Proprietà dei materiali. Calore specifico

Lo studio dei fenomeni termici ha richiesto ai fisici di introdurre il concetto di calore specifico. Nonostante la sua volatilità e la dipendenza da molti fattori, questo valore rende più facile eseguire calcoli non solo nel corso degli esperimenti, ma anche nel processo di attività pratiche di produzione.

Il significato fisico del calore specifico, che nel sistema SI è misurato in joules per chilogrammo-kelvin, è la quantità di calore (energia termica) necessaria per una sostanza con una massa di un chilogrammo per cambiare la sua temperatura di un kelvin (grado).

Il valore del calore specifico è influenzato dalla temperatura effettiva della sostanza. L'acqua riscaldata a 20 ° C e fino a 60 ° C ha diversi valori di questo indice caratterizzante. Per le sostanze di base nel corso di studi sperimentali è stato calcolato il loro calore specifico. La formula è stata derivata per determinare la relazione tra diverse quantità. Un'espressione matematica combina diverse quantità fisiche. Il primo è il calore specifico che, per semplicità, viene considerato come un valore costante in condizioni standard. A volte viene calcolato per condizioni individuali, ad esempio per vapore acqueo (acqua riscaldata a una temperatura di 373 Kelvin o 100 ° C). Quindi segue il valore che determina la quantità di calore ricevuta (fornita) dalla sostanza quando viene riscaldata (raffreddata), la massa della sostanza riscaldata (raffreddata), la differenza di temperatura prima e dopo la fine del processo.

La capacità termica specifica è di grande importanza nella scelta di una certa sostanza come materiale da costruzione, da utilizzare in varie unità di refrigerazione o sistemi di riscaldamento. È stato da tempo notato che i materiali che hanno la stessa massa per il riscaldamento utilizzano una diversa quantità di energia termica. I rivestimenti in alluminio, ad esempio, ricevono lo stesso ingresso di calore dalla radiazione solare naturale, si riscaldano più velocemente e più velocemente della stessa lavorazione del legno o dell'intonaco convenzionale.

Considerando il calcestruzzo con un calore specifico di 1000 J / kg-K, si può concludere che il riscaldamento di un chilogrammo di questo materiale per una kelvin richiederà una quantità di energia di 1000 J. Il legno produce lo stesso effetto due volte il più calore della stessa massa di calcestruzzo gassato . Ciò influenza non solo il comfort microclimatico dei locali, ma anche i vari parametri dell'allungamento termico delle strutture.

L'interesse particolare per l'attuazione dei processi di scambio di calore è causato da acqua ordinaria. Sul suo esempio, è chiaro che l'indice di "calore specifico" di ogni sostanza è fortemente influenzato dal suo stato aggregato. Continuando l'esempio dell'acqua, viene mostrato un motivo interessante. A 0 ° C allo stato liquido, ha una capacità termica specifica di 4.218 e quando la temperatura viene sollevata a 40 ° C è già 4.178 kJ / (kg * K). Ma per il ghiaccio alla temperatura di 0 ° C, la capacità termica scende al livello di 2,11 kJ / (kg * K).

L'acqua è il liquido con il massimo calore specifico. Per il salto successivo di un grado, assorbe o dà via una grande quantità di calore di qualsiasi altra sostanza. È l'acqua che viene utilizzata in casi di necessità di fornire il trasferimento artificiale di calore.

Per comodità dei calcoli, la tabella di calore specifica, oltre al grafico con gli indici calcolati per un chilogrammo di massa, presenta una colonna aggiuntiva con espressioni di questa caratteristica per un litro (o dm3) della sostanza. Utilizzando i dati della tabella, gli ingegneri ei progettisti fanno la selezione dei materiali più ottimali per l'attuazione delle loro idee e idee. Con l'avvento di nuovi materiali con proprietà uniche, la gamma per la scelta si è ampliata notevolmente, ma anche le sostanze semplici e accessibili possono talvolta renderle degne della concorrenza.