยในช่วงระยะเวลาหนึ่ง อุณหภูมิของสารเป็นตัวบ่งชี้เฉลี่ยของความเข้มของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล ซึ่งพลังงานคือ พลังงานความร้อนสาร

วิธีการประมาณค่าอุณหภูมิที่คุ้นเคยที่สุดวิธีหนึ่งแต่แม่นยำน้อยที่สุดก็คือการสัมผัส สัมผัสวัตถุเราตัดสินว่าร้อนหรือเย็นโดยเน้นที่ความรู้สึกของเรา แน่นอนว่าความรู้สึกเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของร่างกาย ซึ่งทำให้เราได้แนวคิดเรื่องสมดุลความร้อน ซึ่งเป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุดในการวัดอุณหภูมิ

สมดุลความร้อน

สมดุลความร้อนระหว่างวัตถุ A และ B

เห็นได้ชัดว่าถ้าทั้งสองร่าง A และ B ถูกกดทับกันอย่างแน่นหนา หลังจากสัมผัสพวกมันหลังจากผ่านไปนานพอสมควร เราจะสังเกตเห็นว่าอุณหภูมิของพวกมันเท่ากัน ในกรณีนี้ วัตถุ A และ B จะอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนซึ่งกันและกัน อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว ร่างกายไม่จำเป็นต้องสัมผัสกันเพื่อให้มีสมดุลทางความร้อนอยู่ระหว่างร่างกาย - แค่อุณหภูมิของพวกมันจะเท่ากันก็เพียงพอแล้ว สิ่งนี้สามารถตรวจสอบได้โดยใช้วัตถุที่สาม C ขั้นแรกให้นำเข้าสู่สมดุลทางความร้อนกับร่างกาย A จากนั้นจึงเปรียบเทียบอุณหภูมิของร่างกาย C และ B ร่างกาย C ในที่นี้มีบทบาทเป็นเทอร์โมมิเตอร์ ในการกำหนดที่เข้มงวด หลักการนี้เรียกว่ากฎข้อที่ศูนย์ของอุณหพลศาสตร์: หากวัตถุ A และ B อยู่ในสมดุลความร้อนกับวัตถุที่สาม C วัตถุเหล่านี้ก็จะอยู่ในสมดุลความร้อนซึ่งกันและกัน กฎหมายนี้รองรับวิธีการวัดอุณหภูมิทั้งหมด

การวัดอุณหภูมิ

เครื่องวัดอุณหภูมิ

เทอร์โมมิเตอร์

เทอร์โมมิเตอร์ตามเอฟเฟกต์ไฟฟ้า

หากเราต้องการทดลองและการคำนวณที่แม่นยำ การให้คะแนนอุณหภูมิเช่น ร้อน อุ่น เย็น และเย็นไม่เพียงพอ - เราจำเป็นต้องมีมาตราส่วนอุณหภูมิที่สำเร็จการศึกษา มีเกล็ดหลายขนาด และมักจะใช้จุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำเป็นจุดอ้างอิง เครื่องชั่งทั่วไปสี่เครื่องแสดงอยู่ในรูป มาตราส่วนเซนติเกรดตามจุดเยือกแข็งของน้ำเท่ากับ 0 ° และจุดเดือดถึง 100 ° เรียกว่าสเกลเซลเซียสซึ่งตั้งชื่อตามเอ. เซลเซียส นักดาราศาสตร์ชาวสวีเดนที่บรรยายไว้ในปี ค.ศ. 1742 เชื่อกันว่า นักธรรมชาติวิทยาชาวสวีเดน K. Linnaeus ใช้มาตราส่วนนี้เป็นครั้งแรก ตอนนี้มาตราส่วนเซลเซียสเป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในโลก มาตราส่วนอุณหภูมิฟาเรนไฮต์ซึ่งจุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำสอดคล้องกับตัวเลขที่อึดอัดอย่างยิ่งที่ 32 และ 212 °ถูกเสนอในปี 1724 โดย G. Fahrenheit มาตราส่วนฟาเรนไฮต์ใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศที่พูดภาษาอังกฤษ แต่แทบจะไม่มีการใช้ในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์ ในการแปลงอุณหภูมิเซลเซียส (°C) เป็นอุณหภูมิฟาเรนไฮต์ (°F) มีสูตร °F = (9/5)°C + 32 และสำหรับการแปลย้อนกลับ - สูตร °C = (5/9) ( °F- 32).

เครื่องชั่งทั้งสอง - ทั้งฟาเรนไฮต์และเซลเซียส - ไม่สะดวกมากเมื่อทำการทดลองในสภาวะที่อุณหภูมิลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำและแสดงเป็นจำนวนลบ ในกรณีเช่นนี้ มาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ถูกนำมาใช้ ซึ่งอิงจากการประมาณค่าเป็นศูนย์สัมบูรณ์ที่เรียกว่าจุดสัมบูรณ์ ซึ่งเป็นจุดที่การเคลื่อนที่ของโมเลกุลควรหยุด หนึ่งในนั้นเรียกว่าสเกลแรนกินและอีกอันเรียกว่าสเกลอุณหพลศาสตร์สัมบูรณ์ อุณหภูมิวัดเป็นองศาแรงคิน (°R) และเคลวิน (K) สเกลทั้งสองเริ่มต้นที่ศูนย์สัมบูรณ์และจุดเยือกแข็งของน้ำเท่ากับ 491.7 ° R และ 273.16 K จำนวนองศาและเคลวินระหว่างจุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำในระดับเซลเซียสและสเกลอุณหพลศาสตร์สัมบูรณ์จะเท่ากันและเท่ากัน ถึง 100; สำหรับมาตราส่วนฟาเรนไฮต์และแรงคินก็เหมือนกัน แต่เท่ากับ 180 องศาเซลเซียสจะถูกแปลงเป็นเคลวินโดยใช้สูตร K \u003d ° C + 273.16 และองศาฟาเรนไฮต์จะถูกแปลงเป็นองศาแรงคินโดยใช้สูตร ° R \u003d ° F + 459.7

การทำงานของอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อวัดอุณหภูมิขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ทางกายภาพต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานความร้อนของสาร - การเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้า ปริมาตร ความดัน ลักษณะการแผ่รังสี สมบัติทางเทอร์โมอิเล็กทริก เครื่องมือวัดอุณหภูมิที่ง่ายที่สุดและคุ้นเคยที่สุดคือเครื่องวัดอุณหภูมิแบบแก้วที่แสดงในรูป ลูกบอล c ที่ส่วนล่างของเทอร์โมมิเตอร์วางอยู่ในสื่อหรือกดทับวัตถุที่ต้องการวัดอุณหภูมิ และขึ้นอยู่กับว่าลูกบอลได้รับความร้อนหรือให้ออก ขยายหรือหดตัว และคอลัมน์ของลูกบอลจะขึ้นหรือตกใน เส้นเลือดฝอย หากเทอร์โมมิเตอร์ถูกปรับเทียบล่วงหน้าและติดตั้งเครื่องชั่ง คุณก็จะสามารถค้นหาอุณหภูมิของร่างกายได้โดยตรง

อุปกรณ์อื่นที่มีการกระทำตามการขยายตัวทางความร้อนคือเทอร์โมมิเตอร์แบบไบเมทัลแสดงในรูป องค์ประกอบหลักคือแผ่นเกลียวของโลหะบัดกรีสองชนิดที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่างกัน เมื่อถูกความร้อน โลหะชนิดใดชนิดหนึ่งจะขยายตัวมากกว่าโลหะอื่น เกลียวจะบิดและหมุนลูกศรที่สัมพันธ์กับมาตราส่วน อุปกรณ์ดังกล่าวมักใช้ในการวัดอุณหภูมิอากาศในร่มและกลางแจ้ง แต่ไม่เหมาะสำหรับการกำหนดอุณหภูมิในท้องถิ่น

อุณหภูมิในพื้นที่มักจะวัดโดยใช้เทอร์โมคัปเปิล ซึ่งเป็นลวดโลหะสองเส้นที่บัดกรีที่ปลายด้านหนึ่ง เมื่อจุดเชื่อมต่อดังกล่าวได้รับความร้อน EMF จะเกิดขึ้นที่ปลายสายไฟที่ว่าง ซึ่งมักจะเป็นมิลลิโวลต์ เทอร์โมคัปเปิลทำจากโลหะหลายคู่ ได้แก่ เหล็กและคอนสแตนแทน ทองแดงและคอนสแตนแทน โครเมล และอลูเมล thermo-EMF ของพวกมันเปลี่ยนแปลงเกือบเป็นเส้นตรงตามอุณหภูมิในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง

ผลกระทบเทอร์โมอิเล็กทริกอื่น ๆ เป็นที่รู้จักกัน - การพึ่งพาความต้านทานของวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าต่ออุณหภูมิ มันรองรับการทำงานของเทอร์โมมิเตอร์วัดความต้านทานไฟฟ้าซึ่งหนึ่งในนั้นแสดงไว้ในรูป ความต้านทานขององค์ประกอบการวัดอุณหภูมิขนาดเล็ก (เทอร์โมคัปเปิล) ซึ่งมักจะเป็นขดลวดบางๆ ถูกนำมาเปรียบเทียบกับความต้านทานของตัวต้านทานปรับเทียบที่ปรับเทียบแล้วโดยใช้สะพานวีทสโตน เครื่องมือส่งออกสามารถสำเร็จการศึกษาได้โดยตรงในหน่วยองศา

Optical pyrometers ใช้ในการวัดอุณหภูมิของวัตถุร้อนที่ปล่อยแสงที่มองเห็นได้ ในอุปกรณ์รุ่นหนึ่งนี้ แสงที่ปล่อยออกมาจากร่างกายจะถูกนำไปเปรียบเทียบกับการแผ่รังสีของหลอดไส้ที่วางอยู่ในระนาบโฟกัสของกล้องส่องทางไกลซึ่งมองเห็นตัวที่เปล่งแสง กระแสไฟฟ้าที่ให้ความร้อนแก่ไส้หลอดจะเปลี่ยนไป จนกระทั่งเมื่อเปรียบเทียบการเรืองแสงของไส้หลอดกับร่างกายด้วยสายตา จะพบว่ามีการสร้างสมดุลทางความร้อนระหว่างกัน สเกลของอุปกรณ์สามารถเลื่อนระดับได้โดยตรงในหน่วยอุณหภูมิ

ความก้าวหน้าทางเทคนิค ปีที่ผ่านมาได้รับอนุญาตให้สร้างเซ็นเซอร์อุณหภูมิใหม่ ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่จำเป็นต้องมีความไวสูงเป็นพิเศษ แทนที่จะใช้เทอร์โมคัปเปิลหรือเทอร์โมมิเตอร์แบบต้านทานแบบธรรมดา จะใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ - เทอร์มิสเตอร์ นอกจากนี้ สีย้อมและผลึกเหลวที่เปลี่ยนสถานะเฟสยังใช้เป็นตัวแปลงความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่อุณหภูมิพื้นผิวของร่างกายแตกต่างกันไปในช่วงกว้าง ในที่สุด จะใช้การถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรด ซึ่งได้ภาพอินฟราเรดของวัตถุในสีตามเงื่อนไข โดยที่แต่ละสีจะสอดคล้องกับอุณหภูมิที่แน่นอน วิธีการวัดอุณหภูมินี้พบการใช้งานที่กว้างที่สุด - จาก การวินิจฉัยทางการแพทย์ก่อนตรวจสอบฉนวนกันความร้อนของอาคาร

การวัดปริมาณความร้อน

เครื่องวัดความร้อนในน้ำ

พลังงานความร้อน (ปริมาณความร้อน) ของร่างกายสามารถวัดได้โดยตรงด้วยเครื่องวัดความร้อนที่เรียกว่า อุปกรณ์ดังกล่าวรุ่นง่าย ๆ จะแสดงในรูป เป็นภาชนะปิดสนิทที่มีฉนวนหุ้มอย่างดี ซึ่งติดตั้งอุปกรณ์สำหรับวัดอุณหภูมิภายใน และบางครั้งก็เต็มไปด้วยสารทำงานที่มีคุณสมบัติที่ทราบ เช่น น้ำ ในการวัดปริมาณความร้อนในตัวร้อนขนาดเล็ก จะถูกวางในเครื่องวัดปริมาณความร้อนและรอให้ระบบเข้าสู่สภาวะสมดุลทางความร้อน ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทไปยังแคลอรีมิเตอร์ (แม่นยำกว่านั้นคือการเติมน้ำ) ถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของน้ำที่เพิ่มขึ้น

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาเคมี เช่น การเผาไหม้ สามารถวัดได้โดยการใส่เครื่องหมาย<бомбу>. ที่<бомбе>ตัวอย่างตั้งอยู่ซึ่งเชื่อมต่อสายไฟสำหรับจุดระเบิดและปริมาณออกซิเจนที่สอดคล้องกัน หลังจากที่ตัวอย่างเผาไหม้หมดและสร้างสมดุลทางความร้อนแล้ว จะมีการพิจารณาว่าอุณหภูมิของน้ำในเครื่องวัดความร้อนเพิ่มขึ้นเท่าใด และด้วยเหตุนี้ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมา

หน่วยความร้อน

ความร้อนเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ดังนั้นจึงต้องวัดเป็นหน่วยของพลังงาน ในระบบ SI สากล หน่วยของพลังงานคือจูล (J) นอกจากนี้ยังได้รับอนุญาตให้ใช้หน่วยนอกระบบของปริมาณความร้อน - แคลอรี่: แคลอรี่สากลคือ 4.1868 J, แคลอรี่เทอร์โมเคมีคือ 4.1840 J. ในห้องปฏิบัติการต่างประเทศผลการวิจัยมักแสดงโดยใช้สิ่งที่เรียกว่า แคลอรี 15 องศาเท่ากับ 4.1855 J. British Thermal Unit (BTU) นอกระบบกำลังถูกเลิกใช้: BTU avg = 1.055 J.

แหล่งความร้อน

แหล่งความร้อนหลักคือปฏิกิริยาเคมีและนิวเคลียร์ ตลอดจนกระบวนการแปลงพลังงานต่างๆ ตัวอย่างของปฏิกิริยาเคมีกับการปล่อยความร้อน ได้แก่ การเผาไหม้และการสลายส่วนประกอบอาหาร ความร้อนเกือบทั้งหมดที่โลกได้รับมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในส่วนลึกของดวงอาทิตย์ มนุษยชาติได้เรียนรู้วิธีรับความร้อนด้วยความช่วยเหลือของกระบวนการควบคุมนิวเคลียร์ฟิชชัน และตอนนี้กำลังพยายามใช้ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันเพื่อจุดประสงค์เดียวกัน พลังงานประเภทอื่นยังสามารถแปลงเป็นความร้อนได้ เช่น งานเครื่องกลและพลังงานไฟฟ้า สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าพลังงานความร้อน (เช่นเดียวกับพลังงานอื่นๆ) สามารถแปลงเป็นรูปแบบอื่นได้เท่านั้น แต่ไม่สามารถรับได้<из ничего>และไม่ทำลาย นี่เป็นหนึ่งในหลักการพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่าเทอร์โมไดนามิกส์

อุณหพลศาสตร์

อุณหพลศาสตร์เป็นศาสตร์แห่งความสัมพันธ์ระหว่างความร้อน งาน และสสาร แนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับความสัมพันธ์เหล่านี้เกิดขึ้นจากผลงานของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ในอดีต เช่น Carnot, Clausius, Gibbs, Joule, Kelvin และอื่นๆ อุณหพลศาสตร์อธิบายความหมายของความจุความร้อนและการนำความร้อนของสสาร การขยายตัวทางความร้อนของร่างกาย และความร้อนของการเปลี่ยนเฟส วิทยาศาสตร์นี้มีพื้นฐานมาจากกฎหมาย - หลักการทดลองหลายฉบับ

ความร้อนและคุณสมบัติของสาร

สารต่างๆมีความสามารถที่แตกต่างกันในการสะสมพลังงานความร้อน ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลและความหนาแน่น ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของมวลหน่วยของสารหนึ่งองศาเรียกว่าความจุความร้อนจำเพาะ ความจุความร้อนขึ้นอยู่กับสภาวะของสาร ตัวอย่างเช่น ในการทำให้อากาศหนึ่งกรัมในบอลลูนร้อนขึ้น 1 K ต้องใช้ความร้อนมากกว่าการให้ความร้อนในลักษณะเดียวกันในภาชนะที่ปิดสนิทซึ่งมีผนังแข็ง เนื่องจากพลังงานส่วนหนึ่งที่ส่งไปยังบอลลูนจะใช้ไปในการขยาย อากาศและไม่ร้อน ดังนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความจุความร้อนของก๊าซจะถูกวัดแยกกันที่ความดันคงที่และที่ปริมาตรคงที่

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น - สารส่วนใหญ่จะขยายตัวเมื่อถูกความร้อน ระดับการขยายตัวของสารที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 K เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน.

เพื่อให้สารผ่านจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งได้ ตัวอย่างเช่น จากของแข็งเป็นของเหลว (และบางครั้งก็เปลี่ยนเป็นก๊าซทันที) จะต้องได้รับความร้อนในปริมาณหนึ่ง ถ้าร้อน แข็งจากนั้นอุณหภูมิจะสูงขึ้นจนเริ่มละลาย จนกว่าการหลอมจะเสร็จสิ้น อุณหภูมิของร่างกายจะคงที่แม้จะป้อนความร้อน ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการหลอมมวลหน่วยมวลของสารเรียกว่าความร้อนของการหลอมรวม หากคุณยังคงให้ความร้อน สารที่หลอมเหลวจะร้อนขึ้นจนเดือด ปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำให้มวลหน่วยมวลของของเหลวกลายเป็นไอที่อุณหภูมิที่กำหนดเรียกว่าความร้อนของการกลายเป็นไอ

บทบาทของความร้อนและการใช้งาน

แผนการดำเนินงานของโรงไฟฟ้ากังหันไอน้ำ

แผนภาพวงจรทำความเย็น

กระบวนการถ่ายเทความร้อนทั่วโลกไม่ได้ลดลงเพื่อทำให้โลกร้อนด้วยรังสีดวงอาทิตย์ กระแสการพาความร้อนขนาดใหญ่ในชั้นบรรยากาศเป็นตัวกำหนดการเปลี่ยนแปลงรายวันของสภาพอากาศทั่วโลก ความแตกต่างของอุณหภูมิในบรรยากาศระหว่างบริเวณเส้นศูนย์สูตรและบริเวณขั้วโลก ร่วมกับแรงโคริโอลิสอันเนื่องมาจากการหมุนของโลก นำไปสู่การปรากฏตัวของกระแสการพาความร้อนที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง เช่น ลมค้า กระแสน้ำไหลเชี่ยว และแนวหน้าที่อบอุ่นและเย็น

การถ่ายเทความร้อน (เนื่องจากการนำความร้อน) จากแกนกลางของโลกที่หลอมละลายไปยังพื้นผิวทำให้เกิดการระเบิดของภูเขาไฟและการปรากฏตัวของกีย์เซอร์ ในบางภูมิภาค พลังงานความร้อนใต้พิภพถูกใช้เพื่อให้ความร้อนในอวกาศและการผลิตไฟฟ้า

ความอบอุ่นเป็นส่วนร่วมที่ขาดไม่ได้ในแทบทั้งหมด กระบวนการผลิต. เราจะพูดถึงสิ่งสำคัญที่สุดของพวกเขา เช่น การถลุงและการแปรรูปโลหะ การทำงานของเครื่องยนต์ การผลิตอาหาร การสังเคราะห์ทางเคมี การกลั่นน้ำมัน การผลิตสิ่งของหลากหลาย - ตั้งแต่อิฐและจานไปจนถึงรถยนต์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ .

การผลิตและการขนส่งทางอุตสาหกรรมจำนวนมากรวมถึงโรงไฟฟ้าพลังความร้อนไม่สามารถทำงานได้หากไม่มีเครื่องยนต์ความร้อน - อุปกรณ์ที่เปลี่ยนความร้อนให้เป็นงานที่มีประโยชน์ ตัวอย่างของเครื่องจักรดังกล่าว ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ เทอร์ไบน์ ไอน้ำ น้ำมันเบนซิน และเครื่องยนต์เจ็ท

เครื่องยนต์ความร้อนที่รู้จักกันดีที่สุดตัวหนึ่งคือกังหันไอน้ำ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรแรงคินที่ใช้ในโรงไฟฟ้าสมัยใหม่ แผนภาพอย่างง่ายของวัฏจักรนี้แสดงในรูป สารทำงาน - น้ำ - จะถูกแปลงเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่งในหม้อไอน้ำที่ให้ความร้อนโดยการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล (ถ่านหิน น้ำมัน หรือก๊าซธรรมชาติ) ไอน้ำสูง

Gasovik - ไดเรกทอรีอุปกรณ์ก๊าซอุตสาหกรรมของ GOST, SNiP, PB หน่วยของปริมาณทางกายภาพ, แนวคิดทางเคมีกายภาพ, อัตราส่วน, องค์ประกอบและลักษณะของก๊าซ

หน่วยวัดอุณหภูมิและปริมาณความร้อน

หน่วยพื้นฐานของการวัดอุณหภูมิคือระดับของมาตราส่วนอุณหภูมิสากล ซึ่งในทางปฏิบัติจะสอดคล้องกับองศาเซลเซียส ค่านี้เท่ากับ 1/100 ของช่วงอุณหภูมิระหว่าง 0 ถึง 100 ° C นั่นคือ ระหว่างจุดหลอมเหลวของน้ำแข็งกับน้ำเดือดที่ความดัน 760 มม. ปรอท ศิลปะ.

อุณหภูมิสัมบูรณ์คืออุณหภูมิที่วัดจากศูนย์สัมบูรณ์ นั่นคือตั้งแต่ -273.16 ° C และวัดเป็นองศาเคลวิน (° K) องศาเคลวินเท่ากับองศาเซลเซียส ดังนั้นอุณหภูมิสัมบูรณ์จะแสดงเป็นองศาเซนติเกรดดังนี้:

T, °K = t, °C + 273.16

ในระบบ SI หน่วยของอุณหภูมิคือเคลวิน อนุญาตให้แสดงผลลัพธ์เชิงปฏิบัติของการวัดอุณหภูมิโดยใช้องศาเซลเซียสพร้อมกับองศาเคลวิน ขึ้นอยู่กับจุดกำเนิด (ตำแหน่งศูนย์) บนมาตราส่วน

ตัวอย่าง: 250 ±5 °С = 523.16 ±5 °K

ในระบบ SI งาน พลังงาน และความร้อนมีหน่วยวัดเป็นจูล (J) บางครั้งใช้หน่วยที่ใหญ่กว่าและสะดวกกว่าสำหรับการใช้งานจริง - กิโลจูล (kJ) เท่ากับ 1,000 J หน่วยของงานใน SI คืองานที่ทำโดยแรง 1 N ที่การกระจัด 1 ม. พลังงาน - ปริมาณทางกายภาพแสดงให้เห็นว่าร่างกายสามารถทำงานได้ดีเพียงใด

แคลอรี่และกิโลแคลอรีสามารถใช้เป็นหน่วยความร้อนนอกระบบได้ แคลอรี่คือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 1 กรัมขึ้น 1°C (19.5 ถึง 20.5°C)

1 แคลอรี (แคลอรี) = 4.1868 J;
1 กิโลแคลอรี (กิโลแคลอรี) \u003d 1,000 แคลอรี \u003d 4186.8 J \u003d 4.187 kJ;
1 Mcal (เมกะแคลอรี) \u003d 10 6 แคล \u003d 4.1868 MJ;
1 Gcal (gigacalorie) \u003d 10 9 cal \u003d 4186.8 MJ

สำหรับการเปรียบเทียบ เมื่อทำการประเมินเชื้อเพลิง จะเรียกว่าความร้อนตามเงื่อนไขซึ่งเรียกว่า ค่าความร้อน ซึ่งสำหรับการคำนวณจะถือว่ามีเงื่อนไขเท่ากับ 7 Mcal/kg หรือ 7 Gcal/t ในกรณีเช่นนี้ มีคนพูดถึงน้ำมันเชื้อเพลิงมาตรฐาน 1 กก. หรือ 1 ตันตามลำดับ (t.c.f.)

ความร้อน, ส่วนจลนศาสตร์ของพลังงานภายในของสสารซึ่งกำหนดโดยการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของโมเลกุลและอะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นสารนี้ อุณหภูมิเป็นตัววัดความเข้มของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล ปริมาณความร้อนที่ร่างกายได้รับในอุณหภูมิที่กำหนดขึ้นอยู่กับมวลของมัน ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิเดียวกัน ความร้อนจะบรรจุอยู่ในถ้วยน้ำขนาดใหญ่มากกว่าในถ้วยเล็ก และในถังน้ำเย็น อาจมีความร้อนมากกว่าน้ำร้อนหนึ่งถ้วย (แม้ว่าอุณหภูมิของน้ำใน ถังอยู่ต่ำกว่า)

° C. ความสมดุลของความร้อนในร่างกายมนุษย์นั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อมด้วย และผู้คนถูกบังคับให้ใช้พลังงานจำนวนมากในการทำความร้อนในที่พักอาศัยและโรงงานอุตสาหกรรมในฤดูหนาว และระบายความร้อนในฤดูร้อน พลังงานส่วนใหญ่นี้มาจากเครื่องยนต์ความร้อน เช่น โรงต้มน้ำและกังหันไอน้ำของโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล (ถ่านหิน น้ำมัน) และผลิตกระแสไฟฟ้า

จนถึงปลายศตวรรษที่ 18 ความร้อนถือเป็นวัสดุโดยเชื่อว่าอุณหภูมิของร่างกายถูกกำหนดโดยปริมาณของ "ของเหลวแคลอรี่" หรือ "แคลอรี่" ที่บรรจุอยู่ในนั้น ต่อมา บี. รัมฟอร์ด เจ. จูลและนักฟิสิกส์คนอื่นๆ ในเวลานั้น ได้หักล้างทฤษฎี "แคลอรี่" ด้วยการทดลองและการใช้เหตุผลอันชาญฉลาด โดยพิสูจน์ว่าความร้อนไม่มีน้ำหนัก และสามารถรับได้ในปริมาณใดๆ อันเนื่องมาจากการเคลื่อนไหวทางกล ความร้อนไม่ใช่สสาร แต่เป็นเพียงพลังงานของการเคลื่อนที่ของอะตอมหรือโมเลกุลเท่านั้น นี่คือความเข้าใจเรื่องความร้อนที่ฟิสิกส์สมัยใหม่ยึดถือ ดูสิ่งนี้ด้วยฟิสิกส์.

ความร้อนและอุณหภูมิ ปริมาณพลังงานความร้อนในสารไม่สามารถกำหนดได้โดยการสังเกตการเคลื่อนที่ของแต่ละโมเลกุลแยกกัน ในทางตรงกันข้าม โดยการศึกษาคุณสมบัติมหภาคของสสารเท่านั้น เราสามารถค้นหาลักษณะของการเคลื่อนที่ด้วยกล้องจุลทรรศน์ของโมเลกุลจำนวนมากโดยเฉลี่ยในช่วงระยะเวลาหนึ่ง อุณหภูมิของสารเป็นตัวบ่งชี้เฉลี่ยของความเข้มของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล ซึ่งพลังงานนั้นเป็นพลังงานความร้อนของสาร

หนึ่งในวิธีที่คุ้นเคยที่สุด แต่ยังเป็นวิธีที่แม่นยำน้อยที่สุดในการประเมินอุณหภูมิด้วยการสัมผัส สัมผัสวัตถุเราตัดสินว่าร้อนหรือเย็นโดยเน้นที่ความรู้สึกของเรา แน่นอนว่าความรู้สึกเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของร่างกาย ซึ่งทำให้เราได้แนวคิดเรื่องสมดุลความร้อน ซึ่งเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการวัดอุณหภูมิ

สมดุลความร้อน แน่นอน ถ้าสองร่าง A และ บี (รูปที่ 1) กดเข้าหากันแน่น ๆ จากนั้นเมื่อสัมผัสพวกมันเป็นเวลานานพอสมควรเราจะสังเกตเห็นว่าอุณหภูมิของพวกมันเท่ากัน ในกรณีนี้ร่างกายจะเรียกว่า A และ บี อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนซึ่งกันและกัน อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว ร่างกายไม่จำเป็นต้องสัมผัสกันเพื่อให้สมดุลทางความร้อนมีอยู่ระหว่างกัน แค่อุณหภูมิของพวกมันจะเท่ากันก็เพียงพอแล้ว สามารถตรวจสอบได้โดยใช้ร่างกายที่สาม ค , นำเข้าสู่สมดุลความร้อนกับร่างกายก่อน อา แล้วเปรียบเทียบอุณหภูมิของร่างกาย C และ ข. ร่างกาย ค ที่นี่เล่นบทบาทของเทอร์โมมิเตอร์ ในการกำหนดที่เข้มงวด หลักการนี้เรียกว่ากฎข้อที่ศูนย์ของอุณหพลศาสตร์: ถ้าวัตถุ A และ B อยู่ในสมดุลความร้อนกับวัตถุที่สาม C วัตถุเหล่านี้ก็จะอยู่ในสมดุลความร้อนซึ่งกันและกันกฎหมายนี้รองรับวิธีการวัดอุณหภูมิทั้งหมดการวัดอุณหภูมิ หากเราต้องการทำการทดลองและการคำนวณที่แม่นยำ การให้คะแนนอุณหภูมิเช่น ร้อน อุ่น เย็น และเย็นนั้นไม่เพียงพอ เราจำเป็นต้องมีมาตราส่วนอุณหภูมิที่สำเร็จการศึกษา มีเกล็ดหลายขนาด และมักจะใช้จุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำเป็นจุดอ้างอิง เครื่องชั่งทั่วไปสี่เครื่องแสดงในรูปที่ 2. มาตราส่วนเซนติเกรดตามจุดเยือกแข็งของน้ำเท่ากับ0° และจุดเดือดคือ 100° เรียกว่ามาตราส่วนเซลเซียสซึ่งตั้งชื่อตามเอ. เซลเซียส นักดาราศาสตร์ชาวสวีเดนซึ่งอธิบายไว้ในปี ค.ศ. 1742 เชื่อกันว่า K. Linney นักธรรมชาติวิทยาชาวสวีเดนเป็นคนแรกที่ใช้มาตราส่วนนี้ ตอนนี้มาตราส่วนเซลเซียสเป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในโลก มาตราส่วนอุณหภูมิฟาเรนไฮต์ซึ่งจุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำสอดคล้องกับตัวเลขที่อึดอัดอย่างยิ่ง 32 และ 212° , ถูกเสนอในปี 1724 โดย G. Fahrenheit. มาตราส่วนฟาเรนไฮต์ใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศที่พูดภาษาอังกฤษ แต่แทบจะไม่มีการใช้ในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์ เพื่อแปลงอุณหภูมิเป็นเซลเซียส (° C) ถึงอุณหภูมิฟาเรนไฮต์ (° F) มีสูตร° F = (9/5) ° C + 32 และสำหรับสูตรการแปลย้อนกลับ°C = (5/9)(°F - 32) เครื่องชั่งทั้งสอง ทั้งฟาเรนไฮต์และเซลเซียส ไม่สะดวกอย่างยิ่งเมื่อทำการทดลองในสภาวะที่อุณหภูมิลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำและแสดงเป็นจำนวนลบ ในกรณีเช่นนี้ มาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ได้ถูกนำมาใช้ ซึ่งอิงจากการประมาณค่าถึงศูนย์สัมบูรณ์ที่เรียกว่าจุดสัมบูรณ์ ซึ่งเป็นจุดที่การเคลื่อนที่ของโมเลกุลต้องหยุดลง หนึ่งในนั้นเรียกว่าสเกลแรนกินและอีกอันเรียกว่าสเกลอุณหพลศาสตร์สัมบูรณ์ อุณหภูมิวัดเป็นองศา Rankine (° R) และเคลวิน (K) เกล็ดทั้งสองเริ่มต้นที่ศูนย์สัมบูรณ์และจุดเยือกแข็งของน้ำ 491.7° R และ 273.16 K จำนวนองศาและเคลวินระหว่างจุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำในระดับเซลเซียสและมาตราส่วนเทอร์โมไดนามิกสัมบูรณ์จะเท่ากันและเท่ากับ 100 สำหรับมาตราส่วนฟาเรนไฮต์และแรงคินก็เหมือนกัน แต่เท่ากับ 180 องศาเซลเซียสองศาเซลเซียสจะถูกแปลงเป็นเคลวินโดยใช้สูตร K \u003d° C + 273.16 และองศาฟาเรนไฮต์เป็นองศาแรงคินโดยใช้สูตร°R = °F + 459.7 การทำงานของอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อวัดอุณหภูมิขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ทางกายภาพต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานความร้อนของสาร การเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้า ปริมาตร ความดัน ลักษณะการแผ่รังสี และคุณสมบัติทางเทอร์โมอิเล็กทริก เครื่องมือวัดอุณหภูมิที่ง่ายและคุ้นเคยที่สุดอย่างหนึ่งคือเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทในแก้วที่แสดงในรูปที่ 3, ก. ลูกบอลที่มีปรอทในส่วนล่างของเทอร์โมมิเตอร์วางอยู่ในสื่อหรือกดทับวัตถุที่ต้องการวัดอุณหภูมิ และขึ้นอยู่กับว่าลูกบอลได้รับความร้อนหรือปล่อยออก ปรอทจะขยายตัวหรือหดตัวและคอลัมน์ของมันจะสูงขึ้นหรือ ตกอยู่ในเส้นเลือดฝอย หากเทอร์โมมิเตอร์ถูกปรับเทียบล่วงหน้าและติดตั้งเครื่องชั่ง คุณก็จะสามารถค้นหาอุณหภูมิของร่างกายได้โดยตรง

อุปกรณ์อีกตัวหนึ่งที่ทำงานโดยอาศัยการขยายตัวทางความร้อนคือเทอร์โมมิเตอร์แบบไบเมทัลที่แสดงในรูปที่

3, ข. องค์ประกอบหลัก แผ่นเกลียวของโลหะบัดกรีสองอันที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่างกัน เมื่อถูกความร้อน โลหะชนิดใดชนิดหนึ่งจะขยายตัวมากกว่าโลหะอื่น เกลียวจะบิดและหมุนลูกศรที่สัมพันธ์กับมาตราส่วน อุปกรณ์ดังกล่าวมักใช้ในการวัดอุณหภูมิอากาศในร่มและกลางแจ้ง แต่ไม่เหมาะสำหรับการกำหนดอุณหภูมิในท้องถิ่น

อุณหภูมิในพื้นที่มักจะวัดโดยใช้เทอร์โมคัปเปิล ซึ่งเป็นสายโลหะสองเส้นที่บัดกรีที่ปลายด้านหนึ่ง (รูปที่

4, ก) เมื่อจุดเชื่อมต่อดังกล่าวถูกทำให้ร้อน แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นที่ปลายสายไฟที่ว่าง ซึ่งมักจะเป็นมิลลิโวลต์ เทอร์โมคัปเปิลทำจากโลหะหลายคู่ ได้แก่ เหล็กและคอนสแตนแทน ทองแดงและคอนสแตนแทน โครเมล และอลูเมล thermo-EMF ของพวกมันเปลี่ยนแปลงเกือบเป็นเส้นตรงตามอุณหภูมิในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง

4, ข. ความต้านทานขององค์ประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิขนาดเล็ก (เซ็นเซอร์ความร้อน) มักจะเป็นขดลวดของเส้นลวดบาง ๆ เปรียบเทียบกับความต้านทานของตัวต้านทานปรับเทียบที่ปรับเทียบแล้วโดยใช้สะพานวีทสโตน เครื่องมือส่งออกสามารถสำเร็จการศึกษาได้โดยตรงในหน่วยองศา

Optical pyrometers ใช้ในการวัดอุณหภูมิของหลอดไส้ที่ปล่อยแสงที่มองเห็นได้ ในอุปกรณ์รุ่นหนึ่งนี้ แสงที่ปล่อยออกมาจากร่างกายจะถูกนำไปเปรียบเทียบกับการแผ่รังสีของหลอดไส้ที่วางอยู่ในระนาบโฟกัสของกล้องส่องทางไกลซึ่งมองเห็นตัวที่เปล่งแสง กระแสไฟฟ้าที่ให้ความร้อนแก่ไส้หลอดจะเปลี่ยนไป จนกระทั่งการเปรียบเทียบภาพของการเรืองแสงของไส้หลอดกับร่างกายเผยให้เห็นว่ามีการสร้างสมดุลทางความร้อนระหว่างกัน สเกลของอุปกรณ์สามารถเลื่อนระดับได้โดยตรงในหน่วยอุณหภูมิ

ความก้าวหน้าทางเทคนิคในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาทำให้สามารถสร้างเซ็นเซอร์อุณหภูมิใหม่ได้ ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่จำเป็นต้องมีความไวสูงเป็นพิเศษ จะใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เทอร์มิสเตอร์ แทนเทอร์โมคัปเปิลหรือเทอร์โมมิเตอร์แบบต้านทานแบบธรรมดา นอกจากนี้ สีย้อมและผลึกเหลวที่เปลี่ยนสถานะเฟสยังใช้เป็นตัวแปลงความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่อุณหภูมิพื้นผิวของร่างกายแตกต่างกันไปในช่วงกว้าง ในที่สุด จะใช้การถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรด ซึ่งได้ภาพอินฟราเรดของวัตถุในสีตามเงื่อนไข โดยที่แต่ละสีจะสอดคล้องกับอุณหภูมิที่แน่นอน วิธีการวัดอุณหภูมินี้พบการใช้งานที่กว้างที่สุดตั้งแต่การวินิจฉัยทางการแพทย์ไปจนถึงการตรวจสอบฉนวนกันความร้อนของห้อง ดูสิ่งนี้ด้วยฟิสิกส์ของโซลิดสเตต; คริสตัลเหลว

การวัดปริมาณความร้อน พลังงานความร้อน (ปริมาณความร้อน) ของร่างกายสามารถวัดได้โดยตรงด้วยเครื่องวัดความร้อนที่เรียกว่า รุ่นง่าย ๆ ของอุปกรณ์ดังกล่าวแสดงในรูปที่ 5. นี่คือภาชนะปิดที่มีฉนวนอย่างดี ซึ่งติดตั้งอุปกรณ์สำหรับวัดอุณหภูมิภายใน และบางครั้งก็เต็มไปด้วยของเหลวทำงานที่มีคุณสมบัติที่ทราบ เช่น น้ำ ในการวัดปริมาณความร้อนในตัวร้อนขนาดเล็ก จะถูกวางในเครื่องวัดปริมาณความร้อนและรอให้ระบบเข้าสู่สภาวะสมดุลทางความร้อน ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทไปยังแคลอรีมิเตอร์ (แม่นยำกว่านั้นคือการเติมน้ำ) ถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของน้ำที่เพิ่มขึ้น

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาเคมี เช่น การเผาไหม้ สามารถวัดได้โดยการวาง "ระเบิด" ขนาดเล็กลงในเครื่องวัดปริมาณความร้อน "ระเบิด" ประกอบด้วยตัวอย่างซึ่งต่อสายไฟสำหรับการจุดระเบิดและปริมาณออกซิเจนที่เกี่ยวข้อง หลังจากที่ตัวอย่างเผาไหม้จนหมดและสร้างสมดุลทางความร้อนแล้ว จะมีการพิจารณาว่าอุณหภูมิของน้ำในเครื่องวัดปริมาณความร้อนเพิ่มขึ้นเท่าใด และด้วยเหตุนี้ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมา ดูสิ่งนี้ด้วยแคลอรี่

หน่วยความร้อน ความร้อนเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ดังนั้นจึงต้องวัดเป็นหน่วยของพลังงาน ในระบบ SI สากล หน่วยของพลังงานคือจูล (J) นอกจากนี้ยังได้รับอนุญาตให้ใช้หน่วยที่ไม่เป็นระบบของปริมาณแคลอรี่ความร้อน: แคลอรี่สากลคือ 4.1868 J, แคลอรี่เทอร์โมเคมีคือ 4.1840 J. ในห้องปฏิบัติการต่างประเทศผลการวิจัยมักแสดงโดยใช้สิ่งที่เรียกว่า แคลอรี 15 องศาเท่ากับ 4.1855 J. British Thermal Unit (BTU) นอกระบบกำลังถูกเลิกใช้: BTU avg = 1.055 J. แหล่งความร้อนหลักคือปฏิกิริยาเคมีและนิวเคลียร์ ตลอดจนกระบวนการแปลงพลังงานต่างๆ ตัวอย่างของปฏิกิริยาเคมีกับการปล่อยความร้อน ได้แก่ การเผาไหม้และการสลายส่วนประกอบอาหาร ความร้อนเกือบทั้งหมดที่โลกได้รับมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในส่วนลึกของดวงอาทิตย์ มนุษยชาติได้เรียนรู้วิธีรับความร้อนด้วยความช่วยเหลือของกระบวนการควบคุมนิวเคลียร์ฟิชชัน และตอนนี้กำลังพยายามใช้ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันเพื่อจุดประสงค์เดียวกัน พลังงานประเภทอื่นยังสามารถแปลงเป็นความร้อนได้ เช่น งานเครื่องกลและพลังงานไฟฟ้า สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าพลังงานความร้อน (เหมือนอย่างอื่น) สามารถเปลี่ยนเป็นรูปแบบอื่นได้เท่านั้น แต่ไม่สามารถได้รับ "จากความว่างเปล่า" หรือไม่สามารถทำลายได้ นี่เป็นหนึ่งในหลักการพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่าเทอร์โมไดนามิกส์ เทอร์โมไดนามิกส์ อุณหพลศาสตร์เป็นศาสตร์แห่งความสัมพันธ์ระหว่างความร้อน งาน และสสาร แนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับความสัมพันธ์เหล่านี้เกิดขึ้นจากผลงานของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ในอดีต เช่น Carnot, Clausius, Gibbs, Joule, Kelvin และอื่นๆ อุณหพลศาสตร์อธิบายความหมายของความจุความร้อนและการนำความร้อนของสสาร การขยายตัวทางความร้อนของร่างกาย และความร้อนของการเปลี่ยนเฟส วิทยาศาสตร์นี้มีพื้นฐานมาจากหลักการของกฎหมายที่จัดตั้งขึ้นโดยการทดลองหลายประการจุดเริ่มต้นของเทอร์โมไดนามิกส์ กฎข้อที่ศูนย์ของอุณหพลศาสตร์ที่กำหนดข้างต้นแนะนำแนวคิดของสมดุลทางความร้อน อุณหภูมิ และเทอร์โมมิเตอร์ กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์คือคำกล่าวที่มีความสำคัญต่อวิทยาศาสตร์ทั้งหมดโดยรวม: พลังงานไม่สามารถถูกทำลายหรือได้รับ "จากความว่างเปล่า" ดังนั้นพลังงานทั้งหมดของจักรวาลจึงเป็นค่าคงที่ ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์สามารถระบุได้ดังนี้ พลังงานที่ระบบได้รับ ลบด้วยพลังงานที่สูญเสียไป เท่ากับพลังงานที่เหลืออยู่ในระบบ เมื่อมองแวบแรก ข้อความนี้ดูเหมือนชัดเจน แต่ไม่ชัดเจน ตัวอย่างเช่น, สถานการณ์อย่างเช่น การเผาไหม้ของน้ำมันเบนซินในกระบอกสูบของเครื่องยนต์รถยนต์ ในที่นี้ พลังงานที่ได้รับคือสารเคมี พลังงานที่จ่ายออกไปเป็นพลังงานกล (งาน) และพลังงานที่เหลืออยู่ในระบบคือความร้อน

ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าพลังงานสามารถเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งเป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้ และการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในธรรมชาติและเทคโนโลยี กว่าร้อยปีที่แล้ว J. Joule ได้พิสูจน์กรณีของการแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานความร้อนโดยใช้อุปกรณ์ที่แสดงในรูปที่ 6, เอ. ในอุปกรณ์นี้ น้ำหนักที่ขึ้นและลงจะหมุนเพลาด้วยใบมีดในเครื่องวัดปริมาณความร้อนที่เติมน้ำ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่น้ำได้รับความร้อน การวัดที่แม่นยำทำให้ Joule สามารถระบุได้ว่าแคลอรี่ความร้อน 1 แคลอรีเทียบเท่ากับ 4.186 J ของงานเครื่องกล อุปกรณ์ที่แสดงในรูป

6, ข ถูกใช้เพื่อหาค่าความร้อนเทียบเท่าพลังงานไฟฟ้า

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์อธิบายปรากฏการณ์ทั่วไปหลายอย่าง ตัวอย่างเช่น เป็นที่ชัดเจนว่าเหตุใดจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้ห้องครัวเย็นลงด้วยตู้เย็นแบบเปิด สมมติว่าเราได้กันความร้อนในห้องครัวจากสิ่งแวดล้อม พลังงานถูกส่งไปยังระบบอย่างต่อเนื่องผ่านสายไฟของตู้เย็น แต่ระบบไม่ปล่อยพลังงานใดๆ ดังนั้นพลังงานทั้งหมดของตู้เย็นจะเพิ่มขึ้น และห้องครัวก็อุ่นขึ้น เพียงแค่แตะท่อของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (คอนเดนเซอร์) ที่ด้านหลังของตู้เย็น แล้วคุณจะเข้าใจว่าอุปกรณ์ "ทำความเย็น" นั้นไร้ประโยชน์ แต่ถ้าท่อเหล่านี้ถูกนำออกจากระบบ (เช่น ออกนอกหน้าต่าง) ห้องครัวก็จะให้พลังงานมากกว่าที่ได้รับ นั่นคือ จะเย็นลงและตู้เย็นทำงานเป็นเครื่องปรับอากาศแบบหน้าต่าง

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์คือกฎแห่งธรรมชาติที่ขัดขวางการสร้างหรือการทำลายพลังงาน อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับกระบวนการถ่ายโอนพลังงานที่ดำเนินไปในธรรมชาติ ดังนั้นเราจึงรู้ว่าร่างกายที่ร้อนจะทำให้ร่างกายร้อนขึ้นหากร่างกายเหล่านี้สัมผัสกัน แต่ร่างกายที่เย็นชาสามารถถ่ายเทความร้อนสำรองไปเป็นตัวร้อนได้หรือไม่? โอกาสสุดท้ายปฏิเสธอย่างเด็ดขาดโดยกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อแรกยังไม่รวมความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องยนต์ที่มีค่าสัมประสิทธิ์ การกระทำที่เป็นประโยชน์(ประสิทธิภาพ) มากกว่า 100% (คล้ายกัน

"นิรันดร์" เครื่องยนต์สามารถให้พลังงานมากกว่าปกติเป็นเวลานานกว่าปกติ) เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเครื่องยนต์แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพเท่ากับ 100% เนื่องจากพลังงานบางส่วนที่จ่ายให้กับเครื่องยนต์จะต้องสูญเสียไปในรูปของพลังงานความร้อนที่มีประโยชน์น้อยกว่า ดังนั้นล้อจะไม่หมุนอย่างไม่มีกำหนดหากไม่มีการจ่ายพลังงาน เนื่องจากเนื่องจากแรงเสียดทานในตลับลูกปืน พลังงานของการเคลื่อนไหวทางกลจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นความร้อนจนกว่าล้อจะหยุด

แนวโน้มที่จะเปลี่ยนงานที่ "มีประโยชน์" ให้เป็นพลังงานความร้อนที่มีประโยชน์น้อยกว่าสามารถเปรียบเทียบได้กับกระบวนการอื่นที่เกิดขึ้นเมื่อเรือสองลำที่มีก๊าซต่างกันเชื่อมต่อกัน หลังจากรอนานพอ เราพบว่าในเรือทั้งสองลำมีส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันของก๊าซธรรมชาติทำหน้าที่ในลักษณะที่ลำดับของระบบลดลง การวัดทางอุณหพลศาสตร์ของความผิดปกตินี้เรียกว่าเอนโทรปี และกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์สามารถกำหนดได้แตกต่างกัน: กระบวนการในธรรมชาติมักจะดำเนินไปในลักษณะที่เอนโทรปีของระบบและสภาพแวดล้อมเพิ่มขึ้น ดังนั้นพลังงานของจักรวาลจึงคงที่ในขณะที่เอนโทรปีของมันเติบโตอย่างต่อเนื่อง

ความร้อนและคุณสมบัติของสาร สารต่าง ๆ มีความสามารถในการเก็บพลังงานความร้อนต่างกัน ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลและความหนาแน่น ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของมวลหน่วยของสารหนึ่งองศาเรียกว่าของมัน ความร้อนจำเพาะ. ความจุความร้อนขึ้นอยู่กับสภาวะของสาร ตัวอย่างเช่น ในการทำให้อากาศหนึ่งกรัมในบอลลูนร้อนขึ้น 1 K ต้องใช้ความร้อนมากกว่าการให้ความร้อนในลักษณะเดียวกันในภาชนะที่ปิดสนิทซึ่งมีผนังแข็ง เนื่องจากพลังงานส่วนหนึ่งที่ส่งไปยังบอลลูนจะใช้ไปในการขยาย อากาศและไม่ร้อน ดังนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความจุความร้อนของก๊าซจะถูกวัดแยกกันที่ความดันคงที่และที่ปริมาตรคงที่

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของการเคลื่อนที่แบบโกลาหลของโมเลกุลจะเพิ่มสารส่วนใหญ่เมื่อถูกความร้อน ระดับการขยายตัวของสารที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 K เรียกว่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน

เพื่อให้สารผ่านจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งได้ ตัวอย่างเช่น จากของแข็งเป็นของเหลว (และบางครั้งก็เปลี่ยนเป็นก๊าซทันที) จะต้องได้รับความร้อนในปริมาณหนึ่ง ถ้าวัตถุแข็งถูกทำให้ร้อน อุณหภูมิของมันจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งมันเริ่มละลาย จนกว่าการหลอมจะเสร็จสิ้น อุณหภูมิของร่างกายจะคงที่แม้จะมีความร้อน ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการหลอมมวลหน่วยมวลของสารเรียกว่าความร้อนของการหลอมรวม หากคุณยังคงให้ความร้อน สารที่หลอมเหลวจะร้อนขึ้นจนเดือด ปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำให้มวลหน่วยมวลของของเหลวกลายเป็นไอที่อุณหภูมิที่กำหนดเรียกว่าความร้อนของการกลายเป็นไอ

ทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์ ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุลอธิบายคุณสมบัติมหภาคของสารโดยพิจารณาในระดับจุลทรรศน์ถึงพฤติกรรมของอะตอมและโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นสารนี้ ในกรณีนี้ ใช้วิธีทางสถิติและมีการตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับตัวอนุภาคเองและธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของอนุภาค ดังนั้น โมเลกุลจึงถูกพิจารณาว่าเป็นลูกบอลแข็ง ซึ่งในตัวกลางที่เป็นก๊าซจะมีการเคลื่อนที่แบบโกลาหลอย่างต่อเนื่องและวิ่งเป็นระยะทางไกลจากการชนกันครั้งหนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง การชนกันถือเป็นการยืดหยุ่นและเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคที่มีขนาดเล็กและมีจำนวนที่มาก ไม่มีก๊าซจริงชนิดใดที่สอดคล้องกับแบบจำลองนี้ทุกประการ แต่ก๊าซส่วนใหญ่ค่อนข้างใกล้เคียงกัน ซึ่งเป็นเหตุผลสำหรับมูลค่าเชิงปฏิบัติของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล

จากแนวคิดเหล่านี้และการใช้วิธีการทางสถิติ แมกซ์เวลล์ได้มาจากการกระจายความเร็วของโมเลกุลของแก๊สในปริมาตรที่จำกัด ซึ่งต่อมาได้รับการตั้งชื่อตามเขา การกระจายนี้ถูกนำเสนอแบบกราฟิกในรูปที่ 7 สำหรับมวลไฮโดรเจนที่กำหนดที่อุณหภูมิ 100 และ 1,000

° C. พิกัดแทนจำนวนโมเลกุลที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ระบุบน abscissa จำนวนอนุภาคทั้งหมดเท่ากับพื้นที่ใต้เส้นโค้งแต่ละเส้น และเท่ากันในทั้งสองกรณี จากกราฟจะเห็นได้ว่าอนุภาคส่วนใหญ่มีความเร็วใกล้เคียงกับค่าเฉลี่ยบางค่า และมีเพียงไม่กี่อนุภาคเท่านั้นที่มีความเร็วสูงหรือต่ำมาก ความเร็วเฉลี่ยที่อุณหภูมิเหล่านี้อยู่ในช่วง 2,000-3,000 m/s กล่าวคือ มีขนาดใหญ่มาก.

โมเลกุลของก๊าซที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วจำนวนมากดังกล่าวทำหน้าที่ด้วยแรงที่วัดได้อย่างสมบูรณ์บนวัตถุโดยรอบ แรงระดับจุลภาคที่โมเลกุลของก๊าซจำนวนมากชนกับผนังของภาชนะเพิ่มเป็นปริมาณมหภาคที่เรียกว่าความดัน เมื่อพลังงานถูกส่งไปยังก๊าซ (อุณหภูมิสูงขึ้น) พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น อนุภาคของก๊าซจะกระทบกับผนังบ่อยขึ้นและหนักขึ้น ความดันจะเพิ่มขึ้น และหากผนังไม่แข็งตัวเต็มที่ มันก็จะยืดออกและ ปริมาตรของก๊าซเพิ่มขึ้น ดังนั้น วิธีการทางสถิติด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่อยู่ภายใต้ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุลทำให้สามารถอธิบายปรากฏการณ์ของการขยายตัวทางความร้อนที่เราได้พูดคุยกัน

ผลลัพธ์อีกประการหนึ่งของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลคือกฎหมายที่อธิบายคุณสมบัติของก๊าซที่เป็นไปตามข้อกำหนดที่ระบุไว้ข้างต้น สมการนี้เรียกว่าสมการสถานะ ก๊าซในอุดมคติเชื่อมความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิของก๊าซหนึ่งโมลและมีลักษณะเท่าเทียมกัน

PV = RT โดยที่ พี ความกดดัน, ปริมาณ V, ตู่ อุณหภูมิและ R ค่าคงที่แก๊สสากลเท่ากับ (8.31441± 0.00026) J/(โมล H ถึง). ดูสิ่งนี้ด้วยทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์;เทอร์โมไดนามิกส์ การถ่ายเทความร้อน การถ่ายเทความร้อนเป็นกระบวนการถ่ายเทความร้อนภายในร่างกายหรือจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ความเข้มของการถ่ายเทความร้อนขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสาร ความแตกต่างของอุณหภูมิ และเป็นไปตามกฎธรรมชาติที่สร้างโดยการทดลอง ในการสร้างระบบทำความร้อนหรือทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพ เครื่องยนต์ต่างๆ โรงไฟฟ้า ระบบฉนวนกันความร้อน คุณจำเป็นต้องรู้หลักการถ่ายเทความร้อน ในบางกรณี การแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนา (ฉนวนกันความร้อนของเตาหลอม ยานอวกาศ ฯลฯ) ในขณะที่บางกรณีควรมีขนาดใหญ่ที่สุด (หม้อไอน้ำ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องครัว)

การถ่ายเทความร้อนมีสามประเภทหลัก: การนำความร้อน การพาความร้อน และการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี

การนำความร้อน หากอุณหภูมิในร่างกายแตกต่างกัน พลังงานความร้อนจะส่งผ่านจากส่วนที่ร้อนกว่าไปยังส่วนที่เย็นกว่า การถ่ายเทความร้อนประเภทนี้เนื่องจากการเคลื่อนที่ของความร้อนและการชนกันของโมเลกุล เรียกว่า การนำความร้อน พอแล้ว อุณหภูมิสูงในของแข็งสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ดังนั้น เมื่อแท่งเหล็กถูกทำให้ร้อนจากปลายด้านหนึ่งของเปลวไฟของหัวเตาแก๊ส พลังงานความร้อนจะถูกถ่ายเทผ่านแท่งเหล็ก และแสงจะกระจายออกไปในระยะที่กำหนดจากปลายที่ร้อน (รุนแรงน้อยลงเรื่อยๆ ด้วยระยะห่างจากสถานที่ ความร้อน)

ความเข้มของการถ่ายเทความร้อนอันเนื่องมาจากการนำความร้อนขึ้นอยู่กับการไล่ระดับอุณหภูมิ กล่าวคือ ความสัมพันธ์

ดี T/D x ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ปลายก้านถึงระยะห่างระหว่างพวกเขา นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับพื้นที่หน้าตัดของแกน (เป็น m 2 ) และค่าการนำความร้อนของวัสดุ[ ในหน่วยที่สอดคล้องกัน W/(mช เค) ] . ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเหล่านี้มาจากนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส J. Fourier และมีรูปแบบดังต่อไปนี้:ที่ไหน q การไหลของความร้อน k ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนและ อา พื้นที่หน้าตัด. ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎการนำความร้อนของฟูริเยร์ เครื่องหมายลบแสดงว่าความร้อนถูกถ่ายโอนไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการไล่ระดับอุณหภูมิ

เป็นไปตามกฎฟูริเยร์ที่ว่าฟลักซ์ความร้อนสามารถลดลงได้โดยการลดปริมาณหนึ่งของค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน พื้นที่ หรือการไล่ระดับอุณหภูมิ สำหรับอาคารในสภาพฤดูหนาวค่าหลังจะคงที่ในทางปฏิบัติดังนั้นเพื่อรักษาอุณหภูมิที่ต้องการในห้องจึงยังคงลดค่าการนำความร้อนของผนังเช่น ปรับปรุงฉนวนกันความร้อน

ตารางแสดงค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของสารและวัสดุบางชนิด ตารางแสดงให้เห็นว่าโลหะบางชนิดนำความร้อนได้ดีกว่าโลหะอื่นมาก แต่ทั้งหมดเป็นตัวนำความร้อนได้ดีกว่าอากาศและวัสดุที่มีรูพรุนมาก

การนำความร้อนของสารและวัสดุบางชนิด
สารและวัสดุ	การนำความร้อน W / (m × K)

อลูมิเนียม
บรอนซ์
บิสมัท
ทังสเตน
เหล็ก
ทอง
แคดเมียม
แมกนีเซียม
ทองแดง
สารหนู
นิกเกิล
แพลตตินั่ม
ปรอท
ตะกั่ว
สังกะสี
วัสดุอื่นๆ
แร่ใยหินชนิดหนึ่ง
คอนกรีต
อากาศ
Eider ลง (หลวม)
ถั่วต้นไม้)
แมกนีเซีย (MgO)
ขี้เลื่อย
ยาง (ฟองน้ำ)
ไมกา
กระจก
คาร์บอน (กราไฟท์)

ค่าการนำความร้อนของโลหะเกิดจากการสั่นของโครงผลึกและการเคลื่อนไหว จำนวนมากอิเล็กตรอนอิสระ (บางครั้งเรียกว่าแก๊สอิเล็กตรอน) การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนมีส่วนรับผิดชอบต่อการนำไฟฟ้าของโลหะ ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่ตัวนำความร้อนที่ดี (เช่น เงินหรือทองแดง) จะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีเช่นกัน

ความต้านทานความร้อนและไฟฟ้าของสารหลายชนิดลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิของฮีเลียมเหลว (1.8 K) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าตัวนำยิ่งยวด ใช้ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ต่างๆ ตั้งแต่อุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงสายไฟและแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ ดูสิ่งนี้ด้วยความเป็นตัวนำยิ่งยวด

การพาความร้อน ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว เมื่อความร้อนถูกนำไปใช้กับของเหลวหรือก๊าซ ความเข้มของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น และเป็นผลให้ความดันเพิ่มขึ้น ถ้าของเหลวหรือแก๊สไม่จำกัดปริมาตร มันก็จะขยายตัว ความหนาแน่นของของเหลว (ก๊าซ) ในท้องถิ่นจะน้อยลง และเนื่องจากแรงลอยตัว (อาร์คิมีดีน) ส่วนที่ให้ความร้อนของตัวกลางจะเคลื่อนขึ้น (ซึ่งเป็นสาเหตุที่อากาศอุ่นในห้องเพิ่มขึ้นจากแบตเตอรี่สู่เพดาน) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการพาความร้อน เพื่อไม่ให้สูญเสียความร้อนของระบบทำความร้อนโดยเปล่าประโยชน์คุณต้องใช้เครื่องทำความร้อนที่ทันสมัยซึ่งให้การไหลเวียนของอากาศแบบบังคับ

การไหลของความร้อนหมุนเวียนจากฮีตเตอร์ไปยังตัวกลางที่ให้ความร้อนขึ้นอยู่กับความเร็วเริ่มต้นของโมเลกุล ความหนาแน่น ความหนืด การนำความร้อนและความจุความร้อน และตัวกลาง ขนาดและรูปร่างของเครื่องทำความร้อนก็มีความสำคัญเช่นกัน อัตราส่วนระหว่างปริมาณที่สอดคล้องกันเป็นไปตามกฎของนิวตัน

q = hA ( ที วาย- TҐ ) โดยที่ q การไหลของความร้อน (วัดเป็นวัตต์) อา พื้นที่ผิวของแหล่งความร้อน (เป็น m 2), ที วายและ ตู่ อุณหภูมิของแหล่งกำเนิดและสภาพแวดล้อม (เป็นเคลวิน) ค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อน ชม. ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลาง ความเร็วเริ่มต้นของโมเลกุล และรูปร่างของแหล่งความร้อนด้วย และวัดเป็นหน่วย W/(m 2 ชั่วโมง ถึง).

ค่า

ชม. ไม่เหมือนกันสำหรับกรณีที่อากาศรอบๆ เครื่องทำความร้อนอยู่กับที่ (การพาความร้อนแบบอิสระ) และเมื่อเครื่องทำความร้อนเดียวกันอยู่ในกระแสลม (การพาความร้อนแบบบังคับ) ในกรณีง่ายๆ ของไหลผ่านท่อหรือไหลรอบพื้นผิวเรียบ สัมประสิทธิ์ ชม. สามารถคำนวณได้ตามทฤษฎี อย่างไรก็ตาม ยังไม่สามารถหาวิธีวิเคราะห์ปัญหาการพาความร้อนสำหรับการไหลปั่นป่วนของตัวกลางได้ ความปั่นป่วนเป็นการเคลื่อนที่ที่ซับซ้อนของของเหลว (แก๊ส) ซึ่งเกิดความวุ่นวายในระดับที่มากกว่าโมเลกุลอย่างมีนัยสำคัญ

หากวางวัตถุที่ให้ความร้อน (หรือในทางกลับกัน เย็น) ในตัวกลางที่อยู่นิ่งหรือในกระแส กระแสหมุนเวียนและชั้นขอบจะก่อตัวขึ้นรอบๆ อุณหภูมิ ความดัน และความเร็วของโมเลกุลในชั้นนี้มีบทบาทสำคัญในการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน

การพาความร้อนจะต้องพิจารณาในการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ระบบปรับอากาศ เครื่องบินความเร็วสูง และการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย ในระบบดังกล่าวทั้งหมด การนำความร้อนเกิดขึ้นพร้อมกันกับการพาความร้อน ทั้งระหว่างของแข็งและในสภาพแวดล้อม ที่ อุณหภูมิที่สูงขึ้นการถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน

การถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี ประเภทที่สามของการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่กระจายความร้อนแตกต่างจากการนำความร้อนและการพาความร้อนในกรณีนี้สามารถถ่ายโอนผ่านสุญญากาศ ความคล้ายคลึงกันกับวิธีการถ่ายเทความร้อนแบบอื่นคือเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ การแผ่รังสีความร้อนเป็นหนึ่งในประเภท รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า. คลื่นวิทยุประเภทอื่น ๆ รังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีแกมมาเกิดขึ้นโดยไม่มีความแตกต่างของอุณหภูมิ

ในรูป 8 แสดงการพึ่งพาพลังงานของรังสีความร้อน (อินฟราเรด) ต่อความยาวคลื่น การแผ่รังสีความร้อนสามารถมาพร้อมกับการปล่อยแสงที่มองเห็นได้ แต่พลังงานของแสงนั้นมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับพลังงานรังสีของส่วนที่มองไม่เห็นของสเปกตรัม

ความเข้มของการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนและการพาความร้อนเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิ และฟลักซ์ความร้อนจากการแผ่รังสีเป็นสัดส่วนกับกำลังที่สี่ของอุณหภูมิ และเป็นไปตามกฎของสเตฟาน โบลซ์มันน์

ที่ไหนเหมือนเมื่อก่อน q การไหลของความร้อน (เป็นจูลต่อวินาที เช่น ใน W) อา พื้นที่ผิวของวัตถุที่แผ่รังสี (เป็น m 2) ) และ T1 และ T2 อุณหภูมิ (เป็นเคลวิน) ของร่างกายที่แผ่รังสีและสิ่งแวดล้อมที่ดูดซับรังสีนี้ ค่าสัมประสิทธิ์ ส เรียกว่าค่าคงที่ Stefan Boltzmann และมีค่าเท่ากับ (5.66961± 0.00096) H 10 8 W / (m 2 H K 4). กฎหมายที่เป็นตัวแทน รังสีความร้อนใช้ได้กับหม้อน้ำในอุดมคติเท่านั้นที่เรียกว่าตัวสีดำ ไม่ใช่ร่างจริงเพียงชิ้นเดียวแม้ว่าพื้นผิวสีดำเรียบในคุณสมบัติของมันจะเข้าใกล้ตัวสีดำสนิท พื้นผิวแสงเปล่งแสงค่อนข้างอ่อน เพื่อพิจารณาความเบี่ยงเบนจากอุดมคติของวัตถุ "สีเทา" จำนวนมาก ค่าสัมประสิทธิ์น้อยกว่าความสามัคคีที่เรียกว่าการแผ่รังสี ถูกนำเข้าสู่ด้านขวาของนิพจน์ที่อธิบายกฎของสเตฟาน โบลซ์มันน์ สำหรับพื้นผิวสีดำเรียบ ค่าสัมประสิทธิ์นี้สามารถสูงถึง 0.98 และสำหรับกระจกโลหะขัดมัน ไม่เกิน 0.05 ในทำนองเดียวกัน ความสามารถในการดูดกลืนรังสีสูงสำหรับวัตถุสีดำและต่ำสำหรับวัตถุที่มีลักษณะเป็นทรงกลม

พื้นที่ที่อยู่อาศัยและสำนักงานมักถูกทำให้ร้อนด้วยตัวปล่อยความร้อนไฟฟ้าขนาดเล็ก แสงสีแดงของเกลียวของพวกมันคือรังสีความร้อนที่มองเห็นได้ใกล้กับขอบของส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม ห้องได้รับความร้อนจากความร้อนซึ่งส่วนใหญ่ดำเนินการโดยส่วนที่มองไม่เห็นและอินฟราเรดของรังสี ในอุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืน

^ กล้องใช้แหล่งกำเนิดรังสีความร้อนและตัวรับที่ไวต่อแสงอินฟราเรดซึ่งช่วยให้คุณมองเห็นได้ในที่มืด

ดวงอาทิตย์เป็นตัวปล่อยพลังงานความร้อนที่ทรงพลัง มันทำให้โลกร้อนแม้ในระยะทาง 150 ล้านกม. ความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ที่บันทึกปีแล้วปีเล่าโดยสถานีต่างๆ ที่ตั้งอยู่ในส่วนต่างๆ ของโลก อยู่ที่ประมาณ 1.37 W

/ ม. 2 . พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งของสิ่งมีชีวิตบนโลก มีการค้นหาวิธีใช้งานให้มีประสิทธิภาพสูงสุด แผงเซลล์แสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ความร้อนแก่บ้านเรือนและผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับความต้องการใช้ในประเทศ บทบาทของความร้อนและการใช้งาน กระบวนการถ่ายเทความร้อนทั่วโลกไม่ได้ลดลงเพื่อทำให้โลกร้อนด้วยรังสีดวงอาทิตย์ กระแสการพาความร้อนขนาดใหญ่ในชั้นบรรยากาศเป็นตัวกำหนดการเปลี่ยนแปลงรายวันของสภาพอากาศทั่วโลก ความแตกต่างของอุณหภูมิในบรรยากาศระหว่างบริเวณเส้นศูนย์สูตรและบริเวณขั้วโลก ร่วมกับแรงโคริโอลิสอันเนื่องมาจากการหมุนของโลก นำไปสู่การปรากฏตัวของกระแสการพาความร้อนที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง เช่น ลมค้า กระแสน้ำไหลเชี่ยว และแนวหน้าที่อบอุ่นและเย็น ดูสิ่งนี้ด้วยภูมิอากาศ; อุตุนิยมวิทยาและภูมิอากาศ

ความร้อนเป็นส่วนสำคัญที่ขาดไม่ได้ในกระบวนการผลิตเกือบทั้งหมด ให้เราพูดถึงสิ่งสำคัญที่สุด เช่น การถลุงและการแปรรูปโลหะ การทำงานของเครื่องยนต์ การผลิตอาหาร การสังเคราะห์ทางเคมี การกลั่นน้ำมัน การผลิตวัตถุที่หลากหลายตั้งแต่อิฐ จาน รถยนต์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เครื่องยนต์ความร้อนที่มีชื่อเสียงที่สุดตัวหนึ่งคือกังหันไอน้ำซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักร Rankine ที่ใช้ในโรงไฟฟ้าสมัยใหม่ แผนภาพอย่างง่ายของวงจรนี้แสดงในรูปที่ 9. น้ำของไหลที่ใช้งานได้จะถูกแปลงเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่งในหม้อไอน้ำที่ให้ความร้อนโดยการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล (ถ่านหิน น้ำมัน หรือก๊าซธรรมชาติ) ไอน้ำ ความดันสูงหมุนเพลาของกังหันไอน้ำซึ่งขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้า ไอน้ำเสียจะควบแน่นเมื่อระบายความร้อนด้วยน้ำไหล ซึ่งจะดูดซับความร้อนบางส่วนที่ไม่ได้ใช้ในวงจรแรงคิน ถัดไป น้ำจะถูกป้อนเข้าสู่หอทำความเย็น (cooling tower) จากจุดที่ความร้อนบางส่วนถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ คอนเดนเสทถูกสูบกลับไปที่หม้อไอน้ำและทำซ้ำทั้งหมด

กระบวนการทั้งหมดในวัฏจักร Rankine แสดงให้เห็นถึงหลักการของอุณหพลศาสตร์ที่อธิบายไว้ข้างต้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตามกฎหมายข้อที่สอง ส่วนหนึ่งของพลังงานที่โรงไฟฟ้าใช้ต้องถูกกระจายไปในสิ่งแวดล้อมในรูปของความร้อน ปรากฎว่าประมาณ 68% ของพลังงานที่มีอยู่เดิมในเชื้อเพลิงฟอสซิลสูญเสียไปในลักษณะนี้ ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดของโรงไฟฟ้าสามารถทำได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิของหม้อไอน้ำ (ซึ่งถูกจำกัดโดยความต้านทานความร้อนของวัสดุ) หรือโดยการลดอุณหภูมิของตัวกลางที่ความร้อนออกไป กล่าวคือ บรรยากาศ.

วงจรอุณหพลศาสตร์อื่นที่มี สำคัญมากในของเรา ชีวิตประจำวันคือวัฏจักรการทำความเย็นของคอมเพรสเซอร์ไอระเหยของแรนกิน แผนภาพแสดงในรูปที่ 10. ในตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศในครัวเรือน พลังงานจากภายนอกจะจ่ายให้ คอมเพรสเซอร์เพิ่มอุณหภูมิและความดันของสารทำงานของฟรีออนตู้เย็น แอมโมเนียหรือคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซที่มีความร้อนสูงเกินไปจะถูกป้อนเข้าไปในคอนเดนเซอร์ ซึ่งจะถูกทำให้เย็นลงและควบแน่น ทำให้เกิดความร้อนต่อสิ่งแวดล้อม ของเหลวที่ออกจากหัวฉีดคอนเดนเซอร์จะไหลผ่านวาล์วควบคุมปริมาณเข้าไปในเครื่องระเหย และส่วนหนึ่งของมันจะระเหยไป ซึ่งมาพร้อมกับอุณหภูมิที่ลดลงอย่างรวดเร็ว เครื่องระเหยใช้ความร้อนจากห้องเย็นซึ่งให้ความร้อนกับของเหลวที่ใช้ในหัวฉีด คอมเพรสเซอร์จ่ายของเหลวนี้ไปยังคอนเดนเซอร์ และวงจรจะทำซ้ำอีกครั้ง

รอบการทำความเย็นที่แสดงในรูปที่ 10 สามารถใช้กับปั๊มความร้อนได้ ปั๊มความร้อนดังกล่าวในฤดูร้อนจะปล่อยความร้อนให้กับอากาศที่ร้อนจัดและปรับสภาพห้องและในฤดูหนาวในทางกลับกันพวกเขาจะดึงความร้อนจากอากาศเย็นและทำให้ห้องร้อน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นแหล่งความร้อนที่สำคัญสำหรับวัตถุประสงค์ เช่น การผลิตกระแสไฟฟ้าและการขนส่ง ในปี 1905 A. Einstein แสดงให้เห็นว่ามวลและพลังงานสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์

อี=mc2 , เช่น. สามารถผ่านเข้ามาหากันได้ ความเร็วของแสง ค ใหญ่มาก: 300,000 km/ กับ. ซึ่งหมายความว่าแม้สสารเพียงเล็กน้อยก็สามารถให้พลังงานได้มาก ดังนั้นจากวัสดุฟิชไซล์ 1 กิโลกรัม (เช่น ยูเรเนียม) เป็นไปได้ในทางทฤษฎีที่จะได้รับพลังงานซึ่งโรงไฟฟ้าที่มีกำลังการผลิต 1 เมกะวัตต์สำหรับการทำงานต่อเนื่อง 1,000 วัน ดูสิ่งนี้ด้วยโครงสร้างอะตอม เทคโนโลยีเตาหลอมและเตาหลอม; การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า;เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน; กังหัน; หน่วยวัดปริมาณทางกายภาพวรรณกรรม เซมันสกี้ เอ็ม อุณหภูมิสูงมากและต่ำมาก. ม., 2511
พอล อาร์ กลศาสตร์ อะคูสติก และหลักคำสอนเรื่องความร้อน. ม., 1971
Smorodinsky Ya.A. อุณหภูมิ. ม., 1981
แฟนเจ เครื่องจักร พลังงาน และเอนโทรปี. ม., 2529
แอตกินส์ พี.วี. ระเบียบและความไม่เป็นระเบียบในธรรมชาติม., 2530

แคลอรีมิเตอร์เหลว

แคลอรีมิเตอร์ชนิดนี้เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด ออกแบบเรียบง่ายและบำรุงรักษาง่าย ปริมาณความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาภายนอกจะถูกถ่ายโอนไปยังถังปฏิกิริยา (ซึ่งปฏิกิริยาเกิดขึ้น) ก่อน จากนั้นจึงส่งไปยังอ่างของเหลว ของเหลวในอ่างจะถูกกวนอย่างต่อเนื่องโดยใช้ใบพัด สกรูหรือปั๊มยกระดับ ซึ่งเร่งความเร็วให้อุณหภูมิเท่ากัน อ่างมีฉนวนป้องกันความร้อน (ป้องกัน) จากสิ่งแวดล้อมให้มากที่สุด การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของอ่างของเหลวเป็นการวัดปริมาณความร้อนที่ตรวจพบ ความจุความร้อนของมวลที่จะให้ความร้อนต้องไม่สูงเกินไปเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่เพียงพอและเพื่อให้กระบวนการวัดใช้เวลาไม่นานเกินไป (เนื่องจากการสูญเสียความร้อนเพิ่มขึ้น)

รูป อุปกรณ์ของเครื่องวัดความร้อนเหลว

ด้วยข้อกำหนดที่สูงสำหรับความคงตัวของสภาวะแวดล้อม จึงเป็นไปได้ที่จะวางแคลอรีมิเตอร์ทั้งหมดไว้ในอ่างอื่น และทำให้อุณหภูมิในอ่างคงที่ด้วยความแม่นยำสูงโดยใช้ลูปควบคุม นี่เป็นสิ่งจำเป็นตั้งแต่แรกในกรณีที่จำเป็นต้องทำการทดลองที่อุณหภูมิที่แตกต่างอย่างมากจากอุณหภูมิแวดล้อม

สำหรับการวิเคราะห์ที่อุณหภูมิต่ำ (ลดลงประมาณ -150 องศาเซลเซียส) ไนโตรเจนเหลวจะใช้เป็นตัวกลางในการทำความเย็น ในกรณีนี้ จำเป็นต้องให้ความสนใจกับข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อทำการเปลี่ยนแปลง น้ำค้างแข็งจากอากาศชื้นโดยรอบจะไม่ตกตะกอนบนตัวอย่างหรือภาชนะเก็บตัวอย่าง เนื่องจากชั้นของมันสามารถส่งผลต่อกระบวนการวัดได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ เมื่อเปิดเครื่องวัดปริมาณความร้อน ตัวอย่างและภาชนะเก็บตัวอย่างจะถูกกำจัดด้วยก๊าซไนโตรเจนเย็น

แคลอรีมิเตอร์ตัวโลหะ

รูปโครงร่างของอุปกรณ์ของเครื่องวัดความร้อนด้วยโลหะ

หากจำเป็นต้องทำการศึกษาแคลอรีเมตริกในช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้น แคลอรีมิเตอร์เหลวจะไม่เหมาะอีกต่อไป ในแคลอรีมิเตอร์ของตัวเครื่องโลหะที่เหมาะสมสำหรับจุดประสงค์นี้ ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทจะถูกนำขึ้นโดยบล็อกโลหะ (เงิน ทองแดง อะลูมิเนียม) ซึ่งมักจะอยู่ที่อุณหภูมิแวดล้อม แคลอรีมิเตอร์ดังกล่าวมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อกำหนดความจุความร้อนจำเพาะ c, J / (kg * K), ของเหลวและสารที่เป็นของแข็ง

ตัวอย่างจะถูกทำให้เย็นลงก่อนจากเครื่องวัดปริมาณความร้อนใน โรงงานทำความเย็นหรือให้ความร้อนในเตาเผาและหลังจากเข้าสู่สภาวะคงตัวแล้ว (ลดลง) ลงในรูในบล็อกโลหะ ตามวิธีการใช้งานอุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าเครื่องวัดความร้อนแบบอิสระและตามลักษณะของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ในนั้นบางครั้งเรียกว่าเครื่องวัดปริมาณความร้อนแบบกระจัดกระจาย

ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทระหว่างการผสมนี้จากตัวอย่าง (ด้วยพารามิเตอร์ m1, c1, ) ไปยังบล็อกโลหะ (m2, c2, ) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของบล็อกที่วัดได้ ซึ่งทำให้สามารถระบุค่าความจุความร้อนจำเพาะของตัวอย่างที่มักจะไม่ทราบค่าได้สำหรับ เงื่อนไขในอุดมคติ(ในกรณีที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม) จากนิพจน์:

ตัวบล็อกโลหะนั้นตั้งอยู่ในภาชนะ Dewar ที่อพยพแล้ว และบางครั้งก็อยู่ในอ่างของเหลว ในกรณีหลัง เพื่อให้ได้ความจุความร้อนของแคลอรีมิเตอร์ Ck จะต้องเพิ่มความจุความร้อนของอ่าง Cw ลงในความจุความร้อนของบล็อกโลหะ C2:

CK=C2+CW=c2m2+cWmW .

วิธีการวัดแคลอรีเมตริก

ส่วนใหญ่มักใช้เครื่องวัดความร้อนในโหมดสภาวะแวดล้อมคงที่ สิ่งนี้ใช้ได้กับเครื่องวัดปริมาณความร้อนจากการเผาไหม้ส่วนใหญ่ตั้งแต่แรก ซึ่งเวลาในการทำปฏิกิริยาสั้นมาก ในขณะที่อุณหภูมิของชิ้นส่วนภายในของเครื่องวัดความร้อนจะเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากปฏิกิริยา อุณหภูมิแวดล้อมจะคงที่ ในหลายกรณี ตัวควบคุมอุณหภูมิแบบควบคุมอุณหภูมิ อ่างอาบน้ำถูกใช้เป็นสิ่งแวดล้อมเพื่อหลีกเลี่ยงอิทธิพลต่อค่าที่วัดได้ของการรบกวนจากภายนอก - ความผันผวนของอุณหภูมิในห้อง การแผ่รังสี กระแสลม ฯลฯ

ข้อดีของรูปแบบการวัดนี้คืออุปกรณ์ที่มีราคาค่อนข้างต่ำ ซึ่งสามารถนำไปใช้ทำส่วนที่โดดเด่นของการวัดค่าความร้อนได้ ข้อเสียเปรียบหลักควรพิจารณาการแลกเปลี่ยนความร้อนของเครื่องวัดความร้อนกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งทำให้การตีความผลลัพธ์ซับซ้อน วิธีการวัดนี้เรียกว่า isoperibol (diathermic) เสมอ ไม่ว่าในกรณีใด ๆ จะไม่สามารถเรียก isothermal ได้ สาระสำคัญอยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าอุณหภูมิของแคลอรีมิเตอร์ยังคงที่ในระหว่างการทำปฏิกิริยา เช่น แคลอรีมิเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงเฟส

วิธีอะเดียแบติก

หากสามารถแยกการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อมได้ เช่น เพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการอะเดียแบติกของกระบวนการ การทดลองและการตีความผลลัพธ์จะง่ายขึ้น และผลการวัดมีความแม่นยำมากขึ้น เนื่องจากไม่จำเป็นต้องบันทึกอย่างต่อเนื่อง การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการคำนวณการแก้ไข นอกจากนี้ ในกรณีนี้ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยในภาชนะวัดปริมาณความร้อนสามารถทนได้ สำหรับอุปกรณ์ที่ไม่ใช่อะเดียแบติก เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้เนื่องจากการสูญเสียความร้อนที่เพิ่มขึ้น

เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ถ่ายเทความร้อนระหว่างถังเก็บความร้อนและบริเวณโดยรอบ (โดยปกติคืออ่างของเหลว) อุณหภูมิของอ่างต้องปรับตลอดเวลาตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในถัง ด้วยความช่วยเหลือของตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (วงจรติดตาม) เป็นไปได้ที่จะรักษาความแตกต่างของอุณหภูมิเหล่านี้ให้เท่ากับศูนย์อย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้จะเพิ่มต้นทุนของอุปกรณ์วัดขึ้นอยู่กับความแม่นยำในการวัดที่ต้องการ

องค์ประกอบของฮาร์ดแวร์จะต้องรวดเร็วและเสถียรเป็นเวลานาน (มีการเบี่ยงเบนน้อยที่สุด) โซนตายของลูปควบคุมการติดตามควรอยู่ในช่วงตั้งแต่ ±10-3 ถึง ±10-5 K ในฐานะอุปกรณ์วัด คุณสามารถใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบสัมผัสไฟฟ้าที่ตอบสนองเร็ว ซึ่งเมื่อรวมอยู่ในวงจรบริดจ์แล้ว แรงกระตุ้นไปยังตัวควบคุมเพื่อเปลี่ยนพลังงานความร้อน การให้ความร้อนทำได้โดยใช้ขดลวดต้านทานไฟฟ้าหรือในอ่างของเหลวโดยตรง ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานความร้อนเนื่องจากการแตกตัวที่อ่อน (เรียกว่าความร้อนด้วยไฟฟ้า) วิธีที่สองนี้ไม่เฉื่อยในทางปฏิบัติ สามารถหาผลลัพธ์ได้โดยใช้วิธีการที่มีอยู่แล้วสำหรับการวัดอุณหภูมิทางไฟฟ้า หรือใช้เทอร์โมมิเตอร์เหลวที่ติดตั้งเพิ่มเติม (Beckmann)

วิธีการวัดแบบอะเดียแบติกเหมาะสำหรับการศึกษากระบวนการที่ช้าและผลกระทบจากความร้อนเป็นหลัก ด้วยการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของปริมาณความร้อน (ในแคลอรีมิเตอร์ของการเผาไหม้) ความเฉื่อยของการปรับอุณหภูมิให้เท่ากันมีผลเสียดังกล่าว ซึ่งแม้แต่ความแม่นยำของวิธีการแบบไม่ใช้อะเดียแบติกทั่วไปก็ไม่สามารถทำได้ อย่างไรก็ตาม การให้ความร้อนต่ำขององค์ประกอบความร้อนและเซ็นเซอร์อุณหภูมิ และการผสมของเหลวในอ่างอย่างเข้มข้น เป็นไปได้ที่จะได้ค่าคงที่เวลาต่างๆ เพียงเล็กน้อย (เพื่อลดความเฉื่อย)

วิธีการชดเชย

การใช้ดิฟเฟอเรนเชียลหรือแคลอรีมิเตอร์คู่ตามหลักการชดเชย ทำให้สามารถขจัดอิทธิพลภายนอกส่วนใหญ่ในกระบวนการวัดได้ ภาชนะวัดปริมาณความร้อนที่เหมือนกันสองถังพร้อมอุปกรณ์เสริมเหมือนกันจะถูกวางไว้ในสภาพแวดล้อมภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ในเรือลำหนึ่ง กระบวนการตรวจสอบที่มีผลกระทบจากความร้อนจะเกิดขึ้น และอีกถังหนึ่งจะถูกทำให้ร้อนด้วยความช่วยเหลือของระบบควบคุมเซอร์โวในลักษณะที่การสูญเสียความร้อนต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับเรือทั้งสองลำจะเหมือนกัน ดังนั้นพลังงานความร้อนที่ป้อนเข้าสามารถใส่ในสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างกระบวนการภายใต้การศึกษา ในกรณีนี้ งานทดลองของการวัดจะเข้าสู่พื้นที่อื่นและลดลงเป็นการหาค่าพลังงานความร้อนไฟฟ้าที่ให้มาอย่างแม่นยำ (W * s, J):

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ดิฟเฟอเรนเชียลแคลอริมิเตอร์ใช้ภายใต้สภาวะแวดล้อมแบบอะเดียแบติก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคาดว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงปริมาณความร้อนเพียงเล็กน้อยหรือช้ามาก ในกระบวนการดูดความร้อน การมีภาชนะเก็บความร้อนหนึ่งถังก็เพียงพอแล้ว อินพุตความร้อนถูกควบคุมเพื่อให้อุณหภูมิในภาชนะยังคงเหมือนเดิมตลอดเวลา (วิธีเก็บอุณหภูมิ) ข้อเสียของดิฟเฟอเรนเชียลแคลอรีมิเตอร์คืออุปกรณ์และเครื่องมือวัดที่มีราคาสูง

แคลอรี่ในการเผาไหม้

เชื้อเพลิงที่ใช้ในโรงงานความร้อนและพลังงานได้รับการตรวจสอบเพื่อกำหนดค่าความร้อน H (J/kg) ตัวบ่งชี้นี้จำเป็นในการกำหนดปัจจัยด้านประสิทธิภาพ ศึกษาประสิทธิภาพและการคำนวณสำหรับพลังงานที่ใช้ในการติดตั้งต่างๆ รวมทั้งเพื่อการควบคุมกระบวนการเผาไหม้ที่เหมาะสมที่สุด ความผันผวนที่มีนัยสำคัญในองค์ประกอบของส่วนประกอบที่ติดไฟได้มักจำเป็นต้องกำหนดค่าความร้อนอย่างต่อเนื่อง

เมื่อสารถูกเผาไหม้จนหมด ความร้อน Q (ความร้อนจากการเผาไหม้) จำนวนหนึ่งจะถูกปล่อยออกมา ถ้าเราหารด้วยมวล m (หรือโดยปริมาตรภายใต้สภาวะปกติ Vn) เราจะได้ความร้อนจากการเผาไหม้ (จำเพาะ):

ขึ้นอยู่กับสถานะของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ ค่าความร้อนสองประเภทมีความโดดเด่น: H0 ที่สูงขึ้นและ H ที่ต่ำกว่าซึ่งเรียกอีกอย่างว่าความร้อนของการเผาไหม้และค่าความร้อน เมื่อหาค่าความร้อนสุทธิของ Ni น้ำจะเกิดระหว่าง ปฏิกริยาเคมีต้องอยู่ในสถานะไอ ความแตกต่างระหว่างความร้อนทั้งสอง H0 - Ni สอดคล้องกับความร้อนของการระเหยของน้ำควบแน่น (ดัชนี KO - คอนเดนเสท) r ซึ่งเท่ากับ 2.441 MJ / kg

สำหรับเชื้อเพลิงแข็งและเชื้อเพลิงเหลว สามารถกำหนดปริมาณน้ำที่ได้บนพื้นฐานของการวิเคราะห์ธาตุ และเมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงก๊าซ โดยการวัดปริมาณคอนเดนเสท

ในเตาเผาอุตสาหกรรม อุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้จะสูงกว่าจุดเดือดของน้ำเสมอ ดังนั้นมักจะสนใจเฉพาะค่าความร้อนสุทธิ Ni เนื่องจากความร้อนของการควบแน่นของน้ำไม่สามารถใช้งานได้

เครื่องวัดปริมาณความร้อนจากการเผาไหม้สำหรับของแข็งและของเหลว

สำหรับกระบวนการเผาไหม้ที่รวดเร็ว ได้มีการพัฒนารูปแบบพิเศษของเครื่องวัดความร้อนเหลว ซึ่งเรียกว่า Berthelot calorimetric bomb (รูปที่ 3)

รูป อุปกรณ์ของระเบิดความร้อน

การเผาไหม้ของสารจำนวนเล็กน้อยที่วัดได้อย่างแม่นยำจะเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ในระเบิดที่ปิดสนิทในบรรยากาศของออกซิเจนบริสุทธิ์ที่สุดที่เป็นไปได้ที่ความดัน ~30 atm (3 MPa) ระเบิดที่บรรจุอยู่ในอ่างของเหลวของเครื่องวัดความร้อนซึ่งดูดซับความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้

ของแข็งมักจะอัดเป็นก้อนเล็กๆ (เม็ด) และชั่งน้ำหนักได้อย่างแม่นยำมาก ขอแนะนำให้ผสมสารที่เผาไหม้ได้ไม่ดีกับของเหลวที่เผาไหม้ได้ดีกับความร้อนจากการเผาไหม้ที่ทราบ (เช่น กรดเบนโซอิก) ของเหลวจะถูกใส่ลงในถ้วย (เรือ) ที่ทำจากแพลตตินั่มหรือควอทซ์หรือในแคปซูลพลาสติกขนาดเล็ก มีอุปกรณ์ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการวิจัยบนหน้าปก: วาล์วสำหรับจ่ายออกซิเจนและกำจัดผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ ที่จับตัวอย่าง และเครื่องจุดไฟไฟฟ้า การจุดไฟทำได้โดยการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับลวดแพลตตินั่มแบบบาง ต้องวัดความร้อนที่จ่ายสำหรับการจุดระเบิดอย่างแม่นยำเพื่อให้สามารถนำมาพิจารณาเมื่อถอดรหัสผลลัพธ์ของการทดสอบ ในระเบิดแคลอรี่ ค่าความร้อนสูงสุด H0 จะถูกกำหนด ระหว่างการตรวจสอบ ค่าเทียบเท่าทางความร้อนของแคลอรีมิเตอร์ Ck ถูกกำหนดโดยการเผาไหม้สารอ้างอิง (เช่น กรดเบนโซอิก) หรือใช้อุปกรณ์ทำความร้อนไฟฟ้า

แคลอรีมิเตอร์เผาไหม้สำหรับสารที่เป็นก๊าซ

การหาค่าความร้อนจากการเผาไหม้ของตัวกลางที่เป็นก๊าซนั้นมีหลายวิธี ตรงกันข้ามกับระเบิดความร้อนสำหรับสารที่เป็นของแข็งและของเหลวนั้นขึ้นอยู่กับการวัดอย่างต่อเนื่อง หลักการวัดที่ใช้ค่อนข้างง่าย ก๊าซทดสอบถูกเผาอย่างต่อเนื่องในเตาเผาที่แรงดันคงที่ ความร้อนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้จะถูกดูดซับโดยการไหลของตัวกลางทำความเย็นในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (แคลอริมิเตอร์แบบเปียกหรือแบบแลกเปลี่ยนความร้อน) หรือโดยการผสมผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้กับการไหลของอากาศที่อัตราการไหลที่ทราบ (เครื่องวัดความร้อนแบบแห้งหรือแบบผสม) มักจะกำหนดมูลค่าความร้อนสุทธิหู ในการกำหนดค่าความร้อนรวม H0 จำเป็นต้องควบแน่นไอน้ำ (ดัชนี KO) ที่มีอยู่ในก๊าซไอเสีย เมื่อทราบอัตราการไหลของมวลและความแตกต่างของอุณหภูมิที่ขาเข้า (ดัชนี e) และทางออก (ดัชนี a) ของเครื่องวัดความร้อน การคำนวณค่าความร้อนที่สอดคล้องกันโดยใช้สมการสมดุลความร้อน

การเตรียมก๊าซที่จำเป็นนั้นโดยพื้นฐานแล้วในเครื่องวัดปริมาณความร้อนของก๊าซทั้งหมด ก่อนการเผาไหม้ก๊าซ (ดัชนี G) จะถูกทำความสะอาดก่อนสิ่งสกปรกเชิงกลที่เป็นของแข็ง (ในตัวกรอง) และชุบ (เพื่อให้อิ่มตัวด้วยความชื้น 100%) จากนั้นจึงนำแรงดันเบื้องต้นไปยังค่าที่กำหนด (โดยใช้การลดแรงดัน วาล์ว) และอุณหภูมิของตัวกลางทำความเย็น (ดัชนี K) อากาศที่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้ (ดัชนี L) จะได้รับความชื้นและนำไปที่อุณหภูมิของตัวกลางระบายความร้อนด้วย

ขึ้นอยู่กับความแม่นยำที่จำเป็นและต้นทุนเครื่องมือที่อนุญาต เงื่อนไขเหล่านี้บางอย่างอาจไม่เป็นไปตามข้อกำหนด แคลอรีมิเตอร์ควรได้รับการตรวจสอบด้วยก๊าซอ้างอิง (เช่น ไฮโดรเจน) เพื่อกำหนดความเบี่ยงเบนจากสมการสำหรับสถานะในอุดมคติของแคลอรีมิเตอร์ สำหรับเครื่องวัดความร้อนแบบแลกเปลี่ยนความร้อน (เปียก) สมการข้างต้นมีรูปแบบ

โดยที่และคืออัตราการไหลของมวลสารทำความเย็นและเชื้อเพลิง kg/s; sk - ความจุความร้อนจำเพาะของตัวกลางระบายความร้อน J / (กก. * K); - เพิ่มอุณหภูมิของตัวกลางทำความเย็น K.

รูปอุปกรณ์ของเครื่องวัดความร้อนแบบเปียก (a) และแบบแห้ง (b) สำหรับเชื้อเพลิงก๊าซ

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นโดยทั่วไปคือ 5-15 เค เนื่องจากมวลความร้อนจำนวนมาก แคลอรีมิเตอร์การถ่ายเทความร้อนจึงมีค่าคงที่เวลานานมาก ซึ่งอาจนานถึงหลายนาที ดังนั้นจึงไม่เหมาะที่จะใช้ในวงจรควบคุมแบบปิดในฐานะเซ็นเซอร์ เมื่อเทียบกับเครื่องวัดปริมาณความร้อนแบบแห้ง (แบบผสม) ซึ่งค่าคงที่เวลาเพียงไม่กี่วินาที ในทางกลับกัน ความแม่นยำที่ทำได้ของเครื่องวัดปริมาณความร้อนจากการแลกเปลี่ยนความร้อนนั้นค่อนข้างสูง ข้อผิดพลาดไม่เกิน ±0.25-1% ดังนั้นจึงสามารถใช้กับห้องปฏิบัติการและสำหรับการตรวจสอบได้ เครื่องวัดความร้อนแห้ง (การผสม) มีข้อผิดพลาด ±1 ถึง ±2% ของขีดจำกัดบนของช่วงการวัด

เวอร์ชันการออกแบบของเครื่องวัดปริมาณความร้อนจากผู้ผลิตหลายรายแตกต่างกันไปในอุปกรณ์ช่วยเสริมและอุปกรณ์ความปลอดภัย องค์ประกอบการตรวจจับ และวงจรคำนวณที่ให้การชดเชยข้อผิดพลาด ดังนั้นในเครื่องวัดปริมาณความร้อนที่แลกเปลี่ยนความร้อน อัตราส่วนของก๊าซและอัตราการไหลของตัวกลางในการทำความเย็นจะคงอยู่ในรูปแบบต่างๆ (ดูสมการของแคลอรีมิเตอร์ด้านบน) เนื่องจากค่าความร้อนสูง H0 ขึ้นอยู่กับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโดยตรงเท่านั้น

ในแคลอรีมิเตอร์แบบแห้ง อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะถูกวัดโดยตรงโดยใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบสัมผัสทางไฟฟ้า หรือโดยอ้อมโดยใช้เซ็นเซอร์ไดลาโตเมตริก ซึ่งเป็นท่อขยายที่อยู่ในกระแสก๊าซไอเสีย ในเครื่องวัดปริมาณความร้อน ADOS การยืดตัวด้วยความร้อนของท่อไดลาโทมิเตอร์จะสัมพันธ์โดยตรงกับความร้อนจากการเผาไหม้ และสามารถแปลงเป็นสัญญาณใดๆ ก็ได้โดยใช้ตัวเชื่อมโยงและมาตรวัดความยาว ในเครื่องวัดปริมาณความร้อน Reinecke ส่วนขยายของแท่งจะใช้เป็นสัญญาณการวัดในวงจรควบคุมที่ควบคุมการไหลของอากาศเย็นในลักษณะที่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิยังคงเกือบคงที่ ในกรณีนี้ ลูปควบคุมจะกลายเป็นสัดส่วนอย่างหมดจด แต่ส่วนเบี่ยงเบนที่เหลือบางส่วนนั้นหลีกเลี่ยงไม่ได้ ในกรณีนี้ ปริมาณการใช้อากาศเย็นหรือการยืดตัวของท่อไดลาโตเมตริก (แกน) เป็นการวัดค่าความร้อนที่กำหนด ข้อกำหนดเบื้องต้นเพื่อให้ได้มาซึ่งความแม่นยำที่เพียงพอในเครื่องวัดปริมาณความร้อนแบบแห้งทั้งหมดคือการผสมกันของอากาศเย็นและผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่ดี

การวัดการไหลของความร้อน

ความร้อนในรูปของพลังงานจะถูกถ่ายโอนในสามวิธี: ผ่านร่างกายของแข็ง (การนำความร้อน) สื่อของเหลวหรือก๊าซ (การพาความร้อน) และไม่มีการมีส่วนร่วมของสสาร (รังสี) ในเทคโนโลยี ส่วนประกอบทั้งสามมักจะเกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อน อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณี เป็นไปได้ที่จะได้ผลลัพธ์ของความแม่นยำที่ยอมรับได้โดยการวัดส่วนประกอบเพียงชิ้นเดียว

การวัด การไหลของความร้อนด้วยค่าการนำความร้อน

การถ่ายเทความร้อนผ่านผนังนำความร้อนมีความสำคัญอย่างยิ่งในหลาย ๆ ด้านของเทคโนโลยี (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทุกชนิด ฉนวนกันความร้อน ฯลฯ) ในเวลาเดียวกัน การควบคุมปริมาณการผลิตในปัจจุบันไม่น่าสนใจมากนัก แต่ผลลัพธ์ของการวัดเดี่ยวที่ใช้เพื่อประเมินโหลด ตรวจสอบการปฏิบัติตามตัวบ่งชี้ที่รับประกันและประสิทธิภาพ

ตามกฎของการนำความร้อนคงที่ ฟลักซ์ความร้อนถูกกำหนดโดยสูตรต่อไปนี้ (J/s):

เนื่องจากทราบค่าการนำความร้อนของผนัง [J/(m*s*K)] และมิติทางเรขาคณิต การวัดค่าฟลักซ์ความร้อนจึงลดลงเพื่อวัดความแตกต่างของอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้จำเป็นต้องมีการกำหนดอุณหภูมิพื้นผิวที่แม่นยำมาก ข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในสภาวะการถ่ายเทความร้อนเมื่อติดตั้งองค์ประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิบนพื้นผิวอาจมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ดังนั้น สำหรับการวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้น ขอแนะนำให้ใช้วิธีการด้านล่าง ซึ่งใช้ทั้งค่าการนำความร้อนและการถ่ายเทความร้อนพร้อมกัน

การวัดการไหลของความร้อนในการถ่ายเทความร้อน (การถ่ายเทความร้อนรวมกับการนำความร้อน)

สำหรับผนังเรียบที่กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้านี้ กฎหมายการถ่ายเทความร้อน (J/s) ต่อไปนี้มีผลบังคับใช้:

โดยที่สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน k 1J/(m2*s*K)] ร่วมกับสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน [J/Dm*s*K)] สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและ [J/(m2*s*K) ] ของผนังทั้งสองด้านก็นำมาพิจารณาด้วย

บนผนังเรียบที่ฟลักซ์ความร้อนที่วัดได้ผ่านไป จะมีแผ่นบางๆ วางอยู่ อุณหภูมิพื้นผิวที่กำหนดโดยเทอร์โมคัปเปิลแบบฟิล์มบางในตัว ข้อดีของการวัดด้วยวิธีนี้คือไม่จำเป็นต้องทราบคุณสมบัติทางความร้อนของผนัง และคุณสมบัติที่สอดคล้องกันของเพลตสามารถลดลงเป็นค่าคงที่เดียวในระหว่างการสอบเทียบ องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนดังกล่าวมีขนาดประมาณ 30x30x0.5 มม. ช่วงการวัดครอบคลุมฟลักซ์ความร้อนตั้งแต่ 10 ถึง 100,000 W/m2; ข้อผิดพลาดคือ 2-5%

รูป หลักการทำงานของเครื่องวัดความร้อน

ด้วยการปรับปรุงวิธีการวัดนี้ เสื่อยางจึงถูกนำมาใช้แทนแผ่นที่ซ้อนทับกัน โดยการติดกาวบนพื้นผิวที่ไม่มีระนาบหรือพันไว้รอบพื้นผิวโค้ง ก็สามารถระบุการถ่ายเทความร้อนจากพื้นผิวที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ได้ เช่น จากท่อ ภาชนะ ฯลฯ เทอร์โมคัปเปิลถูกสร้างไว้บนพื้นผิวทั้งสองของ เสื่อเพื่อให้จุดเชื่อมต่อร้อนและเย็นของพวกเขาตั้งอยู่ตรงข้ามกัน (รูปที่ 6) และในกรณีนี้ ความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนตามการสอบเทียบจะเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม เสื่อที่ใช้ค่อนข้างรบกวนการถ่ายเทความร้อนเริ่มต้น ซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนเมื่อวัดค่าที่แม่นยำ ดังนั้น วิธีการวัดนี้จึงใช้เป็นหลักในการกำหนดค่าคงที่ทางอุณหพลศาสตร์ของสาร เมื่อการละเมิดการไหลของความร้อนไม่ส่งผลต่อผลการวัด

การวัดการไหลของความร้อนในสภาพแวดล้อมปัจจุบัน

ส่วนสำคัญของพลังงานความร้อนจะถูกถ่ายโอนโดยตัวกลางที่เป็นของเหลวหรือก๊าซ (น้ำ ไอน้ำ ฯลฯ) ซึ่งเคลื่อนที่ในเครือข่ายท่อส่งแบบปิด อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับการส่งพลังงานไฟฟ้าด้วยสายไฟ ระยะทางที่สามารถส่งพลังงานความร้อนได้นั้นมีจำกัด สำหรับการศึกษาทางอุณหพลศาสตร์ของระบบทำความร้อนและทำความเย็นทุกประเภท จำเป็นต้องวัดการปล่อยและการใช้ความร้อน

ฟลักซ์ความร้อน F (J/s) ที่ส่งผ่านโดยการไหลของตัวพาความร้อนปานกลาง (kg/s) ผ่านส่วนควบคุมที่มีพื้นที่ A (m2) ในบางโซน ซึ่งรวบรวมสมดุลความร้อน (ใน โซนกระบวนการ รูปที่ 7) เท่ากับ

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในช่วงเวลา t2 - t1 ถูกกำหนดเป็นอินทิกรัล (J):

ความแตกต่างของปริมาณความร้อน (เอนทาลปี, J/กก.) ของสารหล่อเย็นที่ทางเข้า (ดัชนี e) และที่ทางออก (ดัชนี a) ของโซนสมดุลความร้อนอยู่ที่ไหน

เนื่องจากในกรณีทั่วไป ค่าของเอนทาลปีเป็นที่สนใจเมื่อเปรียบเทียบกับระดับหนึ่งเท่านั้น ตัวอย่างเช่น กับเอนทาลปีที่อุณหภูมิแวดล้อม การวัดค่าฟลักซ์ความร้อนทั้งหมดจึงเป็นการวัดที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานแล้ว

เอนทาลปีแต่ละตัวที่รวมอยู่ในสมการทั่วไปสามารถแสดงในรูปของอุณหภูมิที่สอดคล้องกันและความจุความร้อนจำเพาะ

ดังนั้น การวัดการไหลของความร้อนจะลดลงโดยตรงกับการวัดอุณหภูมิและอัตราการไหลของมวล ในหลายกรณี ไม่ได้วัดปริมาณมวล แต่วัดการไหลของน้ำหล่อเย็น ในกรณีนี้ ผลลัพธ์ที่ได้จะแตกต่างไปตามค่าความหนาแน่นของสารหล่อเย็น р เท่านั้น ความจุความร้อนจำเพาะ ci เป็นหน้าที่ของอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากช่วงการวัดที่แคบของเครื่องมือหลายชนิด จึงสามารถพิจารณาค่าคงที่ได้โดยไม่สูญเสียความแม่นยำไปมากนัก ต้องทราบความจุความร้อนจำเพาะ สำหรับของเหลว สมการการไหลของความร้อนจะง่ายขึ้น เนื่องจาก ความจุความร้อนจำเพาะไม่ขึ้นอยู่กับแรงกดดัน:

, เจ/ส.

ในสมการประเภทนี้ทั้งหมด จำเป็นต้องคำนึงถึงสัญญาณของปริมาณโดยขึ้นอยู่กับว่าความร้อนถูกจ่ายหรือกำจัดออกไป ไม่ว่ากระบวนการจะดูดความร้อนหรือคายความร้อน ไม่ว่าจะเย็นลงหรือร้อนขึ้นก็ตาม