Issiqlik inson hayotida, shu jumladan uning tanasining ishlashida muhim rol o'ynaydi. Oziq-ovqat tarkibidagi kimyoviy energiyaning bir qismi issiqlikka aylanadi, buning natijasida tana harorati 37 ° C atrofida saqlanadi.

18-asr oxirigacha. jismning harorati uning tarkibidagi "kaloriyali suyuqlik" yoki "kaloriya" miqdori bilan belgilanadi, deb hisoblab, issiqlik moddiy modda hisoblangan. Keyinchalik B.Ramford, J.Joul va oʻsha davrning boshqa fiziklari mohir tajribalar va mulohazalar orqali “kaloriya” nazariyasini rad etib, issiqlikning vaznsiz ekanligini va uni shunchaki mexanik harakat tufayli har qanday miqdorda olish mumkinligini isbotladilar. Issiqlikning o'zi modda emas, balki uning atomlari yoki molekulalari harakatining energiyasidir. Zamonaviy fizika issiqlik haqidagi mana shu tushunchaga amal qiladi. Shuningdek qarang FIZIKA.

Ushbu maqolada biz issiqlik va harorat qanday bog'liqligini va bu miqdorlar qanday o'lchanganini ko'rib chiqamiz. Bizning muhokamamiz mavzusi ham quyidagi savollar bo'ladi: issiqlikni tananing bir qismidan ikkinchisiga o'tkazish; vakuumda issiqlik uzatish (moddani o'z ichiga olmaydigan bo'shliq); zamonaviy dunyoda issiqlikning roli.

Haroratni teginish orqali baholashning eng tanish, ammo eng kam aniq usullaridan biri. Ob'ektga tegib, biz his-tuyg'ularimizga e'tibor qaratib, uning issiq yoki sovuqligini baholaymiz. Albatta, bu hislar tanamizning haroratiga bog'liq bo'lib, bu bizni haroratni o'lchashda eng muhimlaridan biri bo'lgan termal muvozanat tushunchasiga olib keladi.

Ishlashi termal kengayishga asoslangan boshqa qurilma - shaklda ko'rsatilgan bimetal termometr.

Mahalliy harorat odatda termojuft yordamida o'lchanadi, bu bir uchida lehimlangan bir-biriga o'xshash bo'lmagan metallarning ikkita simi (1-rasm).

Yana bir termoelektr ta'siri ham ma'lum - o'tkazuvchan materialning qarshiligining haroratga bog'liqligi. Bu elektr qarshilik termometrlarining ishlashiga asoslanadi, ulardan biri rasmda ko'rsatilgan.

Optik pirometrlar ko'rinadigan yorug'lik chiqaradigan cho'g'lanma jismlarning haroratini o'lchash uchun ishlatiladi. Ushbu qurilmaning bir versiyasida tanadan chiqadigan yorug'lik nurlantiruvchi tanani ko'rish uchun durbinning fokus tekisligiga joylashtirilgan cho'g'lanma lampaning filamentining nurlanishi bilan taqqoslanadi. Chiroq filamentini isitadigan elektr toki, filamentning porlashini vizual taqqoslashgacha o'zgartiriladi va tananing ular o'rtasida termal muvozanat o'rnatilganligini aniqlaydi. Qurilmaning shkalasi to'g'ridan-to'g'ri harorat birliklarida tugatilishi mumkin.

So'nggi yillardagi texnik yutuqlar yangi harorat sensorlarini yaratishga imkon berdi. Misol uchun, ayniqsa yuqori sezuvchanlik zarur bo'lgan hollarda, termojuft yoki an'anaviy qarshilik termometri o'rniga yarimo'tkazgichli qurilma, termistor ishlatiladi. Faza holatini o'zgartiradigan bo'yoqlar va suyuq kristallar, ayniqsa, tana sirtining harorati keng diapazonda o'zgarib turadigan hollarda termal konvertorlar sifatida ham qo'llaniladi. Nihoyat, infraqizil termografiya qo'llaniladi, unda ob'ektning infraqizil tasviri shartli ranglarda olinadi, bu erda har bir rang ma'lum bir haroratga mos keladi. Haroratni o'lchashning bu usuli tibbiy diagnostikadan xonalarning issiqlik izolatsiyasini tekshirishgacha bo'lgan eng keng qo'llanilishini topadi. Shuningdek qarang QATTIQ JAMOAT FIZIKASI; SUYUK KRISTAL.

Kimyoviy reaksiya paytida, masalan, yonish jarayonida ajralib chiqadigan issiqlik miqdorini kaloriyametrga kichik "bomba" qo'yish orqali o'lchash mumkin. "Bomba" namunani o'z ichiga oladi, unga elektr simlari yoqish uchun ulanadi va tegishli kislorod miqdori. Namuna to'liq yonib ketgandan so'ng va issiqlik muvozanati o'rnatilgandan so'ng, kaloriyametrdagi suvning harorati qancha ko'tarilganligi va shuning uchun ajralib chiqadigan issiqlik miqdori aniqlanadi. Shuningdek qarang KALORIMETRYA.

Demak, energiya bir shakldan ikkinchisiga o‘tishi va bunday o‘zgarishlar tabiatda va texnologiyada doimo sodir bo‘lishi aniq. Yuz yildan ko'proq vaqt oldin J. Joul buni mexanik energiyani issiqlik energiyasiga aylantirish ishi uchun rasmda ko'rsatilgan qurilma yordamida isbotladi. 6, a. Ushbu qurilmada tushayotgan va ko'tarilgan og'irliklar suv bilan to'ldirilgan kaloriyametrda pichoqlar bilan milni aylantirdi, buning natijasida suv isitiladi. Aniq o'lchovlar Joulga bir kaloriya issiqlik 4,186 J mexanik ish bilan teng ekanligini aniqlashga imkon berdi. Shaklda ko'rsatilgan qurilma.

Termodinamikaning birinchi qonuni ko'plab umumiy hodisalarni tushuntiradi. Misol uchun, nima uchun oshxonani ochiq muzlatgich bilan sovutish mumkin emasligi aniq bo'ladi. Aytaylik, biz oshxonani atrof-muhitdan issiqlik bilan izolyatsiya qildik. Sovutgichning quvvat simi orqali tizimga energiya uzluksiz etkazib beriladi, lekin tizim hech qanday energiya bermaydi. Shunday qilib, uning umumiy energiyasi ortadi va oshxona issiqroq bo'ladi: muzlatgichning orqa tomonidagi issiqlik almashtirgichning (kondensator) quvurlariga teginish kifoya qiladi va siz uning foydasizligini "sovutish" qurilmasi sifatida tushunasiz. Ammo agar bu quvurlar tizimdan tashqariga chiqarilsa (masalan, derazadan), u holda oshxona olinganidan ko'ra ko'proq energiya beradi, ya'ni. sovutilgan bo'lardi va muzlatgich deraza konditsioneri sifatida ishladi.

Termodinamikaning birinchi qonuni energiyani yaratish yoki yo'q qilishni istisno qiladigan tabiat qonunidir. Biroq, u tabiatda energiya uzatish jarayonlari qanday borishi haqida hech narsa aytmaydi. Shunday qilib, biz bilamizki, agar bu jismlar aloqa qilsa, issiq jism sovuqni isitadi. Ammo sovuq jism o'z-o'zidan issiqlik zaxirasini issiqqa o'tkazishi mumkinmi? Oxirgi imkoniyat termodinamikaning ikkinchi qonuni tomonidan qat'iyan rad etilgan.

Birinchi qonun, shuningdek, koeffitsientli dvigatelni yaratish imkoniyatini ham istisno qiladi foydali harakat(samaradorlik) 100% dan ortiq (shunga o'xshash

"Foydali" ishni kamroq foydali energiya issiqligiga aylantirish tendentsiyasini turli xil gazlarni o'z ichiga olgan ikkita idish ulanganda yuzaga keladigan boshqa jarayon bilan solishtirish mumkin. Etarlicha vaqt kutgandan so'ng, biz ikkala idishda ham gazlarning bir hil aralashmasini topamiz, tabiat shunday ishlaydiki, tizimning tartibi kamayadi. Ushbu tartibsizlikning termodinamik o'lchovi entropiya deb ataladi va termodinamikaning ikkinchi qonuni boshqacha shakllantirilishi mumkin: tabiatdagi jarayonlar doimo shunday boradiki, tizim va uning muhiti entropiyasi ortadi. Shunday qilib, koinotning energiyasi doimiy bo'lib, uning entropiyasi doimiy ravishda o'sib boradi.

Haroratning oshishi bilan molekulalarning xaotik harakatining intensivligi oshadi, ko'pchilik moddalar qizdirilganda kengayadi. Haroratning 1 K ga oshishi bilan moddaning kengayish darajasiga issiqlik kengayish koeffitsienti deyiladi.

Moddaning bir faza holatidan ikkinchisiga, masalan, qattiq holatdan suyuq holatga (va ba'zan darhol gazsimon holatga) o'tishi uchun u ma'lum miqdorda issiqlikni olishi kerak. Agar qattiq jism qizdirilsa, uning harorati eriy boshlaguncha ko'tariladi; erish tugagunga qadar, issiqlik etkazib berilishiga qaramay, tananing harorati doimiy bo'lib qoladi. Bir moddaning massa birligini eritish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori erish issiqligi deyiladi. Agar siz issiqlikni etkazib berishda davom etsangiz, u holda erigan modda qaynaguncha qiziydi. Muayyan haroratda suyuqlikning birlik massasini bug'lash uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori bug'lanish issiqligi deb ataladi.

Maksvell ushbu g'oyalarga asoslanib, statistik yondashuvdan foydalangan holda, gaz molekulalarining tezligini cheklangan hajmda taqsimlashni oldi va keyinchalik uning nomi bilan ataldi. Ushbu taqsimot rasmda grafik sifatida keltirilgan. 100 va 1000 haroratda berilgan vodorod massasi uchun 7

Bunday tez harakatlanuvchi gaz molekulalarining ko'p miqdori atrofdagi jismlarga to'liq o'lchanadigan kuch bilan ta'sir qiladi. Ko'p sonli gaz molekulalari tomir devorlariga urilgan mikroskopik kuchlar bosim deb ataladigan makroskopik miqdorga to'g'ri keladi. Gazga energiya berilganda (harorat ko'tariladi), uning molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasi ortadi, gaz zarralari devorlarga tez-tez va qattiqroq uriladi, bosim ko'tariladi va agar devorlar to'liq qattiq bo'lmasa, ular cho'zilib ketadi va gaz hajmi ortadi. Shunday qilib, molekulyar kinetik nazariya asosidagi mikroskopik statistik yondashuv biz muhokama qilgan termal kengayish hodisasini tushuntirishga imkon beradi.

Molekulyar kinetik nazariyaning yana bir natijasi yuqorida sanab o'tilgan talablarni qondiradigan gazning xossalarini tavsiflovchi qonundir. Bu holat tenglamasi deb ataladi ideal gaz bir mol gazning bosimi, hajmi va haroratini bog'laydi va tenglik ko'rinishiga ega

Issiqlik uzatishning uchta asosiy turi mavjud: o'tkazuvchanlik, konveksiya va radiatsion issiqlik uzatish.

Issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli issiqlik uzatishning intensivligi harorat gradientiga bog'liq, ya'ni. munosabatlar

Furye qonunidan kelib chiqadiki, issiqlik oqimini issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti, maydon yoki harorat gradientining miqdorlaridan birini kamaytirish orqali kamaytirish mumkin. Qish sharoitidagi bino uchun oxirgi qiymatlar amalda o'zgarmasdir va shuning uchun xonada istalgan haroratni saqlab turish uchun devorlarning issiqlik o'tkazuvchanligini kamaytirish qoladi, ya'ni. ularning issiqlik izolatsiyasini yaxshilash.

Jadvalda ba'zi moddalar va materiallarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlari ko'rsatilgan. Jadval shuni ko'rsatadiki, ba'zi metallar issiqlikni boshqalarga qaraganda ancha yaxshi o'tkazadi, ammo ularning barchasi havo va g'ovakli materiallarga qaraganda ancha yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligidir.

Ko'pgina moddalarning issiqlik va elektr qarshiligi harorat suyuq geliy haroratidan (1,8 K) pastga tushganda keskin kamayadi. Supero'tkazuvchanlik deb ataladigan bu hodisa mikroelektronik qurilmalardan tortib elektr uzatish liniyalari va katta elektromagnitlarga qadar ko'plab qurilmalarning samaradorligini oshirish uchun ishlatiladi. Shuningdek qarang Supero'tkazuvchanlik.

Isitgichdan isitiladigan muhitga konvektiv issiqlik oqimi molekulalarning dastlabki tezligiga, zichligiga, yopishqoqligiga, issiqlik o'tkazuvchanligiga va issiqlik sig'imiga va muhitga bog'liq; isitgichning o'lchami va shakli ham juda muhimdir. Tegishli miqdorlar orasidagi nisbat Nyuton qonuniga bo'ysunadi

Qiymat

Agar isitiladigan (yoki aksincha, sovuq) jism statsionar muhitga yoki oqimga joylashtirilsa, u holda uning atrofida konvektiv oqimlar va chegara qatlami hosil bo'ladi. Bu qatlamdagi molekulalarning harorati, bosimi va tezligi konvektiv issiqlik uzatish koeffitsientini aniqlashda muhim rol o'ynaydi.

Issiqlik almashinuvchilari, konditsioner tizimlari, yuqori tezlikdagi samolyotlar va boshqa ko'plab ilovalarni loyihalashda konvektsiyani hisobga olish kerak. Bunday tizimlarning barchasida issiqlik o'tkazuvchanligi konveksiya bilan bir vaqtda, ham qattiq jismlar orasida, ham ularning muhitida sodir bo'ladi. Da ko'tarilgan haroratlar Radiatsion issiqlik uzatish ham muhim rol o'ynashi mumkin.

Shaklda. 8 issiqlik (infraqizil) nurlanish energiyasining to'lqin uzunligiga bog'liqligini ko'rsatadi. Termal nurlanish ko'rinadigan yorug'lik emissiyasi bilan birga bo'lishi mumkin, ammo uning energiyasi spektrning ko'rinmas qismining nurlanish energiyasiga nisbatan kichikdir.

Issiqlik o'tkazuvchanligi va konvektsiyasi bilan issiqlik uzatish intensivligi haroratga proportsionaldir va radiatsion issiqlik oqimi haroratning to'rtinchi darajasiga proportsionaldir va Stefan Boltsman qonuniga bo'ysunadi.

Turar-joy va ofis xonalari ko'pincha kichik elektr issiqlik emitentlari bilan isitiladi; ularning spirallarining qizg'ish porlashi spektrning infraqizil qismining chetiga yaqin ko'rinadigan termal nurlanishdir. Xona issiqlik bilan isitiladi, bu asosan radiatsiyaning ko'rinmas, infraqizil qismi tomonidan amalga oshiriladi. Kecha ko'rish qurilmalarida

Quyosh issiqlik energiyasining kuchli emitentidir; u hatto 150 million km masofada ham Yerni isitadi. Yer sharining ko‘p qismlarida joylashgan stansiyalar tomonidan yil sayin qayd etilgan quyosh nurlanishining intensivligi taxminan 1,37 Vtni tashkil qiladi.

Erning erigan yadrosidan issiqlikning (issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli) uning yuzasiga o'tishi vulqon otilishiga va geyzerlarning paydo bo'lishiga olib keladi. Ba'zi hududlarda geotermal energiya kosmik isitish va energiya ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Issiqlik deyarli barcha ishlab chiqarish jarayonlarining ajralmas ishtirokchisidir. Metalllarni eritish va qayta ishlash, dvigatellarning ishlashi, oziq-ovqat mahsulotlarini ishlab chiqarish, kimyoviy sintez, neftni qayta ishlash, g'isht va idish-tovoqlardan tortib, avtomobillar va elektron qurilmalargacha bo'lgan turli xil ob'ektlarni ishlab chiqarish kabi eng muhimlarini aytib o'tamiz.

Ko'pgina sanoat ishlab chiqarishlari va transport, shuningdek, issiqlik elektr stantsiyalari issiqlik dvigatellari - issiqlikni foydali ishga aylantiruvchi qurilmalarsiz ishlay olmadi. Bunday mashinalarga kompressorlar, turbinalar, bug ', benzin va reaktiv dvigatellar misol bo'ladi.

Eng mashhur issiqlik dvigatellaridan biri bug 'turbinasi bo'lib, u zamonaviy elektr stantsiyalarida qo'llaniladigan Rankine tsiklining bir qismini amalga oshiradi. Ushbu tsiklning soddalashtirilgan diagrammasi shaklda ko'rsatilgan. 9. Ishchi suyuqlik suvi fotoalbom yoqilg'ilarni (ko'mir, neft yoki tabiiy gaz) yoqish orqali isitiladigan bug 'qozonida o'ta qizib ketgan bug'ga aylanadi. Steam Yuqori bosim elektr energiyasini ishlab chiqaruvchi generatorni boshqaradigan bug 'turbinasi milini aylantiradi. Chiqarilgan bug 'oqayotgan suv bilan sovutilganda kondensatsiyalanadi, bu esa Rankine siklida ishlatilmaydigan issiqlikning bir qismini o'zlashtiradi. Keyinchalik, suv sovutish minorasiga (sovutish minorasi) beriladi, u erdan issiqlikning bir qismi atmosferaga chiqariladi. Kondensat yana bug 'qozoniga pompalanadi va butun tsikl takrorlanadi.

Renkin siklidagi barcha jarayonlar yuqorida tavsiflangan termodinamika tamoyillarini tasvirlaydi. Xususan, ikkinchi qonunga ko'ra, elektr stansiyasi tomonidan iste'mol qilinadigan energiyaning bir qismi issiqlik shaklida atrof-muhitga tarqalishi kerak. Ma'lum bo'lishicha, dastlab qazib olinadigan yoqilg'ida mavjud bo'lgan energiyaning taxminan 68 foizi shu tarzda yo'qoladi. Elektr stantsiyasining samaradorligini sezilarli darajada oshirishga faqat bug 'qozonining haroratini ko'tarish (bu materiallarning issiqlikka chidamliligi bilan cheklangan) yoki issiqlik ketadigan muhitning haroratini pasaytirish orqali erishish mumkin edi, ya'ni. atmosfera.

Yana bir termodinamik siklga ega katta ahamiyatga ega bizning Kundalik hayot, bu Rankin bug 'kompressorli sovutish davri bo'lib, uning diagrammasi shaklda ko'rsatilgan. 10. Sovutgichlar va maishiy konditsionerlarda energiya uni ta'minlash uchun tashqaridan beriladi. Kompressor sovutgich freon, ammiak yoki karbonat angidridning ishchi moddasining harorati va bosimini oshiradi. Haddan tashqari qizib ketgan gaz kondensatorga yuboriladi, u erda sovutiladi va kondensatsiyalanadi, atrof-muhitga issiqlik beradi. Kondenser nozullarini tark etadigan suyuqlik bug'lanish moslamasi orqali bug'lanish moslamasiga o'tadi va uning bir qismi bug'lanadi, bu esa haroratning keskin pasayishi bilan birga keladi. Evaporatator sovutgich kamerasidan issiqlikni oladi, bu esa nozullardagi ishchi suyuqlikni isitadi; bu suyuqlik kompressor tomonidan kondensatorga etkazib beriladi va tsikl yana takrorlanadi.

Shaklda ko'rsatilgan sovutish davri. 10 dan issiqlik pompasida ham foydalanish mumkin. Yozda bunday issiqlik nasoslari issiq atmosfera havosiga issiqlik beradi va xonani konditsioner qiladi, qishda esa, aksincha, sovuq havodan issiqlikni olib, xonani isitadi.

Yadro reaktsiyalari energiya ishlab chiqarish va tashish kabi maqsadlar uchun muhim issiqlik manbai hisoblanadi. 1905 yilda A. Eynshteyn massa va energiya o'zaro bog'liqligini ko'rsatdi

Suyuqlik kalorimetrlari

Texnologiyada eng ko'p qo'llaniladigan bu turdagi kalorimetrning dizayni sodda va parvarish qilish oson. Tashqi induktsiya natijasida hosil bo'lgan issiqlik miqdori birinchi navbatda reaktsiya idishiga (reaksiya sodir bo'lgan), so'ngra suyuq vannaga o'tkaziladi. Vannadagi suyuqlik pervanel, ko'taruvchi vint yoki nasoslar yordamida doimiy ravishda aralashtiriladi, bu esa haroratni tenglashtirishni tezlashtiradi. Hammom iloji boricha atrof-muhitdan issiqlik izolyatsiya qilingan (qalqonlangan). Suyuq vannaning harorat o'zgarishi aniqlangan issiqlik miqdorining o'lchovidir. Haroratning etarli darajada o'zgarishini ta'minlash va o'lchash jarayoni juda uzoq davom etmasligi uchun qizdiriladigan massalarning issiqlik sig'imi juda yuqori bo'lmasligi kerak (buning natijasida issiqlik yo'qotishlari ortadi).

Rasm Suyuq kalorimetr qurilmasi.

Atrof-muhit sharoitlarining doimiyligi uchun yuqori talablar bilan siz butun kalorimetrni boshqa vannaga joylashtirishingiz va undagi haroratni nazorat halqasi yordamida yuqori aniqlik bilan barqarorlashtirishingiz mumkin. Bu, birinchi navbatda, atrof-muhit haroratidan sezilarli darajada farq qiladigan haroratlarda tajriba o'tkazish zarur bo'lgan hollarda kerak.

Past haroratlarda (taxminan -150 ° C gacha) tahlil qilish uchun suyuq azot sovutish vositasi sifatida ishlatiladi. Bunday holda, ularni o'zgartirganda, atrofdagi nam havodan ayoz namunalar yoki namunali idishlar ustiga tushmasligiga e'tibor berish kerak, chunki uning qatlami o'lchash jarayoniga ta'sir qilishi mumkin. Bunga yo'l qo'ymaslik uchun kalorimetr ochiq bo'lsa, namuna va namuna idishi sovuq azot gazi bilan tozalanadi.

Metall tana kalorimetrlari

Rasm metall kalorimetr qurilmasining sxemasi.

Agar kengroq harorat oralig'ida kalorimetrik tadqiqotlar o'tkazish kerak bo'lsa, suyuq kalorimetrlar endi mos kelmaydi. Ushbu maqsadlar uchun mos keladigan metall korpusli kalorimetrlarda, o'tkaziladigan issiqlik miqdori odatda atrof-muhit haroratida bo'lgan metall blok (kumush, mis, alyuminiy) tomonidan olinadi. Bunday kalorimetr asosan o'ziga xos issiqlik sig'imi c, J / (kg * K), suyuq va qattiq moddalarni aniqlash uchun mo'ljallangan.

Namuna avval kalorimetrdan tashqarida sovutiladi sovutish zavodi yoki pechda isitiladi va barqaror holatga kelgandan so'ng, metall blokdagi teshikka tushiriladi (tushadi). Ishlash usuliga ko'ra bunday qurilma erkin tushuvchi kalorimetr, undagi termodinamik jarayonlarning tabiatiga ko'ra esa ba'zan siljish kalorimetri deb ataladi.

Ushbu aralashtirish vaqtida namunadan (m1, c1, parametrlari bilan) metall blokga (m2, c2, ) o'tkaziladigan issiqlik miqdori blokning haroratining o'lchovli o'zgarishiga olib keladi. Bu namunaning o'ziga xos issiqlik sig'imi odatda noma'lum qiymatini aniqlash imkonini beradi ideal sharoitlar(atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvi bo'lmasa) ifodadan:

Metall blokning o'zi evakuatsiya qilingan Dewar idishida, ba'zan esa suyuq hammomda joylashgan. Ikkinchi holda, Ck kalorimetrining issiqlik sig'imini olish uchun vannaning issiqlik sig'imi Cw metall blokining issiqlik sig'imi C2 qo'shilishi kerak:

CK=C2+CW=c2m2+cWmW .

O‘LCHISHNING KALORIMETRIK USULLARI

Ko'pincha kaloriyametrlar doimiy muhit sharoitlari rejimida qo'llaniladi. Bu birinchi navbatda ko'pchilik yonish kalorimetrlariga tegishli bo'lib, ularda reaksiya vaqti juda qisqa bo'ladi.Reaksiya natijasida kaloriyametrning ichki qismlarining harorati o'zgarganda, atrof-muhit harorati doimiy bo'lib qoladi.Ko'p hollarda harorat bilan boshqariladigan hammom tashqi shovqinlarning o'lchanadigan qiymatiga ta'sir qilmaslik uchun atrof-muhit sifatida ishlatiladi - xonadagi harorat o'zgarishi, radiatsiya, qoralama va boshqalar.

Ushbu o'lchov sxemasining afzalligi uskunaning nisbatan arzonligi bo'lib, u kalorimetrik o'lchovlarning asosiy qismini bajarish uchun ishlatilishi mumkin. Asosiy kamchilikni kalorimetrning atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvi deb hisoblash kerak, bu esa natijalarni talqin qilishni qiyinlashtiradi. Ushbu o'lchash usuli har doim izoperibol (diatermik) deb ataladi. Qanday bo'lmasin, uni izotermik deb atash mumkin emas, uning mohiyati shundaki, kalorimetrning harorati reaktsiya jarayonida doimiy bo'lib qoladi, masalan, fazaviy o'zgarishlarni o'lchash uchun mo'ljallangan kalorimetrlar.

adiabatik usul

Agar atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvini istisno qilish, ya'ni jarayonning adiabatik borishini ta'minlash mumkin bo'lsa, unda tajriba va natijalarni talqin qilish soddalashtiriladi va o'lchov natijasi aniqroq bo'ladi, chunki doimiy ravishda qayd etishning hojati yo'q. harorat o'zgarishi va tuzatishlarni hisoblash. Bundan tashqari, bu holda, kalorimetr idishida haroratning biroz kattaroq ko'tarilishiga yo'l qo'yilishi mumkin; adiabatik bo'lmagan qurilmalar uchun bu issiqlik yo'qotishlarining ko'payishi tufayli qabul qilinishi mumkin emas.

Kalorimetr idishi va uning yaqin atrofi (odatda suyuq vanna) o'rtasida issiqlik almashinuvini oldini olish uchun vannaning harorati idish ichidagi harorat o'zgarishiga qarab doimiy ravishda sozlanishi kerak. Elektron boshqaruvchi (kuzatuv sxemasi) yordamida bu haroratlar farqini doimiy ravishda amalda nolga teng ushlab turish mumkin. Bu talab qilinadigan o'lchov aniqligiga qarab o'lchash uskunasining narxini oshiradi.

Uskuna elementlari uzoq vaqt davomida tez va barqaror bo'lishi kerak (minimal driftga ega). Kuzatuv nazorati halqasining o'lik zonasi ±10-3 dan ±10-5 K gacha bo'lishi kerak. O'lchash moslamalari sifatida siz ko'prik sxemasiga kiritilganda har qanday tez javob beradigan kontaktli termometrlardan foydalanishingiz mumkin. isitish quvvatini o'zgartirish uchun boshqaruvchiga impuls. Isitish elektr qarshilik spiral yordamida yoki to'g'ridan-to'g'ri suyuq vannada amalga oshiriladi, u zaif dissotsiatsiya (elektrolitik isitish deb ataladi) tufayli isitish qarshiligi vazifasini bajaradi. Bu ikkinchi usul amalda inersiyasizdir. Natijani elektr haroratini o'lchash uchun allaqachon mavjud vositalar yordamida yoki qo'shimcha ravishda o'rnatilgan suyuqlik termometri (Beckmann) yordamida olish mumkin.

Adiabatik o'lchash usuli asosan sekin jarayonlar va issiqlik effektlarini o'rganish uchun javob beradi. Issiqlik miqdorining tez o'zgarishi bilan (yonish kalorimetrlarida) haroratni tenglashtirish inertsiyasi shu qadar noqulay ta'sir ko'rsatadiki, hatto an'anaviy adiabatik bo'lmagan usullarning aniqligiga erishilmaydi. Biroq, isitish elementlari va harorat sensorlarining past issiqlik quvvatini ta'minlash va hammom suyuqligini intensiv aralashtirish orqali turli vaqt konstantalarining kichik qiymatlarini olish mumkin (inertsiyani kamaytirish uchun).

Kompensatsiya usuli

Kompensatsiya tamoyiliga asoslangan differensial yoki dual kalorimetrlardan foydalanib, o'lchash jarayoniga tashqi ta'sirlarni katta darajada yo'q qilish mumkin. Bir xil aksessuarlarga ega ikkita bir xil kalorimetrik idish bir xil sharoitda muhitga joylashtiriladi. Bir idishda issiqlik effekti bilan tekshirilayotgan jarayon sodir bo'ladi, ikkinchi idish esa servo boshqaruv tizimi yordamida har ikkala idish uchun atrof-muhitga issiqlik yo'qotilishi bir xil bo'ladigan tarzda isitiladi. Shuning uchun, kirish isitish quvvatini o'rganilayotgan jarayon davomida chiqarilgan issiqlik miqdoriga to'g'ridan-to'g'ri proportsional ravishda qo'yish mumkin. Bunday holda, o'lchovning eksperimental vazifasi boshqa sohaga o'tadi va etkazib beriladigan elektr isitish quvvatini (W * s, J) juda aniq aniqlashga qisqartiriladi:

Differensial kalorimetr, xususan, adiabatik muhit sharoitida, ayniqsa issiqlik miqdori juda kichik yoki juda sekin o'zgarishi kutilayotganda qo'llaniladi. Endotermik jarayonlarda bitta kalorimetrik idish bo'lishi kifoya. Issiqlik kirishi shunday boshqariladiki, idishdagi harorat har doim bir xil bo'lib qoladi (izotermik usul). Differensial kalorimetrlarning kamchiligi asbob-uskunalar va o'lchash asboblarining yuqori narxidir.

YONISH KALORIMETRLARI

Issiqlik-energetika ob'ektlarida ishlatiladigan yoqilg'i uning kaloriyali qiymatini H (J/kg) aniqlash uchun tekshiriladi. Ushbu ko'rsatkich samaradorlik omillarini aniqlash, turli xil qurilmalarda iste'mol qilinadigan energiya uchun samaradorlik va hisob-kitoblarni o'rganish, shuningdek, yonish jarayonini optimal nazorat qilish uchun kerak. Yonuvchan komponentlar tarkibidagi sezilarli tebranishlar ko'pincha kaloriya qiymatini doimiy ravishda aniqlashni talab qiladi.

Modda toʻliq yondirilganda maʼlum miqdorda issiqlik Q (yonish issiqligi) ajralib chiqadi. Agar biz uni m massasiga (yoki normal sharoitda Vn hajmga) bo'lsak, biz yonishning (o'ziga xos) issiqligini olamiz:

Yonish mahsulotlarining holatiga qarab, ikki turdagi issiqlik qiymati ajratiladi: yuqori H0 va past H, ular yonish issiqligi va issiqlik qiymati deb ham ataladi. Ni ning sof kalorifik qiymatini aniqlashda, davomida hosil bo'lgan suv kimyoviy reaksiyalar bug' holatida bo'lishi kerak. Har ikkala issiqlik orasidagi farq H0 - Ni kondensatsiyalangan suvning bug'lanish issiqligiga mos keladi (indeks KO - kondensat) r, bu 2,441 MJ / kg ga teng.

Qattiq va suyuq yoqilg'ilar uchun hosil bo'lgan suv miqdori elementar tahlil asosida, gazsimon yoqilg'ilarni yoqishda esa kondensat miqdorini o'lchash orqali aniqlanishi mumkin.

Sanoat pechlarida yonish mahsulotlarining harorati har doim suvning qaynash nuqtasidan oshib ketadi. Shuning uchun, odatda, faqat Ni sof kaloriyali qiymati qiziqish uyg'otadi, chunki suvning kondensatsiya issiqligidan foydalanish mumkin emas.

Qattiq va suyuqliklar uchun yonish kalorimetrlari

Tez yonish jarayonlari uchun suyuq kalorimetrning maxsus shakli ishlab chiqilgan - Berthelot kalorimetrik bombasi (3-rasm).

Rasm Kalorimetrik bomba qurilmasi.

Kichkina, aniq o'lchangan moddaning yonishi yopilgan bombada doimiy hajmda, mumkin bo'lgan eng toza kislorod atmosferasida ~30 atm (3 MPa) bosimda sodir bo'ladi. To'ldirilgan bomba kalorimetrning suyuq vannasiga joylashtiriladi, u yonishning bo'shatilgan issiqligini o'zlashtiradi.

Qattiq moddalar odatda kichik briketlarga (planshetlar) bosiladi va juda aniq tortiladi. Yomon yonayotgan moddalarni ma'lum yonish issiqligi (masalan, benzoy kislotasi) bilan yaxshi yonadigan suyuqliklar bilan aralashtirish tavsiya etiladi. Suyuq moddalar platina yoki kvartsdan tayyorlangan stakanlarga (qayiqlarga) yoki kichik plastik kapsulalarga joylashtiriladi. Bomba korpusiga mahkamlangan qopqoqda tadqiqot uchun zarur bo'lgan barcha qurilmalar mavjud: kislorod bilan ta'minlash va yonish mahsulotlarini olib tashlash uchun klapanlar, namuna ushlagichlari va elektr ateşleyici. Ateşleme elektr energiyasini yupqa platina simga etkazib berish orqali amalga oshiriladi. Olovni yoqish uchun beriladigan issiqlik aniq o'lchanishi kerak, shunda u tajriba natijalarini dekodlashda hisobga olinadi. Kalorimetrik bombada eng yuqori kaloriya qiymati H0 aniqlanadi. Tekshirish jarayonida Ck kalorimetrining termal ekvivalenti mos yozuvlar moddasini (masalan, benzoik kislota) yoqish yoki elektr isitish moslamasi yordamida aniqlanadi.

Gazsimon moddalar uchun yonish kalorimetri

Gazsimon muhitning yonish issiqligini aniqlash uchun turli usullar mavjud. Ularning barchasi, qattiq va suyuq moddalar uchun kalorimetrik bombadan farqli o'laroq, uzluksiz o'lchashga asoslangan. Amaldagi o'lchov printsipi juda oddiy. Sinov gazi doimiy bosim ostida yondirgichda doimiy yondiriladi. Yonish vaqtida ajralib chiqadigan barcha issiqlik issiqlik almashtirgichdagi sovutish muhitining oqimi (ho'l yoki issiqlik almashinadigan kalorimetr) yoki yonish mahsulotlarini havo oqimi bilan ma'lum oqim tezligida (quruq yoki aralash kalorimetr) aralashtirish orqali so'riladi. Odatda aniq kaloriya qiymati Hu ni aniqlang. Yalpi issiqlik qiymati H0 ni aniqlash uchun tutun gazlari tarkibidagi suv bug'ini (kod indeksi KO) kondensatsiya qilish kerak. Kalorimetrning kirish (indeks e) va chiqish (indeks a)dagi massa oqim tezligini va harorat farqini bilib, issiqlik balansi tenglamasi yordamida mos keladigan kaloriya qiymatini hisoblash mumkin.

Kerakli gaz tayyorlash asosan barcha gaz kalorimetrlarida bir xil. Yonishdan oldin gaz (indeks G) birinchi navbatda qattiq mexanik aralashmalardan (filtrda) tozalanadi va namlanadi (namlik bilan to'yinganligicha, 100%), so'ngra dastlabki bosim qiymatlariga (bosim pasaytiruvchi yordamida) keltiriladi. vana) va sovutish muhitining harorati (indeks K) . Yonish uchun zarur bo'lgan havo (indeks L) ham namlanadi va sovutish muhitining haroratiga keltiriladi.

Kerakli aniqlik va ruxsat etilgan asboblar xarajatlariga qarab, ushbu shartlarning ba'zilari bajarilmasligi mumkin. Kalorimetrning ideal holati uchun tenglamadan chetlanishni aniqlash uchun kalorimetrlarni mos yozuvlar gazi (masalan, vodorod) bilan tekshirish kerak. Issiqlik almashinadigan (ho'l) kalorimetr uchun yuqoridagi tenglama shaklga ega

bu erda va sovutish muhiti va yoqilg'ining massa oqimlari, kg / s; sk - sovutish muhitining o'ziga xos issiqlik quvvati, J / (kg * K); - sovutish muhiti haroratining oshishi, K.

Rasm Gazsimon yoqilg'i uchun nam (a) va quruq (b) kalorimetrlarning qurilmasi.

Haroratning ko'tarilishi odatda 5-15 K. Katta termal massa tufayli issiqlik uzatish kalorimetrlari juda uzoq vaqt doimiyligiga ega, bu bir necha daqiqagacha bo'lishi mumkin. Shuning uchun ular quruq (aralash) kalorimetrlarga qaraganda sensor sifatida yopiq boshqaruv zanjirida foydalanish uchun kamroq mos keladi, ularning vaqt doimiysi bir necha soniya. Boshqa tomondan, issiqlik almashinuvi kalorimetrlarining erishish mumkin bo'lgan aniqligi nisbatan yuqori. Ularning xatosi ±0,25-1% dan oshmaydi, shuning uchun ular laboratoriya ishi va tekshirish uchun ham ishlatilishi mumkin. Quruq kalorimetrlar (aralashtirish) o'lchov diapazonining yuqori chegarasining ± 1 dan ± 2% gacha xatosiga ega.

Turli ishlab chiqaruvchilarning kalorimetrlarining dizayn versiyalari, birinchi navbatda, yordamchi va xavfsizlik qurilmalarida, sezgir elementlarda va xatolarni qoplashni ta'minlaydigan hisoblash sxemalarida farqlanadi. Shunday qilib, issiqlik almashinadigan kalorimetrlarda gaz va sovutish muhitining oqim tezligining nisbati turli yo'llar bilan saqlanadi (yuqoridagi kalorimetr tenglamasiga qarang), buning natijasida yuqori kaloriya qiymati H0 to'g'ridan-to'g'ri faqat haroratning oshishiga bog'liq.

Quruq kalorimetrlarda haroratning ko'tarilishi to'g'ridan-to'g'ri elektr kontaktli termometrlar yordamida yoki bilvosita dilatometrik sensor - chiqindi gaz oqimida joylashgan kengayuvchi trubka yordamida o'lchanadi. ADOS kalorimetrida dilatometr trubasining termal cho'zilishi to'g'ridan-to'g'ri yonish issiqligiga mos keladi va ulanish va uzunlik o'lchagich yordamida har qanday signalga aylantirilishi mumkin. Reinecke kalorimetrida novda kengaytmasi sovutish havosining oqimini uning haroratining oshishi deyarli doimiy bo'lib qoladigan tarzda boshqaradigan boshqaruv pallasida o'lchash signali sifatida ishlatiladi. Bunday holda, boshqaruv halqasi mutlaqo proportsional bo'lib chiqadi, ammo unda ba'zi qoldiq og'ish muqarrar. Bunday holda, sovutish havosining iste'moli yoki dilatometrik trubaning (tayoqning) cho'zilishi belgilangan kaloriya qiymatining o'lchovidir. Barcha quruq kalorimetrlarda etarli aniqlikni olishning zaruriy sharti sovutish havosi va yonish mahsulotlarini yaxshi aralashtirishdir.

ISSIQLIK OQIMLARINI O'LCHALARI

Issiqlik energiya shakli sifatida uchta usulda uzatiladi: qattiq jism (issiqlik o'tkazuvchanligi), suyuq yoki gazsimon muhit (konveksiya) orqali va materiya ishtirokisiz (nurlanish). Texnologiyada barcha uch komponent deyarli har doim issiqlik uzatishda ishtirok etadi; ammo ko'p hollarda faqat bitta komponentni o'lchash orqali maqbul aniqlik natijalarini olish mumkin.

O'lchov issiqlik oqimi issiqlik o'tkazuvchanligi bilan

Issiqlik o'tkazuvchi devorlar orqali issiqlik uzatish texnologiyaning ko'plab sohalarida (har qanday turdagi issiqlik almashinuvchilari, issiqlik izolatsiyasi va boshqalar) katta ahamiyatga ega. Shu bilan birga, ishlab chiqarish miqdorini joriy nazorat qilish emas, balki yukni baholash, kafolatlangan ko'rsatkichlar va samaradorlikni tekshirish uchun foydalaniladigan yagona o'lchovlar natijalari qiziqish uyg'otadi.

Statsionar issiqlik o'tkazuvchanligi qonunlariga ko'ra, issiqlik oqimi quyidagi formulalar (J/s) bilan aniqlanadi:

Devorning issiqlik o'tkazuvchanligi [J / (m * s * K)] va uning geometrik o'lchamlari ma'lum bo'lganligi sababli, issiqlik oqimini o'lchash harorat farqini o'lchash uchun kamayadi. Biroq, bu usul sirt haroratini juda aniq aniqlashni talab qiladi. Haroratga sezgir elementlarni sirtlarga o'rnatishda issiqlik uzatish sharoitlarining o'zgarishi bilan bog'liq xatolar juda katta bo'lishi mumkin. Shuning uchun, aniqroq o'lchovlar uchun quyidagi usullar tavsiya etiladi, ularda issiqlik o'tkazuvchanligi va issiqlik uzatish bir vaqtning o'zida qo'llaniladi.

Issiqlik uzatishda issiqlik oqimlarini o'lchash (issiqlik o'tkazuvchanligi bilan birlashtirilgan issiqlik uzatish)

Oldingi bo'limda aytib o'tilgan tekis devor uchun quyidagi issiqlik uzatish qonuni (J / s) amal qiladi:

,

bu erda issiqlik uzatish koeffitsientida k 1J/(m2*s*K)] issiqlik uzatish koeffitsienti [J/Dm*s*K)] bilan birga issiqlik uzatish koeffitsientlari va [J/(m2*s*K) ] devorning har ikki tomoni ham hisobga olinadi.

O'lchangan issiqlik oqimi o'tadigan tekis devorga kichik yupqa plastinka qo'yiladi, uning sirt harorati o'rnatilgan yupqa plyonkali termojuftlar bilan belgilanadi. Bu tarzda o'lchashning afzalligi shundaki, devorning issiqlik xususiyatlarini bilish talab qilinmaydi va plastinkaning mos keladigan xususiyatlarini kalibrlash vaqtida bitta doimiy qiymatga kamaytirish mumkin. Bunday sezgir elementlarning o'lchami taxminan 30x30x0,5 mm; o'lchov diapazoni 10 dan 100 000 Vt / m2 gacha bo'lgan issiqlik oqimlarini qamrab oladi; xato 2-5% ni tashkil qiladi.

Shakl Issiqlik oqimi o'lchagichning ishlash printsipi.

Ushbu o'lchov usulini takomillashtirish bilan bir-biriga o'rnatilgan plastinka o'rniga kauchuk paspaslar qo'llaniladi. Ularni tekis bo'lmagan sirtlarga yopishtirish yoki egri sirt atrofiga o'rash orqali nisbatan katta maydonning yuzasidan, masalan, quvur, idish va boshqalardan issiqlik o'tkazuvchanligini aniqlash mumkin. gilamchani shunday qilib, ularning issiq va sovuq birikmalari bir-biriga qarama-qarshi joylashgan (6-rasm). Va bu holda, kalibrlash bo'yicha issiqlik oqimining zichligi harorat farqiga mutanosibdir. Biroq, qo'llaniladigan paspaslar dastlabki issiqlik uzatishni biroz buzadi, bu aniq o'lchovlar bilan sezilarli bo'ladi. Shuning uchun, bu o'lchash usuli, asosan, issiqlik oqimining buzilishi o'lchov natijasiga ta'sir qilmasa, moddaning termodinamik konstantalarini aniqlash uchun ishlatiladi.

Joriy muhitda issiqlik oqimlarini o'lchash.

Issiqlik energiyasining muhim qismi yopiq quvur liniyasi tarmog'ida harakatlanadigan suyuq yoki gazsimon muhit (suv, bug 'va boshqalar) orqali uzatiladi. Biroq, elektr energiyasini sim orqali uzatish bilan solishtirganda, issiqlik energiyasini uzatish mumkin bo'lgan masofa cheklangan. Isitish va sovutish tizimlarining barcha turlarini termotexnik tadqiqotlar o'tkazish uchun issiqlikning chiqishi va sarflanishini o'lchash kerak.

Issiqlik balansi tuzilgan ma'lum bir zonada A (m2) maydoni bo'lgan nazorat bo'limi orqali muhit - issiqlik tashuvchisi (kg / s) oqimi bilan uzatiladigan issiqlik oqimi F (J / s). jarayon zonasi, 7-rasm), ga teng

t2 - t1 vaqt oralig'ida chiqarilgan issiqlik miqdori integral (J) sifatida aniqlanadi:

bu erda issiqlik balansi zonasining kirish qismidagi (indeks e) va chiqishidagi (a indeksi) sovutish suyuqligining issiqlik tarkibidagi farq (entalpiyalar, J / kg).

Umumiy holda, entalpiya qiymati faqat ma'lum bir darajaga nisbatan qiziqish uyg'otadi, masalan, atrof-muhit haroratidagi entalpiya bilan, issiqlik oqimlarining barcha o'lchovlari asosan farq o'lchovlari hisoblanadi.

Umumiy tenglamaga kiritilgan individual entalpiyalarni mos keladigan haroratlar va o'ziga xos issiqlik sig'imlari bilan ifodalash mumkin;

Shunday qilib, issiqlik oqimini o'lchash to'g'ridan-to'g'ri harorat va massa oqim tezligini o'lchashga kamayadi. Ko'p hollarda sovutish suvining massasi emas, balki hajmli oqimi o'lchanadi; bu holda, olingan natija faqat sovutish suvi zichligi p qiymati bilan farq qiladi. Maxsus issiqlik sig'imlari, ci, o'zlari haroratning funktsiyalari. Biroq, ko'plab asboblarni o'lchashning tor diapazoni tufayli ular odatda aniqlikni yo'qotmasdan doimiy qiymatlar deb hisoblanishi mumkin. Maxsus issiqlik sig'imi ma'lum bo'lishi kerak. Suyuqliklar uchun issiqlik oqimi tenglamasi yanada soddalashtirilgan, chunki ularning o'ziga xos issiqlik sig'imlari bosimga bog'liq emas:

, J/s.

Ushbu turdagi barcha tenglamalarda issiqlikning berilishi yoki chiqarilishiga, jarayonning endotermik yoki ekzotermik bo'lishiga, sovutish yoki isitishning sodir bo'lishiga qarab miqdorlarning belgilarini hisobga olish kerak.