Чем измеряется количество теплоты прибор
Измерение количества теплоты в физике: калориметр и единицы измерения
Содержание:
При рассмотрении движения тел сумма их кинетической и потенциальной энергий в замкнутой системе постоянна. Если она получает энергию извне или растрачивает её, например, на преодоление сопротивления (воздуха, трение), состояние движущегося тела изменяется. Чаще всего наблюдается его нагревание с выделением теплоты в окружающую среду. Рассмотрим, в чем измеряется количество теплоты в физике. Расскажем, кто первым выполнил эти замеры и как.
Нагревание предметов при совершении работы
Изменение энергетического состояния тел бесследно не протекает. Они нагреваются в области контакта: трения, ударения, деформации. Даже проволока греется в месте изгибания или удара по ней молотком. Иногда тела из цельных, вследствие выполнения работы, превращаются в мелкодисперсные: разбрызгивание воды, крошение мела о доску, размалывание зерна. Изредка вещество под действием механического усилия превращается из твёрдого в жидкое.
При выполнении работы, направленной на преодоление сил трения, когда тело измельчается, плавится, испаряется либо нагревается, его внутренняя энергия растёт. Если вещество конденсируется из пара или охлаждается – она снижается.
Люди этими знаниями владели на протяжении тысячелетий, но лишь в XIX английский физик Джеймс Джоуль смог определить разницу температуры тела до совершения им работы и после неё. Учёный изобрёл для этого незамысловатый прибор, названный его именем – прибор Джоуля.
Он опустил ось с лопастями в сосуд с водой. Между рядами лопастей установил перегородки, ударяясь о которые вода нагревалась. На ось намотал верёвку и пропустил её через блок. К концу привязал груз массой m и отпускал его. Тот падал с определённой высоты, заставляя ось с лопастями вращаться.
Слои воды тёрлись один о другой, взаимодействовали с лопастями, стенками и перегородками сосуда, нагреваясь. При изменении условий эксперимента: количество воды, размеры установки, вес груза, высота его падения, энергия для нагрева 1 кг жидкости на 1 К оставалась неизменной.
В каких единицах измеряют количество теплоты
Другие учёные проводили опыты с нагревом газа, трением металлических дисков друг о друга. Сравнить результаты было трудно, ведь использовались разные тела в различных условиях, но все они подтвердили закон сохранения энергии: внутренняя, кинетическая и потенциальная энергия замкнутых систем остаётся неизменной.
Многие знают, в чем измеряется тепло, применяемое для обогрева помещений – это гигакалория.
Для нагрева 1 грамма воды на один градус Цельсия нужна одна калория.
В чем же измеряется количество тепла в физике? Для описания тепловых процессов применяется единица энергии Джоуль, причём количество этой теплоты зависит от способа её измерения. Для последней цели применяется калориметр – это прибор для измерения поглощаемой или выделяемой телом тепловой энергии вследствие протекания физических, биологических, химических или комбинированных процессов. Ввёл в физику понятие французский учёный Лавуазье, работавший вместе с Лапласом в конце XVIII века.
Словари
См. также ФИЗИКА. В этой статье мы рассмотрим, как связаны между собой теплота и температура и каким образом измеряют эти величины. Предметом нашего обсуждения будут также следующие вопросы: передача теплоты от одной части тела к другой; перенос теплоты в вакууме (пространстве, не содержащем вещества); роль теплоты в современном мире.
ТЕПЛОТА И ТЕМПЕРАТУРА
Количество тепловой энергии в веществе нельзя определить, наблюдая за движением каждой его молекулы по отдельности.
Рис. 1. СОПРИКАСАЮЩИЕСЯ ТЕЛА A и B имеют одинаковую температуру; о таких телах говорят, что они находятся в тепловом равновесии друг с другом. Чтобы проверить, находятся ли в тепловом равновесии несоприкасающиеся тела, используют третье тело С, приводя его в соприкосновение с каждым из тел А и В и измеряя их температуру.
Рис. 2. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ
Другой прибор, действие которого основано
Локальную температуру измеряют обычно с помощью термопары, представляющей собой две проволочки из разнородных металлов, спаянные с одного конца (рис. 4,а). При нагревании такого спая на свободных концах проволочек возникает ЭДС, обычно составляющая несколько милливольт. Термопары делают из разных металлических пар: железа и константана, меди и константана, хромеля и алюмеля. Их термо-ЭДС практически линейно меняется с температурой в широком температурном диапазоне.
Измерение количества теплоты. Тепловую энергию (количество теплоты) тела можно измерить непосредственно с помощью так называемого калориметра; простой вариант такого прибора изображен на рис. 5. Это тщательно теплоизолированный закрытый сосуд, снабженный устройствами для измерения температуры внутри него и иногда заполняемый рабочей жидкостью с известными свойствами, например водой. Чтобы измерить количество теплоты в небольшом нагретом теле, его помещают в калориметр и ждут, когда система придет в тепловое равновесие. Количество теплоты, переданное калориметру (точнее, наполняющей его воде), определяют по повышению температуры воды.
Рис. 5. ВОДЯНОЙ КАЛОРИМЕТР с «бомбой» для измерения теплоты, выделяющейся в ходе химической реакции.
Источники теплоты. Основными источниками теплоты являются химические и ядерные реакции, а также различные процессы преобразования энергии. Примерами химических реакций с выделением теплоты являются горение и расщепление компонентов пищи. Почти вся теплота, получаемая Землей, обеспечивается ядерными реакциями, протекающими в недрах Солнца. Человечество научилось получать теплоту с помощью управляемых процессов деления ядер, а теперь пытается использовать с той же целью реакции термоядерного синтеза. В теплоту можно превращать и другие виды энергии, например механическую работу и электрическую энергию. Важно помнить, что тепловую энергию (как и любую другую) можно лишь преобразовать в другую форму, но нельзя ни получить «из ничего», ни уничтожить. Это один из основных принципов науки, называемой термодинамикой.
Молекулярно-кинетическая теория. Молекулярно-кинетическая теория объясняет макроскопические свойства вещества, рассматривая на микроскопическом уровне поведение атомов и молекул, составляющих это вещество. При этом используется статистический подход и делаются некоторые предположения относительно самих частиц и характера их движения. Так, молекулы считаются твердыми шариками, которые в газовых средах находятся в непрерывном хаотическом движении и пробегают значительные расстояния от одного столкновения до другого. Столкновения считаются упругими и происходят между частицами, размер которых мал, а число очень велико. Ни один из реальных газов не соответствует в точности этой модели, однако большинство газов достаточно близки к ней, чем и обусловлена практическая ценность молекулярно-кинетической теории. Исходя из этих представлений и используя статистический подход, Максвелл вывел распределение скоростей молекул газа в ограниченном объеме, названное впоследствии его именем. Это распределение представлено графически на рис. 7 для некой заданной массы водорода при температурах 100 и 1000° C. По оси ординат откладывается число молекул, движущихся со скоростью, указанной на оси абсцисс. Полное число частиц равно площади под каждой кривой и в обоих случаях одинаково. Из графика видно, что большинство частиц имеет скорости, близкие к некоторому среднему значению, и лишь малое их число обладает весьма высокими или низкими скоростями. Средние скорости при указанных температурах лежат в интервале 2000-3000 м/с, т.е. очень велики.
Теплопроводность. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью; при достаточно высоких температурах в твердых телах его можно наблюдать визуально. Так, при нагревании стального стержня с одного конца в пламени газовой горелки тепловая энергия передается по стержню, и на некоторое расстояние от нагреваемого конца распространяется свечение (с удалением от места нагрева все менее интенсивное). Интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности зависит от градиента температуры, т.е. отношения DТ/Dx разности температур на концах стержня к расстоянию между ними. Она зависит также от площади поперечного сечения стержня (в м2) и коэффициента теплопроводности материала [[в соответствующих единицах Вт/(м*К)]]. Соотношение между этими величинами было выведено французским математиком Ж.Фурье и имеет следующий вид:
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ
Вещества и материалы Теплопроводность, Вт/(м? К)
Прибор для измерения количества теплоты
Последняя бука буква «р»
Ответ на вопрос «Прибор для измерения количества теплоты «, 10 (десять) букв:
калориметр
Альтернативные вопросы в кроссвордах для слова калориметр
Определение слова калориметр в словарях
Примеры употребления слова калориметр в литературе.
При свете раннего солнца город был похож на огромный ящик с сокровищами, обитый черным и серым бархатом пепелищ и наполненный миллионами сверкающих драгоценных камней: осколками аккумуляторов, амперметров, анализаторов, батарей, библиотечных автоматов, бутылок, банкнотов, бобин, вентиляторов, генераторов, громкоговорителей, динамо-машин, динамометров, детекторов, калориметров, конденсаторов, копилок, консервных автоматов, вакуумных установок, изоляторов, ламп, магнето, массспектрометров, масштабных линеек, машин по учету личного состава, моек для посуды, мотогенераторов, моторов, механических уборщиков, осциллографов, очистителей, записывающих устройств, напильников, колосников, обогревателей, панелей управления, понижающих трансформаторов, прерывателей, преобразователей, приводных ремней, потенциометров, пылеулавливателей, резцов, распылителей, регуляторов частоты, радиоприемников, реакторов, реле, реостатов, рентгеновских установок, сварочных аппаратов, счетных машин, счетчиков Гейгера, светофоров, сопротив
Вот от этой печки, а отнюдь не от прусского калориметра прошлого века и нужно плясать!
Приборов тоже хватает: микроскопы, калориметр ФЭК, инфракрасный спектрометр ИКС-14, установка для люминесцентного анализа, электрические микровесы, муфельные печи, вакуумный насос, рефрактометры, всевозможные мостики, тонкая электроизмерительная аппаратура.
Источник: библиотека Максима Мошкова
Единицы теплоты
“…- Сколько попугаев в тебе поместится, такой у тебя рост.
– Очень надо! Я не стану глотать столько попугаев!…”
В соответствии с международными правилами СИ (международная система единиц измерения) количество тепловой энергии или количество тепла измеряется в Джоулях [Дж], также существуют кратные единицы килоДжоуль [кДж] = 1000 Дж., МегаДжоуль [МДж] = 1 000 000 Дж, ГигаДжоуль [ГДж] = 1 000 000 000 Дж. и пр. Эта единица измерения тепловой энергии является основной международной единицей и наиболее часто используется при проведении научных и научно-технических расчётов.
Однако, все из нас знают или хотя бы раз слышали и другую единицу измерения количества теплоты (или просто тепла) это калория, а также килокалория, Мегакалория и Гигакалория, что означают приставки кило, Гига и Мега, смотреть пример с Джоулями выше. В нашей стране исторически сложилось так, что при расчёте тарифов за отопление, будь то отопление электроэнергией, газовыми или пеллетными котлами принято считать стоимость именно одной Гигакалории тепловой энергии.
Так что же такое Гигакалория, килоВатт, килоВатт*час или килоВатт/час и Джоули и как они связаны между собой?, вы узнаете в этой статье.
Итак, основная единица тепловой энергии это, как уже было сказано, Джоуль. Но прежде чем говорить об единицах измерения необходимо в принципе на бытовом уровне разъяснить что такое тепловая энергия и как и для чего её измерять.
Всем нам с детства известно, чтобы согреться (получить тепловую энергию) нужно что-то поджечь, поэтому все мы жгли костры, традиционное топливо для костра – это дрова. Таким образом, очевидно, при горении топлива (любого: дрова, уголь, пеллеты, природный газ, солярка) выделяется тепловая энергия (тепло). Но, чтобы нагреть, к примеру, различные объёмы воды требуется разное количество дров (или иного топлива). Ясно, что для нагрева двух литров воды достаточно нескольких пален в костре, а чтобы приготовить полведра супа на весь лагерь, нужно запастись несколькими вязанками дров. Чтобы не измерять такие строгие технические величины, как количество теплоты и теплота сгорания топлива вязанками дров и вёдрами с супом, теплотехники решили внести ясность и порядок и договорились выдумать единицу количества теплоты. Чтобы эта единица была везде одинаковая её определили так: для нагрева одного килограмма воды на один градус при нормальных условиях (атмосферном давлении) требуется 4 190 калорий, или 4,19 килокалории, следовательно, чтобы нагреть один грамм воды будет достаточно в тысячу раз меньше теплоты – 4,19 калории.
Калория связана с международной единицей тепловой энергии – Джоулем следующим соотношением:
1 калория = 4,19 Джоуля.
Таким образом, для нагрева 1 грамма воды на один градус потребуется 4,19 Джоуля тепловой энергии, а для нагрева одного килограмма воды 4 190 Джоулей тепла.
В технике, наряду с единицей измерения тепловой (и всякой другой) энергии существует единица мощности и, в соответствии с международной системой (СИ) это Ватт. Понятие мощности также применимо и к нагревательным приборам. Если нагревательный прибор способен отдать за 1 секунду 1 Джоуль тепловой энергии, то его мощность равна 1 Ватт. Мощность, это способность прибора производить (создавать) определённое количество энергии (в нашем случае тепловой энергии) в единицу времени. Вернёмся к нашему примеру с водой, чтобы нагреть один килограмм (или один литр, в случае с водой килограмм равен литру) воды на один градус Цельсия (или Кельвина, без разницы) нам потребуется мощность 1 килокалория или 4 190 Дж. тепловой энергии. Чтобы нагреть один килограмм воды за 1 секунду времени на 1 грдус нам нужен прибор следующей мощности:
4190 Дж./1 с. = 4 190 Вт. или 4,19 кВт.
Если мы хотим нагреть наш килограмм воды на 25 градусов за ту же секунду, то нам потребуется мощность в двадцать пять раз больше т.е.
Таким образом, можно сделать вывод, что пеллетный котёл мощностью 104,75 кВт. нагревает 1 литр воды на 25 градусов за одну секунду.
Раз мы добрались до Ватт и килоВатт, следует и о них словечко замолвить. Как уже было сказано Ватт – это единица мощности, в том числе и тепловой мощности котла, но ведь кроме пеллетных котлов и газовых котлов человечеству знакомы и электрокотлы, мощность которых измеряется, разумеется, в тех же килоВаттах и потребляют они не пеллеты и не газ, а электроэнергию, количество которой измеряется в килоВатт часах. Правильное написание единицы энергии килоВатт*час (именно, килоВатт умножить на час, а не разделить), запись кВт/час – является ошибкой!
Преобразуем килоВатты в килоДжоули/секунды (килоДжоуль в секунду), а часы в секунды: в одном часе 3 600 секунд, получим:
1 кВт*час =[ 1 кДж/с]*3600 c.=1 000 Дж *3600 с = 3 600 000 Джоулей или 3,6 МДж.
В свою очередь, 3,6 МДж/4,19 = 0,859 Мкал = 859 ккал = 859 000 кал. Энергии (тепловой).
Теперь перейдём к Гигакалории, цену которой на различных видах топлива любят считать теплотехники.
1 Гкал = 1 000 000 000 кал.
1 000 000 000 кал. = 4,19*1 000 000 000 = 4 190 000 000 Дж.= 4 190 МДж. = 4,19 ГДж.
Или зная, что 1 кВт*час = 3,6 МДж пересчитаем 1 Гигакалорию на килоВатт*часы:
1 Гкал = 4190 МДж/3,6 МДж = 1 163 кВт*часов!
Почему в расчетах тепла используются Гкал и кВт
По сути, нет никаких проблем, связанных с тем, в каких единицах измерения рассчитывать потребленное тепло, однако для рядового потребителя не все так однозначно. Сложности возникают только из-за того, что оплачивать расход тепловой энергии необходимо в Гкал, но при этом у многих пользователей установлены приборы учета, выдающие измерения в кВт. Соответственно, необходимо все правильно перевести из одной единицы измерения в другую, то есть, по сути, это проблема математического толка, но при этом многие потребители задаются вопросом: из-за чего возникают такие сложности и как их избежать.
Что такое гигакалория или как рассчитать тепловую энергию
Сразу нужно обратить внимание, что именно такая единица измерения как «калория» (кал или cal) широко используется для расчетов объемов потребления энергии, в том числе и тепловой. Калория является специальной или внесистемной единицей измерения, которая приравнивается к 4,19 Дж. Именно столько энергии используется для нагрева всего 1 г воды на 1 ° C при нормальном атмосферном давлении. Использование такой величины позволяет легко производить расчеты теплосодержания воды, поставляемой на различные объекты коммунального или промышленного назначения. А учитывая тот факт, что тепло в дома и квартиры, чаще всего, попадает при помощи жидкого теплоносителя, в роли которого за редким исключением традиционно выступает вода, то именно учет в Гкал стал наиболее оптимальным вариантом.
ЗАКАЗАТЬ УСЛУГУ У АККРЕДИТОВАННЫХ КОМПАНИЙ
Следует обратить внимание и на то, что в основном в качестве единицы измерения в квитанциях за отопление используются Гкал, хотя могут применяться и Гкал/час. В первом случае указывается реальная величина тепловой энергии, потребленной за определенный период, чаще всего – за месяц. Во втором случае используется иной способ расчета, а именно – указывается количество потребляемого тепла за 1 час. А для того чтобы правильно заполнить квитанцию и произвести оплату за месяц, эту величину нужно умножить на 24ч и на количество дней.
Надо отметить и тот факт, что такая единица измерения, как Гкал применяется не только для расчета полученной тепловой энергии, эта величина также привязывается и к топливу, которое используется для производства тепловой энергии. То есть показывает то количество тепла, которое можно получить при использовании 1 м 3 того или иного вида топлива. Естественно, этот параметр для дров, природного газа или жидкого топлива будет разным.
Особенности учет тепловой мощности
Как правило, при строительстве зданий различного назначения, все теплотехнические расчеты производятся в Гкал и основная причина этого – приближенность получаемых данных к реальной ситуации и возможность получения достоверных данных, которые будут максимально достоверны как для крупного промышленного объекта, так и для небольшого здания. То есть, с использованием данной единицы измерения можно правильно и точно рассчитать количество необходимой тепловой энергии, достаточной для того, чтобы создать оптимальный температурный режим в помещении.
Но при этом, рассчитывая необходимое количество тепловой энергии, важно понимать, что ее получение будет обеспечиваться за счет работы отопительного оборудования. А технические возможности оборудования определяются как мощность и измеряются в кВт. Таким образом, появляется необходимость в переводе одной величины в другую, то есть надо выбрать котел или другое теплогенерирующее оборудование, мощности которого хватит для производства нужного количества тепловой энергии, измерение которой производится в Гкал.
Также следует обратить внимание и на то, что необходимость в переводе кВт в Гкал появляется и в том случае, если используются счетчики тепла, учет потребления в которых ведется именно в кВт, то есть, по сути, определяются мощностные характеристики теплоносителя, прокачиваемого через систему отопления. Хотя нужно обратить внимание на то, что многие теплосчетчики, особенно отечественного производства, адаптированы к российской системе учета и показывают именно потребление тепловой энергии, то есть ведут учет в Гкал. В этом случае потребителю не надо заниматься дополнительными вычислениями, но в остальных – нужно знать, как перевести значения, полученные в кВт в Гкал.
Как правильно перевести Гкал в кВт и наоборот
Сразу нужно сказать, что для современного человека вопрос перевода величин не представляет особой проблемы, так как легко и просто можно воспользоваться онлайн-счетчиками, которые, как отдельная опция, прикручены на многих сайтах тематической направленности. Однако все же каждому потребителю следует научиться производить расчеты самостоятельно, так как это позволяет точно контролировать свой учет и потребление тепловой энергии в доме или на ином объекте. Тем более что лезть в математические дебри не потребуется, хотя и вполне допустимо: для точных расчетов предназначены специальные формулы, в которых учитываются все факторы, влияющие на теплопотребление. Но это больше относится к сфере проектирования систем отопления, а для того, чтобы правильно рассчитать сумму, которую необходимо выделить для оплаты коммунальных услуг, достаточно знания лишь нескольких числовых значений и коэффициентов.
Для начала следует знать, что 1 Гкал – это 1162,2кВт, соответственно 1 кВт будет равен 0,00086 Гкал/ч. Таким образом, если счетчик тепла показывает расход в кВт, то узнать количество полученных Гкал совсем просто – нужно просто умножить полученные данные на коэффициент 0,00086. Например, если потребление тепла за месяц составило 300 кВт, то оплатить нужно будет за 0,258 Гкал.
В том случае если требуется произвести перевод гигакалорий в кВт, то первое значение следует, соответственно, умножить на 1162,2. Например, если получено 0,400 Гкал, то это значение будет равно 464,88 кВт.
Таким образом, если в доме или квартире установлены приборы учета, значения которых не совпадают с теми, которые используются при расчетах за тепло, то знание всего двух постоянных величин позволяет легко справиться с заполнением платежного документа и оплатой за потребленный ресурс.
Если в многоквартирном доме установлен общедомовой теплосчетчик, то такой проблемы нет, так как необходимыми вычислениями занимается управляющая компания, которая и производит начисления в соответствии с полученными данными и распределяет их между владельцами помещений пропорционально их площади. При этом оплата производится не только за тепло, поступающее в каждую отдельную квартиру, но и за помещения общего пользования: коридоры, лестничные площадки и различные подсобки. Справедливости ради нужно отметить, что и владельцы индивидуальных приборов учета тоже должны оплачивать отопление мест общего пользования.
Поэтому, независимо от того, в каких единицах измеряется количество поступающего тепла в дом, оплата производится за всю тепловую энергию, то есть за каждую гигакалорию. В частных домах и на объектах с индивидуальными системами отопления может использоваться иной способ учета и оплаты за полученное тепло и, чаще всего, единицей измерения выступает количество израсходованного топлива.