Теплота единицы измерения — Справочник химика 21

    Количество теплоты, подводимой (или отводимой) к произвольной массе вещества, обозначают Qt, а удельное количество теплоты, отнесенное к единице массы вещества, — (/. Теплоту в системе СИ измеряют в джоулях (Дж), килоджоулях (кДж) допускаются и такие единицы измерения, как калория и килокалория (ккал). [c.25]

    Теплота испарения численно равна теплоте конденсации. Единица измерения теплоты испарения в СИ —Дж/кг наиболее часто применяемые кратные единицы — кДж/кг, МДж/кг. Для химически чистых индивидуальных углеводородов теплота испарения известна и приводится в литературе. В Приложении 19 дана теплота испарения некоторых углеводородов. Поскольку нефтяная фракция представляет собой смесь углеводородов и поэтому выкипает не при строго определенной температуре, а в некотором интервале температур, тепло затрачивается не только на испарение, но и на повыщение температуры смеси. [c. 32]

    Единицами измерения количества теплоты служат джоуль и калория (ГОСТ 8550—57). В практике расчетов необходимо различать малые калории (кал) и большие калории, или килокалории (ккал). Одна малая калория представляет собой количество тепла, которое необходимо для нагревания 1 г, а ккал — 1 кг воды на 1 (с 19,5 до 20,5° С) при нормальном атмосферном давлении. [c.21]

    В данной книге в качестве единицы измерения теплоты используется только джоуль, однако следует знать и о калории, поскольку в старой литературе повсеместно используется именно калория. Калория приблизительно вчетверо больше джоуля 1 кал = 4,184 Дж. Теплоты реакций для молярных количеств веществ обычно имеют порядок килоджоулей (кДж) или килокалорий (ккал) 1 кДж = 1000 Дж и 1 ккал = 1000 кал. [c.89]

    Необходимо условиться относительно единицы измерения количества теплоты. В настоящее время за единицу количества теплоты принят джоуль, который равен работе, производимой силой в 1 ньютон при перемещении точки ее приложения на 1 -метр по направлению этой силы. С другой стороны, джоуль можно охарактеризовать как работу, совершаемую электрическим током мощностью в 1 ватт в течение 1 с. Наконец, следует отметить, еще одно определение джоуля, связанное непосредственно с представлением о количестве теплоты. Джоуль — это такое количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1/4,186 г воды на ГС в интервале температур от 14,65 до 15,65°С. Последнее определение иллюстрирует взаимосвязь джоуля с калорией, которая в настоящее время для определения количества теплоты не рекомендуется. Следовательно, единицей теплоемкости для принятой единицы количества вещества является Дж/К. [c.29]

    Вода — самое распространенное на Земле соединение она составляет в основном всю гидросферу, входит в состав минералов и гарных пород, находится в растениях и животных, составляя от 50 до 99% их веса, присутствует в почве и атмосфере. Вода имеет очень важное значение в разнообразных процессах и явлениях живой и неживой природы и в практической деятельности человека. Она является наиболее изученным соединением некоторые из ее свойств использованы в качестве основы при определении единиц измерения таких физических величин, как масса, плотность, температура, теплота и теплоемкость. [c.321]

    Джоуль является очень удобной единицей измерения теплоты, так как с его помощью легко понять связь между теплотой, работой-и энергией. До введения системы СИ в химии было принято пользоваться в качестве единицы измерения теплоты калорией. Одна калория (кал) определяется как количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 г чистой воды на 1″С (точнее от 14,5 до 15,5″»С). Это определение основано на измерениях теплоты и непосредственно не связано с работой. Дело в том, что калория была введена в XIX столетии, когда еще не было известно, что теплота и работа являются различными формами энергии. [c.88]

    Единицами измерения интегральной теплоты адсорбции в соответствии с уравнением (IV, 26) являются кал/г (адсорбента).  [c.106]

    Теперь необходимо рассмотреть, какие виды подобия, кроме геометрического, встречаются в системах, используемых в химической технологии. В гл. 6 подробно рассматривались уравнения, описываюш ие элемент процесса, причем было получено три уравнения для потока компонента, теплоты (энтальпии) и импульса (количества движения). Каждое такое уравнение имело пять составляющих I — для конвективного потока II — для основного потока III — для переходящего потока IV — для источников V — для локальных изменений. В случае стационарных установившихся систем составляющая V равна нулю. В дальнейшем ограничимся рассмотрением только тех систем, в которых принимаются во внимание лишь четыре составляющие (с I по IV). Полученные в предыдущей главе уравнения (6-49) и (6-50) размерно однородны. Это значит, что размерности всех членов этих уравнений одинаковы и принадлежат к одной системе единиц измерения. Если мы рассмотрим не отдельные составляющие указанных уравнений, а их значения, отнесенные к какой-либо одной выбранной составляющей, то получим аналогичные (7-5) безразмерные величины, которые будут представлять собой отношения нескольких параметров.  [c.78]

    Традиционной единицей измерения теплоты, работы и энергии является калория, которая вводится эмпирически как количество теплоты, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на один градус Кельвина (в системе СИ просто на 1 кельвин). Хотя, согласно термодинамике, теплота, энергия и работа эквивалентные величины, единица их измерения-калория-не связана очевидным образом с массой и ускорением. Такой выбор единиц затрудняет понимание физической связи между ними. Джоуль как единица измерения теплоты гораздо удобнее в том отношении, что позволяет видеть связь между теплотой, работой и энергией уже по самому своему определению. Хотя большая часть термодинамической литературы основана на использовании калории, логическая простота определения джоуля должна в конце концов обеспечить его повсеместное использование, подобно тому как литр и метр вытеснили галлон и ярд в большинстве передовых стран мира. [c.443]

    Специалистами периодически высказываются мнения о снижении объемов нефтепереработки из-за ограниченности мировых сырьевых ресурсов, но жизнь постоянно вносит коррективы в данные специалистов о запасах нефти. Например, в начале века полагали, что запасы нефти составляют 190 млн. т. Мировые ресурсы нефти по современным данным различных исследований составляют 196-200 млрд. т условного топлива (у. т.). Условное топливо используется в мировой энергетике для сопоставления эффективности различных видов топлив и исчисляется в единицах топлива, имеющего на 1 кг теплоту сгорания 29,3 МДж. Несмотря на развитие атомной энергетики, в период до 2020 г. вклад нефти в энергетический баланс сократится с 40 до 38%, но нефть останется основным энергоносителем в мире. В мировой нефтяной экономике за единицу измерения объема нефти принят 1 баррель (159 л). Предполагается, что к 2020 г. объем мирового потребления нефти составит 110 млн. баррелей в сутки, что на 35 млн. баррелей выше нынешнего уровня. [c.14]

    Единицей измерения количества теплоты, внутренней энергии, работы и других энергетических величин в системе СИ является Дж или Дж/моль.  [c.19]

    Иными словами, дифференциальной теплотой адсорбции называется тепло, выделившееся при дополнительной адсорбции малого количества адсорбтива и пересчитанное на 1 его моль. Единицами измерения дифференциальной теплоты адсорбции в соответствии с уравнением (IV,27) являются кал/моль (адсорбтива). [c.107]

    Этот переход происходит в строго эквивалентной (равной) мере, хотя исторически сложилось так, что каждой форме энергии соответствуют свои единицы измерения. В настоящее время за общую единицу энергии принят джоуль. В этих единицах измеряется также работа теплоту чаще принято измерять в калориях. [c.13]

    Выясним физический смысл коэффициентов в выражении (П.36). Здесь 1т — количество теплоты, которое необходимо сообщить системе для поддержания ее при постоянной температуре ири увеличении объема на единицу измерения в отсутствие химических реакций. Таким образом, 1т является теплотой изотермического расширения системы (скрытая теплота расширения).  [c.38]

    Для перевода теплоты испарения в более привычные единицы измерения калории — умножаем на 24,2, получая [c.102]

    Количество выделенной (или поглощенной) теплоты называют тепловым эффектом процесса . Чтобы этой величине придать полную определенность, надо условиться об ее знаке, выбрать единицы измерения, установить, к какому количеству вещества ее следует относить, и выбрать режим протекания процесса. Примем положительным тепловой эффект эндотермических процессов условимся выражать его в килокалориях (ккал). [c.9]

    Следует отметить, что в системах тепловых единиц СИ, МКС °К МКС °С единицей измерения количества теплоты является джоуль, а не калория между этими единицами узаконено следующее соотношение 1 межд. кал=4,1868 дж 1 межд. кк гл= 1/859,845 абс. квт. ч. Аналогично и единицей измерения теплового потока служит ватт, вместо калории в секунду. [c.578]

    В зависимости от используемой единицы измерения количества испаренного вещества теплота испарения может быть массовой, мольной и объемной. В расчетах нефтеперерабатывающей аппаратуры чаще применяют массовую и мольную теплоты иопарения. [c.70]

    Для того чтобы значения выражались числами первого порядка, принято массу влаги топлива исчислять не в кг/кг, а в процентах, что приводит к увеличению единицы измерения в 100 раз. Затем принято массу влаги топлива относить не к одной килокалории теплоты сгорания топлива, а к 1000 ккал, что в свою очередь приводит к увеличению единицы измерения в 1000 раз. Таким образом, единица измерений величины суммарно увеличивается в 100 000 раз. Для приведенного выше примера она будет равна 2. В соответствии с этим единица измерений приведенной влажности часто определяется так  [c.15]

    Справочник У. Д. Верятина и др. Термодинамические свойства неорганических веществ под редакцией А. П. Зефирова содержит для большого числа веществ значения теплот образования (АЯ , 293), энтропии (Згэз), параметров фазовых переходов, коэффициентов уравнений, выражающих температурную зависимость теплоемкости, давления насыщенного пара и изменения энергии Гиббса при реакциях образования (АСг . г), а также термодинамические свойства металлических сплавов. Данные приведены из разных источников. Наряду с этим приводятся характеристики кристаллической структуры веществ. Все величины, зависящие от единиц измерения энергии, выражены параллельно через джоули и термохимические калории.  [c.76]

    Перейдем к выбору единицы измерения приведенных массовых характеристик топлива в системе СИ, когда масса, выраженная в процентах (числитель), остается неизменной, а теплота сгорания (знаменатель) выражается в кДж/кг, т. е. возрастает в 4,19 раза. За счет этого приведенные характеристики численно уменьшаются в 4,19 раза. Это влечет за собой необходимость второго масштаба для классификации топлив, расчетных коэффициентов и табличных данных как для массовых, так и для объемных приведенных величин. Видоизменяются расчетные формулы. Нередко возникают путаница и ошибки. Усложняются расчеты, так как указание самих единиц измерений становится необходимым. Вместо обозначения приведенных характеристик целыми величинами, что удобно, появляются дробные. Например, приведенная влажность большинства твердых энергетических топлив, выраженная в кг-10 ккал, укладывается в пределы а в кг-Ю кДж  [c.16]

    Приведенные объемы в отличие от приведенных массовых характеристик относятся не к 100 000 ккал, а к 1000 ккал теплоты сгорания топлива. Отнесение объема (м ) не к 1 ккал, а к 1000 ккал означает, что единица увеличена в 10 раз по сравнению с м ккал. Действительно, на 1000 ккал теплоты сгорания топлива потребуется объем воздуха (продуктов сгорания) в 10 раз больший, чем на 1 ккал. Когда удельный объем (м /кг), определенный по составу топлива, делится на QPн, кДж/кг, и, следовательно, уменьшается в 4,19 раза по сравнению с делением на QPн, ккал/кг, то увеличение единицы величины происходит уже в 4,19-10 раз. Таким образом численные значения приведенных объемов остаются теми же и не зависят от системы единиц измерений. Так, приведенные объемы, когда величина рРд дана в ккал/кг, составляют [c.18]

    Единица измерения теплоты, равная тысяче (малых) калорий. Испол1.зуется при оценке калорийности пищи [c.545]

    Внд топлива или энергии Единица измерения на коммерческом рынке Удельная низшая теплота сгорания, МДж/еднницу Выход. полезного тепла 2, кВт-ч [c.56]

    Разумеется, равенство А и Q соблюдается при условии, что теплота и работа выражены в одних и тех же единицах измерения. Межг дународной системой (СИ) предусмотрено использование именно такой, общей для всех форм энергии, единицы — джоуля (Дж). [c.28]

    В.— одно из важнейших и наиболее полно изученное соединение. Некоторые из свойств В. положены в основу определения единиц измерения фундаментальных физических величин массы, плотности, температуры, теплоты и уде гьной теплоемкости. По ряду физических свойств В. обнаруживает аномалии, например, по летучести соединений водорода с элементами подгруппы кислорода, по изменению плотности при увеличении температуры, зависимости вязкости от давления и теплопроводности от температуры. Эти аномалии В. обусловлены наличием водородных связей. Они играют важную роль в природе. [c.55]

    Относительно постоянной в этом уравнении Клапейрон ие смог сказать ничего определенного, поскольку в то время еще не была ясна эквивалентность теплоты и работы и для них использовали различные единицы. Впоследствии Клаузиус показал, что в величину onst входят механический эквивалент теплоты и абсолютная температура, и при правильном выборе единиц измерения оно может быть записано в виде (II.13). [c.57]

    Определяющей характеристикой топлива в системе обобщенных методов расчета является приведенная влажность Если эту величину представлять как отношение массы влаги, содержащейся э 1 кг топлива (т. е. 0,01 кг/кг), к теплоте сгорания (кДж или ккал), то единицей измерения, приведенной влажности будет кг/кДж (или кг/ккал). Однако при такой единице измерения величина 147 выражалась бы стотысячными долями единицы, что неудобно. Так, например, при рабочей влажности р=107о и теплоте сгорания QPн=5000 ккал/кг приведенная влажность составила бы 0,01 W Q я=0,00002 кг/ккал, или 2-10 кг/ккал. В системе СИ такая единица измерений была бы еще в 4,19 раза меньше. [c.15]

    В системе единиц СИ единицей энергии (теплота, работа) является джоуль (Дж), равный работе силы в 1 ньютон (Н) на пути в 1 м, 1 Дж=1 Н-1 м. Другая важная единица измерения энергии— электронвольт/моль. Один эВ/моль равен энергии, приобретаемой Л/ элементарными электрическими зарядами (Л/д — постоянная Авогадро, е —заряд электрона) при л-охождении через поле с разностью потении алов 1В 1 эВ = 9б 487 Дж. [c.40]

    В таблице приведены тепловые единицы измерения рекомендованной ГОСТом 8559 57 системы МКС °К(МКС °С), отвечаюшие ана.логичным единицам системы СИ. В систему включена дополнительная основная единица измерения — градус абсолютной термодинамической шкалы (градус стоградусной термодинамической шкалы). Для ее установления используется второе начало термодинамики, (количество теплоты, переданное телом холодильнику, зависит только от абсолютных температур тела и холодильника).  [c.578]

    Комплекс Bi УРо=а /т/е включает коэффициент тепловой активности тела е = / ЯтРт т> который называют также коэффициентом аккумуляции теплоты единица его измерения — Дж/(м -с -К). Функция erf и равна erf и=1—erf и, где erf и — интеграл вероятностей [2.23]. Представленное решение справедливо для случая иагрева полуограниченного массива или его охлаждення, ио нри отсчете температуры от уровня начального значения [c.52]

    Интегральная теплота растворения полимера может быть измерена калориметрическим методом. Это достигается смешением па-вески полимера с определенным количеством низкомолекулярного компонента, находящегося в калориметрическом сосуде. При соприкосновении с растворителем по-лил1ер набухает, а затем растворяется. Процесс в целом, даже при очень малых навесках полиме-а, Продолжается от 20 до шн. Основная трудность этого метода зак.лю-чается в том, что в единицу Времени выделяется Или поглощается очепь небольшое количество теплоты. Подобные измерения требуют точных приборов и искусства экспериментатора. Применять большие навески полимеров Практически невозможно, так как, во-первых, значительно увеличивается вязкость образующихся растворов, что затрудняет их перемешивание, а во-вторых, очень возрастает время тепловой реакции. Поэтому в большинстве исследований определяют интегральную теплоту образования растворов, в которых весовая доля полимера не превышает 0,1. [c.361]

Единицы измерения температуры и количества тепла

Основной единицей измерения температуры был градус Международной температурной шкалы, практически соответствующий градусу Цельсия. Эта величина равна 1/100 температурного интервала между 0 и 100 °С, т. е. между температурами плавления льда и кипения воды при давлении 760 мм рт. ст.

Абсолютной температурой называется температура, отсчитываемая от абсолютного нуля, т. е. от –273,16 °С, и измеряемая в градусах Кельвина (°К).

Градус Кельвина по величине не отличается от градуса Цельсия. Поэтому абсолютная температура выражается в градусах стоградусной шкалы следующим образом:

Т, °К = t, °С + 273,16

В системе СИ единицей измерения температуры установлен градус Кельвина.

Допускается для выражения практических результатов измерений температуры применение градуса Цельсия наряду с градусом Кельвина, в зависимости от начала отсчета (положения нуля) по шкале.

Пример: 250±5 °С = 523,16±5 °К.

В системе СИ работа, энергия и количество теплоты измеряются в джоулях (Дж). Иногда применяют более крупную и удобную для практических целей единицу — килоджоуль (кДж), равный 1000 Дж. За единицу работы в СИ принимают работу, совершаемую силой в 1 Н на перемещении в 1 м. Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.

В качестве внесистемных тепловых единиц допускается применение калории и килокалории. Калория — это количество тепла, необходимого для нагрева 1 г воды на 1 °С (от 19,5 до 20,5 °С).

1 кал (калория) = 4,1868 Дж;

1 ккал (килокалория) = 1000 кал = 4186,8 Дж = 4,187 кДж;

1 Мкал (мегакалория) = 106 кал = 4,1868 МДж;

1 Гкал (гигакалория) = 109 кал = 4186,8 МДж.

Для сравнения при оценке топлива применяется так называемое условное тепло, теплота сгорания которого для расчета принимается условно равной 7 Мкал/кг или 7 Гкал/т. В таких случаях говорят соответственно об 1 кг или 1 т условного топлива (т. у. т.).

Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) • Термодинамика — теплота • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Энергетическая плотность пропана составляет 46,44 МДж на килограмм

Общие сведения

Верблюды используют жир для получения из него воды.

Удельная теплота сгорания по массе — это энергия, которую измеряют относительно массы сгоревшего топлива. В этой статье описана энергия, полученная при сгорании топлива и во время обмена веществ в организме. К примеру, при сгорании определенного количества углеводорода, например, пропана, выделяется энергия, которую измеряют как удельную теплоту сгорания. В системе СИ эта величина измеряется в джоулях на килограмм, Дж/кг. Удельную теплоту сгорания по массе чаще всего вычисляют для тепла, полученного при сгорании углеводородного топлива, хотя ее также можно вычислить при сгорании любого другого топлива. Метан и бутан — примеры углеводородов.

Для горения топлива необходим кислород. Чаще всего, используется кислород из окружающего воздуха. В процессе сгорания топлива выделяется тепло, а вода и углекислый газ — побочные продукты горения. Углекислый газ приносит вред окружающей среде, поэтому так широко развивается энергетика из альтернативных источников, без использования процесса сгорания. Вода, наоборот — полезный побочный продукт. Животные, например верблюды, используют жир не только как источник энергии, но и в качестве внутреннего источника необходимой организму влаги, так как при его сгорании образуется вода.

Измерение удельной теплоты сгорания

Удельную теплоту сгорания можно измерить в калориметре — приборе, предназначенном для измерения выделяемого тепла. Бомбовый калориметр — один из таких приборов, чаще всего используемый для измерения энергии, полученной при сгорании топлива. Он состоит из: изолированной внутренней камеры сгорания, в которой сжигают топливо и которую иногда называют бомбой; устройства для зажигания топлива, в основном системы проводов с электровоспламенителем; и герметичной внешней камеры, в которой нагревается вода. Температуру этой воды измеряют для определения количества энергии, выделенной при сгорании топлива.

В США и Канаде в бензине содержится около 10% этилового спирта. Количество энергии в этиловом спирте примерно на 33% ниже, чем в «чистом» бензине. В результате, пройденное расстояние на таком топливе уменьшается на 3,3%.

Применение: удельная теплота сгорания топлива

Люди зависят от топлива в повседневной жизни, так как без топлива невозможна тепловая обработка пищи, обогрев и охлаждение помещений, работа техники и транспорта, освещение, и так далее. На данный момент большая часть топлива — углеводороды. Зная их удельную теплоту сгорания по массе, можно определить, какие виды топлива более экономичны. Чем больше энергии вырабатывается при сгорании определенного количества массы топлива, тем оно более экономично.

Горелка Micro-Jet питается от обычных одноразовых зажигалок, заправленных бутаном. Температура в горелке достигает 2500° С

Транспортные средства перевозят необходимое им топливо на борту, что, в свою очередь увеличивает их вес и, соответственно, затраты топлива. Для каждого транспортного средства существуют ограничения по количеству веса груза, поэтому чем экономичнее топливо, тем меньше его тратится на собственное перемещение, и тем больше топлива можно загрузить в этот транспорт. Для самолетов и судов на воздушных крыльях особенно важно, чтобы топливо выделяло как можно больше энергии, при сгорании единицы массы.

Весовые ограничения в самолетах

В самолетах главные топливные баки находятся в крыльях. Если необходимо большее количество топлива, то его заливают в баки в фюзеляже. Часто, из-за ограничений в весе в полет берут только топливо, необходимое для данного маршрута. Остальное свободное место используют для груза и пассажиров. Обычно маршруты планируют так, чтобы самолету не нужно было останавливаться на пути для дозаправки. То есть, в большинстве случаев максимальная продолжительность маршрута определяется максимально возможным количеством топлива на борту. Ограничения общего веса груза и необходимость перевозить топливо обусловливают ограничения по весу багажа, принятые авиакомпаниями. По этой же причине большинству пассажиров приходится платить за багаж с перевесом или за дополнительные чемоданы. Обычно самолет заправляют топливом, необходимым для рейса в один конец, но иногда из-за высокой цены топлива в некоторых аэропортах, авиакомпаниям выгоднее заправить топливо на дорогу туда и обратно — в этих случаях ограничения багажа по весу соблюдаются особенно строго.

Грузовые перевозки

Весовой расчет самолетов особенно важен при перевозках крупногабаритных грузов, особенно для самолетов, предназначенных для перевозки космических аппаратов. Космический аппарат обычно очень тяжелый и это означает необходимость иметь достаточно топлива на борту, чтобы его хватило для перелета на заданное расстояние.

На данный момент самый большой транспортный самолет, способный перевозить космические аппараты — это Ан-225 «Мрiя», построенный в СССР и ныне принадлежащий украинской авиакомпании Авиалинии Антонова. Изначально на нем перевозили космический корабль «Буран», но после распада СССР полеты «Бурана» больше не планировались, и надобность в его перевозках отпала. С 1994 по 2000 годы Ан-225 не использовали, но в 2000-м году его восстановили и доработали самолет так, чтобы он соответствовал мировым стандартам безопасности. С 2001 года его используют для перевозки крупногабаритных грузов. Ан-225 весит 250 тонн без груза, и может перевозить до 300 тонн груза. Максимальный взлетный вес этого самолета — 640 тонн, включая вес самого самолета. То есть, в него можно загрузить 640 – 250 – 300 = 90 тонн груза при полных баках топлива. Для сравнения, если бы Ан-225 перевозил пассажиров, то 50 тонн из этих 90 занимали бы 500 пассажиров с багажом (из расчета по 100 кг на пассажира и его багаж). Полные баки топлива нужны далеко не всегда. С минимальным количеством топлива, нужным для коротких расстояний, в Ан-225 можно загрузить до 250 тонн груза.

На данный момент самый тяжелый груз, который перевозил Aн-225 — 4 танка, которые в сумме весили 254 тонны. С таким грузом он может пролететь на расстояние 1 000 километров, с 640 – 254 – 300 = 86 тоннами горючего. Сейчас существует только один такой самолет, второй экземпляр недостроен. Ан-225 перевез много интересных и полезных грузов, например продукты и другую гуманитарную помощь для жертв стихийных бедствий, продовольствие и предметы снабжения для военных, локомотивы, генераторы, ветряные турбины, и другие крупногабаритные и тяжелые грузы.

Боинг 777-236/ER может перевозить на борту до 120 тонн топлива и до 440 пассажиров. Такая загрузка самолета позволяет ему находиться в воздухе около 15 часов.

Пассажирские самолеты

Подобным образом можно также вычислить вес грузов, которые могут перевозить пассажирские самолеты. Например, Боинг 777-236/ER на фотографии весит 138 тонн без груза. Он может поднять на взлете до 298 тонн. В нем помещается 440 пассажиров, то есть при максимальной загрузке пассажиры и их багаж весят 400 × 100 кг = 40 000 кг или 40 тонн. На топливо и дополнительный багаж остается 298 – 40 – 138 = 120 тонн.

Потребление топлива в этом самолете меняется во время самого полета и от полета к полету, в зависимости от типа полета, общего веса, который изменяется по мере сжигания топлива, и по другим причинам. Очень приблизительная оценка расхода топлива для Боинга 777-236/ER — 8 000 килограммов или 8 тонн топлива в час. Значит, если на борту 440 пассажиров и остальное место занято топливом, то самолет может пробыть в полете до 15 часов. Проверим правильность наших вычислений на веб-сайте Боинга. Там 777-236/ER описан как самолет, который может пролететь до 14 310 километров или около 8892 миль. Его крейсерская скорость равна 905 км/ч (562 миль в час), то есть, он может находиться в полете 14 310 / 905 = 15,8 часов. Эта величина достаточно близка к нашему результату.

Самолет Airbus A310 меньше Боинга 777 и в нем может быть размещено до 220 пассажиров.

Для сравнения, межконтинентальный полет между Лондоном и Нью-Йорком — примерно 7 часов. На данный момент один из наиболее продолжительных полетов — между Сингапуром и городом Ньюарк (штат Нью-Джерси). Этот полет занимает 18 часов 50 минут.

Другой пример вычислений веса топлива — для Аэробуса Airbus A310. На фотографии — его пассажирская кабина во время полета Монреаль, Канада — Париж, Франция. Этот самолет меньше, чем Боинг 777-236/ER: его длина составляет 46,66 метра или 153 фута и 1 один дюйм (по сравнению с 63,7 метра или 209 футами и 1 дюймом). Его высота — 15,80 метра или 51 фут и 10 дюймов (высота Боинга — 18,5 метров или 60 футов и 9 дюймов). Максимальный взлетный вес — 150 тонн, а вес самолета без топлива равен 113 тоннам. То есть, этот самолет может взять на борт дополнительные 150 – 113 = 37 тонн груза. В нем до 220 пассажирских мест, то есть с полной загрузкой пассажиры и их багаж весят 220 × 100 кг = 22 000 кг или 22 тонны. При этом остается 37 – 22 = 15 тонн веса на топливо. На веб-сайте компании, которая строит самолеты Airbus указано, что максимальный вес, груза (пассажиры + багаж) может быть до 21,6 тонн, то есть, почти тот вес, который мы и получили в наших вычислениях для пассажиров и багажа. При полной загрузке и полных баках топлива у этого самолета не остается места на дополнительный вес, поэтому ограничения багажа пассажиров для этих самолетов строго выполняются.

Максимально допустимый вес указан в инструкции по эксплуатации и в самолет нельзя загружать груз, превышающий этот допустимый вес, так как это опасно. Чем тяжелее самолет, тем больше авиакомпания платит за использование этим самолетом аэропорта, поэтому иногда авиакомпании еще больше ограничивают максимально допустимый вес груза.

Этот теплоход на подводных крыльях типа «Восход» был построен на Феодосийском заводе «Море» в Крыму. Его доставили на озеро Онтарио в 1991 году, но с тех пор он мало использовался. На снимке показан «Восход» на Уэллендском канале в Южном Онтарио в 2010 году. Путешествие от Торонто до Ниагарского Водопада с 70 пассажирами на борту занимает всего 40 минут, так как это судно может двигаться по озеру Онтарио со скоростью 60 км/ч. К сожалению, на данный момент никто не заинтересован в его использовании.

Суда на подводных крыльях

Вес — важная величина не только для самолетов, но и для судов на подводных крыльях. Такие суда похожи по конструкции на обычные морские и речные суда и могут держаться на поверхности воды, но двигаются по принципу движения самолета, то есть «летят» по воде. Как и следует из названия, подводные крылья остаются под водой и создают подъемную силу. При этом корпус судна поднимается над водой, что уменьшает сопротивление, так как сопротивление воздуха намного ниже сопротивления воды. Благодаря этому суда на подводных крыльях развивают более высокие скорости, по сравнению с обычными судами.

Задача инженеров, разрабатывающих новые модели — уменьшить вес корпуса, в тоже время не уменьшая его прочность. При этом увеличивается грузоподъемность судна. Для уменьшения веса корпус часто делают из сплавов алюминия.

На фотографии — судно на подводных крыльях серии «Восход», построенное на Феодосийском заводе «Море» в Крыму. Это судно находится в Канаде. Оно предназначено для пассажирских перевозок по рекам, озерам, и в прибрежных водах. Максимальная скорость, которую может развить «Восход» — до 65 км/ч. Суда этой серии — одни из самых популярных судов на подводных крыльях в мире, и завод «Море» выпускает их не только для местного использования, но и для ряда европейских стран, Китая, Вьетнама и Таиланда. В некоторых странах, в частности, в Камбодже строят суда на подводных крыльях по проекту «Восхода».

Самые экономичные с точки зрения потребления топлива суда на подводных крыльях — это те, в которых используется мускульная сила человека. То есть, пассажир становится источником энергии, а, значит, вес топлива равен нулю. Для того чтобы удержать такое судно на воде нужна сноровка, но такие средства передвижения пользуются большой популярностью благодаря их скоростям до 30 км/ч. Они особенно популярны у тех, кто любит самостоятельно строить модели, так как их конструкция достаточно проста, чертежи можно найти в Интернете, и для их постройки не нужно специальное оборудование.

Применение: получение энергии в процессе метаболизма

Энергетическая плотность этого блюда высока, так как в беконе и яйцах содержится большой процент жира. Фотография размещена с разрешения автора.

Еда — форма энергии для организма животных

Энергия необходима всем живым существам. Она вырабатывается в процессе метаболизма. Этот процесс похож на сжигание топлива. Огонь в организме не горит, но аналогично с горением, для получения энергии нужен кислород, и во время этого окислительно-восстановительного процесса выделяются вода и углекислый газ. Именно поэтому кислород необходим всем живым организмам.

Энергия в пищевых продуктах содержится в углеводах и белках (17 кДж/г), жирах (38 кДж/г), и алкоголе (30 кДж/г). Питательные вещества в еде преобразуются в процессе метаболизма в глюкозу, амино- и жирные кислоты, после чего организм преобразует их в энергию, легко усваиваемую организмом — в фермент аденозинтрифосфат (АТФ). АТФ передвигается по организму и несет энергию к клеткам, которые в этой энергии нуждаются.

Путешествие по горе Кинабалу на острове Борнео, Малайзия. Фотография размещена с разрешения автора.

Удельную теплоту сгорания для продуктов питания измеряют в джоулях на килограмм, а также в калориях на грамм. Последние единицы используют чаще. Обычно эту энергию измеряют в бомбовых калориметрах, где продукты питания сжигают, аналогично другому топливу. При этом выделяется углеводород и вода — также как и во время метаболизма.

Еду с высокой удельной теплотой сгорания, то есть ту, которая выделяет большее количество энергии на единицу массы продукта, называют едой высокой энергетической плотности. С увеличением воды и других низкокалорийных веществ в продукте, например клетчатки, эта плотность уменьшается. Жир, наоборот, увеличивает энергетическую плотность, так как в нем содержится больше калорий на грамм, чем в других пищевых компонентах. То есть, чем больше жира в продукте — тем больше его удельная теплота сгорания по массе.

В полярных экспедициях исследователи и научный персонал обычно работают в тяжелых физических условиях, поэтому им требуется примерно в три раза больше энергии, чем людям в обычных условиях.

Потребление энергии в экстремальных условиях

Составляя меню для походов и других путешествий, где еду переносят вручную или везут на собаках, мулах, и других животных, необходимо знать удельную теплоту сгорания продуктов. Чем она меньше, тем больше энергии, полученной от этой еды, люди или животные тратят на то, чтобы перенести эту еду. Это особенно значительно, если эти путешествия — продолжительны. Конечно, в таких ситуациях также учитывают и пищевую ценность продукта. Если на маршруте есть вода, то стараются брать с собой сухие или специально высушенные для этих целей продукты, так как они намного меньше весят, чем обычные.

Исследователи, которые работают в Арктике и Антарктике, часто перевозят продукты и другие необходимые вещи на собаках, или несут их сами, поэтому им особенно важно знать удельную теплоту сгорания продуктов.
Это важно еще и потому, что им требуется как минимум в три раза больше калорий, чем людям в нормальных условиях. В холодную погоду организм использует огромное количество энергии на поддержание постоянной температуры тела. Кроме этого во время экспедиций в Арктике и Антарктике люди испытывают бо́льшие физические нагрузки, чем в обычных условиях; этим и объясняются дополнительные энергетические затраты. По этим причинам в экспедиции берут продукты высокой энергетической плотности, например шоколад (в нем содержится много жиров и углеводов), масло, орехи и сушеное мясо.

Некоторые исследователи считают, что экспедиция на Южный полюс 1912 года в рамках экспедиции «Терра Нова», возглавляемая Робертом Фолконом Скоттом, потерпела неудачу и пятеро участников погибли потому, что они неправильно вычислили количество калорий, необходимое им на каждый день, и не взяли с собой достаточно еды. Считается также, что они ошиблись и с выбором продуктов, выбирая еду с удельной теплотой сгорания ниже, чем у жира. Так, они предполагали, что 4 500 калорий в день должно быть достаточно, хотя на самом деле они расходовали около 6 000 калорий или больше. Хотя они и ели масло, они не запаслись едой высокой энергетической плотности в достаточном количестве, а вместо этого использовали много белковых продуктов. В результате количество калорий в той еде, что была у них, было недостаточно.

Верблюды откладывают жир в горбу, и используют его, а также полученную во время метаболизма воду, во время долгих переходов в пустыне

Отложение жира — как способ хранения энергии

Животные откладывают жир и используют его, когда не могут добыть еду. В процессе метаболизма жира выделяется вода, которую животные используют, когда у них нет доступа к питьевой воде. Жир также удобен тем, что в нем больше энергии на грамм, чем в других питательных веществах. Соответственно, одно и то же количество энергии в жире легче переносить, как часть собственного тела, чем другие вещества. Верблюды хранят жир в горбу, и в результате, пока этих запасов достаточно, они всегда, даже в пустыне, имеют доступ к воде и энергии. В горб помещается от 15 до 20 кг жира. Жировые отложения для тех же целей есть и у китов, тюленей, белых медведей, и у многих других животных.

Колония северных морских слонов в национальном парке Аньо Нуэво в Калифорнии

Исследователи считают, что люди создают в организме запас энергии, «откладывая жир». Согласно некоторым теориям о том, как появился этот механизм, считается, что такой способ энергетических запасов в организме развился в процесс эволюции для того, чтобы обеспечивать доступ к энергии даже тогда, когда питаться нечем. Некоторые также полагают, что процент жира в организме у женщин выше потому, что во время беременности и ухода за маленькими детьми они не могли охотиться или собирать еду, поэтому им были необходимы большие запасы жира, по сравнению с мужчинами. Это было особенно важно в том случае, если мужчины не могли добыть достаточно еды для себя, для женщин и детей, и съедали ее сами. Теперь такой необходимости больше нет, но эволюционные приспособления меняются медленно, поэтому люди до сих пор откладывают жир. Считается, что это одна из причин эпидемии избыточного веса во многих развитых странах, где много дешевой и легкодоступной еды.

Замедлить отложение жира и улучшить процесс обмена веществ можно, ведя активный и здоровый образ жизни

Энергия, используемая микроорганизмами и растениями

Большинство животных получает энергию из описанных выше органических веществ, то есть из жиров, белков и углеводов. Микроорганизмы, наоборот, получают энергию из неорганических веществ, например из аммиака, водорода, сульфидов и оксида железа. Растения используют солнечную энергию, преобразуя ее в химическую при фотосинтезе. Также как и во время метаболизма у животных, в процессе фотосинтеза и метаболизма микроорганизмов вырабатывается вещество АТФ, которое напрямую используется растениями и микроорганизмами как энергия.

Удельная теплота сгорания широко распространенных видов топлива и пищевых продуктов

Литература

Автор статьи: Kateryna Yuri

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Расчеты для перевода единиц в конвертере «Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе)» выполняются с помощью функций unitconversion.org.

Количество теплоты измеряют в — MOREREMONTA

Работа и количество теплоты

Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы, когда тело перемещается под действием приложенной к нему силы. Механическая работа равна силе, умноженной на путь, пройденный по направлению силы. Но это не единственный способ изменения энергии.

При установлении контакта между телами с разными температурами, в результате взаимодействия атомов и молекул на границе соприкосновения тел, происходит передача части внутренней энергии от тела с более высокой температурой к телу, у которого температура ниже.

Энергия, переданная телу в результате теплообмена, называется количеством теплоты. Для обозначения количества теплоты используется буква Q.

Рис. 1. Процесс теплообмена, теплопередачи.

В чем измеряется теплота

Любой вид энергии в физике измеряется с помощью единиц, которые названы в честь английского физика Джеймса Джоуля (1818-1889 г.г.). Для единицы измерения количества теплоты, наряду с работой и энергией в Международной системе единиц СИ используется джоуль (Дж — русское обозначение, J — международное).

Когда количество тепла представляет собой очень большую величину, допускается использование кратных единиц — килоджоуль (кДж), мегаджоуль (МДж), гигаджоуль (ГДж):

• 1 кДж = 1000 Дж = 10 3 Дж;
• 1 МДж = 1000000 Дж = 10 6 Дж;
• 1 ГДж = 1000000000 Дж = 10 9 Дж.

Рис. 2. Портрет Джеймса Джоуля.

Джеймс Джоуль изучал закономерности термодинамических процессов. Своими экспериментами он доказал справедливость закона сохранения энергии и открыл закон, устанавливающий связь количества тепла и электрического тока в цепи. Теоретически определил скорость движения молекул газа и вывел формулу ее зависимости от температуры.

Калория

Джоуль в качестве универсальной энергетической единицы был введен в 1889 г. Но количество теплоты исследователи начали измеряли задолго до этого. Для этих целей была введена специальная единица — калория (от латинского слова calor — “тепло”), равная количеству теплоты, которое необходимо для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия при нормальном атмосферном давлении.

Калория (кал) и кратная ей единица — килокалория (ккал), до сих пор используются в качестве внесистемной единицы для некоторых областей деятельности. Например, килокалорию применяют в теплоэнергетике для расчетов потребленной тепловой энергии в домах, подключенных к централизованному отоплению в холодное время года.

Экспериментально установлено соответствие между калорией и джоулем, чтобы иметь возможность перевода количества тепла из одних единиц в другие:

• 1 Дж = 0,2388 кал;
• 1 кДж = 238,8 кал
• 1 кал = 4,19 Дж;
• 1 ккал = 4190 Дж.

Прибор для получения информации о количестве теплоты в научных экспериментах (физике, химии, биологии и медицине) называется калориметром. Внутреннее устройство калориметров определяется диапазоном температур, временем и характером изучаемых явлений.

Рис. 3. Примеры калориметров.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что единица количества теплоты — это джоуль. Наряду с джоулем используются кратные ему единицы. Кроме джоуля в отдельных областях деятельности допускается использование устаревшей единицы — калории.

“…- Сколько попугаев в тебе поместится, такой у тебя рост.
– Очень надо! Я не стану глотать столько попугаев!…”

Из м/ф “38 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.

4,19*25 =104,75 кВт.

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!

В электрокотлах электрическая энергия преобразуется в тепловую (так называемое, Джоулево тепло), и , если котёл потребил 1 кВт*час электроэнергии, то сколько же он выработал тепла? Чтобы ответить на это простой вопрос, нужно выполнить простой расчёт.

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.

1 кВт*час = 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!

Если прочитав данную статью вы решили, проконсультироваться со специалистом нашей компании по любому вопросу, связанному с теплоснабжением, то вам Сюда!

Газовое оборудование Информация Приложения Единицы физических величин, физико-химические понятия, соотношения, состав и характеристики газов

Единицы измерения температуры и количества тепла
Основной единицей измерения температуры был градус Международной температурной шкалы, практически соответствующий градусу Цельсия. Эта величина равна 1/100 температурного интервала между 0 и 100 °С, т. е. между температурами плавления льда и кипения воды при давлении 760 мм рт. ст.

Абсолютной температурой называется температура, отсчитываемая от абсолютного нуля, т. е. от –273,16 °С, и измеряемая в градусах Кельвина (°К) . Градус Кельвина по величине не отличается от градуса Цельсия. Поэтому абсолютная температура выражается в градусах стоградусной шкалы следующим образом:

Т, °К = t, °С + 273,16

В системе СИ единицей измерения температуры установлен градус Кельвина. Допускается для выражения практических результатов измерений температуры применение градуса Цельсия наряду с градусом Кельвина, в зависимости от начала отсчета (положения нуля) по шкале.

Пример: 250±5 °С = 523,16±5 °К.

В системе СИ работа, энергия и количество теплоты измеряются в джоулях (Дж) . Иногда применяют более крупную и удобную для практических целей единицу — килоджоуль (кДж) , равный 1000 Дж. За единицу работы в СИ принимают работу, совершаемую силой в 1 Н на перемещении в 1 м. Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.

В качестве внесистемных тепловых единиц допускается применение калории и килокалории. Калория — это количество тепла, необходимого для нагрева 1 г воды на 1 °С (от 19,5 до 20,5 °С) .

1 кал (калория) = 4,1868 Дж;
1 ккал (килокалория) = 1000 кал = 4186,8 Дж = 4,187 кДж;
1 Мкал (мегакалория) = 106 кал = 4,1868 МДж;
1 Гкал (гигакалория) = 109 кал = 4186,8 МДж.

Для сравнения при оценке топлива применяется так называемое условное тепло, теплота сгорания которого для расчета принимается условно равной 7 Мкал/кг или 7 Гкал/т. В таких случаях говорят соответственно об 1 кг или 1 т условного топлива (т. у. т.) .

Сибирские огни, 1922, № 3

Так как энергия здесь образуется за счет распада материи, то и з акон сохранения массы, лежащий в основе химии, т оже оказывается несостоятель- ным. Как показывают подсчеты, дня того, чтобы получить I калорию тепла (т. е. количество, которое нагревает 1 гр. воды на 1°), необходимо разложить менее миллионной доли миллиграмма. Это такое ничтожное количество, которое нельзя измерить д аже самыми точными приборами. Таким образом, для тех процессов, которые совершаются в природе перед нашими глазами и в лабора- тории химика, закон сохранения массы также практически верен, но абсолю- тная его ценность подорвана. С точки зрения диссоциации материи следует пересмотреть так на зываемый принцип возрастания энтропии, составляющий сущность второго начала тер- модинамики. Все естественные процессы в природе сами по себе протекают в определенном направлении. Конечной стадией превращения различных видов энергии является теплота, что вполне понятно, так как теплота рассматривает- ся в физике, как беспорядочное движение молекул, вероятность которого на- ибольшая. Теплота же может быть превращена в работу, т. е. использована т о л ь ко тогда, когда имеется налицо разность температур, благодаря которой теплота от источника с высшей температурой переходит к источнику с низшей т емпера- турой. Сама же по себе эта теплота рассеивается, постепенно выравнивая температуры различных мест. Это выравнивание все увеличивается. Все боль- шее и большее количество теплоты переходит в такое состояние, когда исполь- зовать их не представляется возможным. Количество энергии в природе по- стоянно, но она все более и более переходит в состояние негодное для ис- пользования. Происходит обесценение, деградация энергии, возрастание энтро- пии, т. е. обесцененной энергии. В конце-концов, когда вся энергия рассеется, наступит смерть, исчезнет всякая жизнь, замрут все процессы. Вселенная бу- дет представлять сплошной океан, неспособный к превращению энергии. Насту- пит конец Мира. Эти мрачные перспективы отдаляются в бесконечность, коль скоро мы з а — глянем глубже в суть дела. Пре вращение одного вида энергии в другой, явля- ется по преимуществу изменением характера движения молекул, но сами-то молекулы и их составные части, атомы, представлялись чем-то неизменным Изменяемость и разлагаемость атома, создавая новые виды энергии, совершен- но подрывает истинность 2-го начала термодинамики. Внутриатомная энергия при распаде атома образуется вследствие движения тех осколков, на которые распадается атом. Атом радия при своем разложении выделяет атом гелия и электроны. Они обладают огромными скоростями движения. Получаемая энер гия измеряется полупроизведением массы на квадрат скорости, следовательно она громадна для ничтожной доли материи, так как скорость движения ато- мов гелия составляет 20.000 килом, в секунду и—электронов от 100.000 до 200.000 кил. в сек. Беда в том, что эта энергия выделяется очень медленно. В каждую секунду из 100 миллиардов атомов радия распадается только один. Чем более масса радия, тем больше атомов его распадается в секунду. Не посредственные измерения и теоретические вычисления определяют количество выделяющейся теплоты в 100 калорий в 1 час. для 1 гр. радия. Если бы вся энергия, заключающаяся в 1 гр. радия, выделилась сразу, то мы получили бы три миллиарда семьсот миллионов калорий! По словам физика проф. Тими- рязева, это количество энергии могло бы заставить работать день и ночь дви- гатель в 5 лоисад. сил в течение трех месяцев. К сожалению, мы еще не мо- жем ускорить и вообще регулировать процессы радиоактивности. Последние на ходятся почти вне воздействия человеческой воли. Если бы нам удалось добиться решительных успехов в этом направлении (а это без сомнения случится), перед нами открылись бы з аманчивые перспек- тивы. Имеющиеся в нашем распоряжении источники энергии, главным образом каменный уголь, находятся на пути к истощению, и перед человечеством встал бы грозный призрак неминуемой гибели, если бы не надежда, что науке

Made with FlippingBook

RkJQdWJsaXNoZXIy MTY3OTQ2

Количество теплоты, удельная теплоемкость

От чего зависит количество теплоты

Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы или теплопередаче. При явлении теплопередачи внутренняя энергия передается теплопроводностью, конвекцией или излучением.

Каждое тело при нагревании или охлаждении (при теплопередаче) получает или теряет какое-то количество энергии. Исходя из этого, принято это количество энергии назвать количеством теплоты.

Итак, количество теплоты — это та энергия, которую отдает или получает тело в процессе теплопередачи.

Какое количество теплоты необходимо для нагревания воды? На простом примере можно понять, что для нагревания разного количества воды потребуется разное количество теплоты. Допустим, возьмем две пробирки с 1 литром воды и с 2-мя литрами воды. В каком случае потребуется большее количество теплоты? Во втором, там, где в пробирке 2 литра воды. Вторая пробирка будет нагреваться дольше, если мы подогреваем их одинаковым источником огня.

Таким образом, количество теплоты зависит от массы тела. Чем больше масса, тем большее количество теплоты требуется для нагрева и, соответственно, на охлаждение тела требуется большее время.

От чего еще зависит количество теплоты? Естественно, от разности температур тел. Но это еще не все. Ведь если мы попытаемся нагреть воду или молоко, то нам потребуется разное количество времени. Т.е получается, что количество теплоты зависит от вещества, из которого состоит тело.

В итоге получается, что количество теплоты, которое нужно для нагревания или количество теплоты, которое выделяется при остывании тела, зависит от его массы, от изменения температуры и от вида вещества, из которого состоит тело.

В чем измеряется количество теплоты

За единицу количества теплоты принято считать 1 Джоуль. До появления единицы измерения энергии ученые считали количество теплоты калориями. Сокращенно эту единицу измерения принято писать — “Дж”

Калория — это количество теплоты, которое необходимо для того, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус Цельсия. Сокращенно единицу измерения калории принято писать — “кал”.

1 кал = 4,19 Дж.

Обратите внимание, что в этих единицах энергии принято отмечать пищевую ценность продуктов питания кДж и ккал.

1 ккал = 1000 кал.

1 кДж = 1000 Дж

1 ккал = 4190 Дж = 4,19 кДж

Что такое удельная теплоемкость

Каждое вещество в природе имеет свои свойства, и для нагрева каждого отдельного вещества требуется разное количество энергии, т.е. количества теплоты.

Удельная теплоемкость вещества — это величина, равная количеству теплоты, которое нужно передать телу с массой 1 килограмм, чтобы нагреть его на температуру 1 ⁰C

Удельная теплоемкость обозначается буквой c и имеет величину измерения Дж/кг*

Например, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг*⁰C.   То есть это то количество теплоты, которое нужно передать 1 кг воды, чтобы нагреть ее на 1 ⁰C

Следует помнить, что удельная теплоемкость веществ в разных агрегатных состояниях различна. То есть для нагревания льда на 1 ⁰C потребуется другое количество теплоты.

Как рассчитать количество теплоты для нагревания тела

Например, необходимо рассчитать количество теплоты, которое нужно потратить для того, чтобы нагреть 3 кг воды с температуры 15 ⁰С до температуры 85 ⁰С. Нам известна удельная теплоемкость воды, то есть количество энергии, которое нужно для того, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 градус. То есть для того, чтобы узнать количество теплоты в нашем случае, нужно умножить удельную теплоемкость воды на 3 и на то количество градусов, на которое нужно увеличить температуры воды. Итак, это 4200*3*(85-15) = 882 000.

В скобках мы рассчитываем точное количество градусов, отнимая от конечного необходимого результата начальное

Итак, для того, чтобы нагреть 3 кг воды с 15 до 85 ⁰С, нам потребуется 882 000 Дж количества теплоты.

Количество  теплоты обозначается буквой Q, формула для его расчета выглядит следующим образом:

Q=c*m*(t₂-t₁).

Разбор и решение задач

Задача 1. Какое количество теплоты потребуется для нагрева 0,5 кг воды с 20 до 50 ⁰С

Дано:

m = 0,5 кг.,

с = 4200 Дж/кг*⁰С,

t1 = 20 ⁰С,

t2 = 50 ⁰С.

Величину удельной теплоемкость мы определили из таблицы.

Решение:

количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t₂-t₁).

Подставляем значения:

Q=4200*0,5*(50-20) = 63 000 Дж = 63 кДж.

Ответ: Q=63 кДж.

Задача 2. Какое количество теплоты потребуется для нагревания алюминиевого бруска массой 0,5 кг на 85 ⁰С?

Дано:

m = 0,5 кг.,

с = 920 Дж/кг*⁰С,

t1 = 0 ⁰С,

t2 = 85 ⁰С.

Решение:

количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t₂-t₁).

Подставляем значения:

Q=920*0,5*(85-0) = 39 100 Дж = 39,1 кДж.

Ответ: Q= 39,1 кДж.

Словарь терминов | ПАО «Т Плюс»

Словарь терминов | ПАО «Т Плюс»

• Блочная теплоэлектростанция (ТЭС) — Электростанция, состоящая из отдельных энергоблоков, каждый из которых включает котел, паровую турбину, питательный насос и систему регенеративного подогрева питательной воды.
• Вал ротора турбины — Элемент ротора турбины, соединенный с дисками, на которых располагаются рабочие лопатки.
• Вертикальные сетевые подогреватели (ПСВ) — Подогреватели сетевой воды с вертикально расположенной трубной системой в вертикальном цилиндрическом корпусе.
• Водогрейный котел — Котел для нагрева сетевой воды на районных тепловых станциях (РТС) для последующего направления в тепловую сеть для теплоснабжения жилых домов и предприятий.
• Водоподогревательная установка — Установка для непрерывного подогрева обратной сетевой воды на ТЭИ паром из отборов теплофикационной паровой турбины типа Т, включающая паропроводы отбора, сетевые подогреватели, систему эвакуации конденсата греющего пара из подогревателей и подпиточную установку теплосети.
• Газомазутная ТЭС — Тепловая паротурбинная электростанция, котлы которой приспособлены для сжигания газообразного и жидкого топлива (мазута) порознь или одновременно.
• Горелка с предварительным смешением — Горелка, в которой топливный газ и воздух смешиваются перед подачей в зону горения.
• Горизонтальный сетевой подогреватель (ПСГЭ) — Подогреватель сетевой воды, трубная система которого расположена горизонтально.
• ГРЭС (Государственная районная электростанция) — Историческое название наиболее мощных ТЭС России, как правило, с энергоблоками 150-1200 МВт.
• Градирня — Строительное сооружение в виде вытяжной башни, обеспечивающей тягу воздушной массы. Внутри башни с помощью разбрызгивающих устройств распыляется нагретая в конденсаторе охлаждающая вода. За счет ее испарения в количестве примерно 1 % происходит охлаждение воды, которая снова циркуляционными насосами подается в конденсатор.
• Давление — Результирующая сила ударов молекул газа или пара, действующих на единицу площади сосуда, в котором они заключены.
• Деаэратор — Основной элемент деаэрационной установки, служащий для удаления газов, растворенных в конденсате, вызывающих коррозию конденсатно-питательного тракта и внутренних поверхностей нагрева котла.
• Деаэраторное отделение — Помещение главного корпуса ТЭС между турбинным и котельным отделением для размещения деаэраторов.
• Диск ротора турбины — Элемент ротора турбины, соединяемый с валом ротора, на котором устанавливаются рабочие лопатки.
• Диффузионная горелка — Горелка, в которой горение происходит на выходе из нее в факеле по мере перемешивания топлива и воздуха и протекания химической реакции.
• Докритическое давление — Давление меньше 22,4 МПа.
• Дочернее хозяйственное общество — по гражданскому законодательству РФ хозяйственное общество, в отношении которого другое (основное) хозяйственное общество или товарищество в силу преобладающего участия в его уставном капитале, либо в соответствии с заключенным между ними договором, либо иным образом имеет возможность определять решения, принимаемые таким обществом.
• Дымовая труба — Вертикальный канал, служащий для рассеивания вредных продуктов сгорания и других выбросов, содержащихся в уходящих газах котлов и TУ, в атмосфере на возможно большей плошали.
• Дымосос — Вытяжной вентилятор, служащий для создания разрежения в топке котла.

• Зависимое общество — хозяйственное общество, более двадцати процентов голосующих акций (для акционерного общества) или двадцати процентов величины уставного капитала (для общества с ограниченной ответственностью) которого принадлежит другому хозяйственному обществу, которое является по отношению к нему контролирующим обществом.

• Испаритель — Трубная система энергетического котла или котла-утилизатора ПГУ, в которой поступающая питательная вода испаряется и превращается в пар.
• Комбинированная выработка тепла и электроэнергии — Производство электроэнергии электрогенератором, приводимым паровой турбиной, и тепла от пара отборов паровой турбины. Синонимом указанного комбинированного производства является термин «теплофикация».
• Конденсатный насос — Насос, откачивающий конденсат из конденсатора, подавая его через систему регенеративных подогревателей в деаэратор.
• Конденсатор — Теплообменный аппарат, основной элемент конденсационной установки, служащей для конденсации пара, отработавшего в турбине, при низком давлении, составляющем 3-8 кПа.
• Конденсаторные трубки — Трубки, образующие теплообменную поверхность конденсатора, внутри которых непрерывно протекает охлаждающая вода, а снаружи конденсируется пар, поступающий из паровой турбины.
• Конденсационная электростанция (КЭС) — Промышленное предприятие, служащее для выработки электрической энергии (как правило, КЭС вырабатывают и небольшое количество горячей воды для отопления станционного поселка).
• Конденсационнонная установка — Совокупность конденсатора, системы подачи охлаждающей воды в конденсатор с помощью циркуляционных насосов, системы откачки образующегося из пара конденсата конденсатными насосами и системы удаления воздуха из парового пространства конденсатора, обеспечивающих выполнение конденсатором своих функций
• Контрольный пакет акций — количество акций, обеспечивающее их владельцу фактический контроль над акционерным обществом. При широком распространении мелких акций достаточно владеть 20-30% (иногда меньше) акций, чтобы полностью контролировать деятельность общества. Поэтому антимонопольное законодательство не дает точного определения К.п.а., оставляя это право за соответствующими органами. Пакет 50% акций плюс 1 акция является контрольным при любом количестве мелких акций.
• Котел — Совокупность устройств, обеспечивающих образование пара или горячей воды путем подвода к ним тепловой энергии от сжигаемого топлива. Различают котлы энергетические и водогрейные, барабанные и прямоточные.
• Котельная установка — Совокупность котла и вспомогательных устройств, обеспечивающих получение пара высоких параметров на ТЭС.
• Коэффициент полезного действия нетто ТЭС по выработке электроэнергии — Отношение количества электроэнергии, отпущенной с зажимов генератора, к той теплоте, которая затрачена на получение электроэнергии. Для ТЭЦ эта характеристика является чисто условной величиной.
• Коэффициент полезного использования теплоты топлива — Доля теплоты, содержащейся в топливе, полезно используемой на выработку электроэнергии и тепла на электростанции. У КЭС коэффициент не превышает 40 %, а для TЭЦ он может достигать 85 %.
• Критические параметры пара — Давление 22,1 МПа и температура 374,1°С, при которых теплота парообразования равна нулю, а плотность жидкой и паровой фазы одинаковы.

• Мазут — Высококалорийное вязкое жидкое топливо для энергетических котлов, смесь тяжелых углеводородов, остаточный продукт перегонки нефти после отделения бензина, керосина и других легких фракций. В теплоэнергетике в основном используются сернистые мазуты, требующие системы сероочистки или использования специальных технологий сжигания.
• Машинный зал — Помещение главного корпуса ТЭС для размещения турбоагрегатов.
• Муфта — Узел, обеспечивающий соединение соседних роторов и передающий мощность с одного ротора на другой.

• Надежность — Свойство энергоблока или паровой турбины обеспечивать бесперебойную выработку мощности при предусмотренных затратах топлива и установленной системе эксплуатации, технического обслуживания и ремонтов, а также не допускать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды.
• Оборотное водоснабжение — Система снабжения ТЭС технической водой с помощью ее циркуляции и охлаждения в прудах-охладителях или градирнях.
• Обратная сетевая вода — Вода, возвращаемая от тепловых потребителей на ТЭЦ или РТС для последующего нагрева и возврата на теплосеть.
• Отбор турбины — Пар, выводимый из проточной части турбины для нагрева питательной и/или сетевой воды.
• Охлаждающая вода — Вода, поступающая в трубный пучок конденсатора для обеспечения его низкой температуры и, соответственно, низкого давления конденсации из реки, пруда-охладителя или градирни.
• Паровая турбина — Энергетическая турбомашина, элемент парового турбоагрегата, преобразующий потенциальную энергию пара высоких параметров в механическую энергию вращения ее ротора, приводящего электрогенератор.
• Парогазовая тепловая электростанция (ПГЭС) — Электростанция, оснащенная парогазовыми установками.
• Парогазовая установка (ПГУ) — Энергетическая установка, в которой электроэнергия вырабатывается ГТУ и паровой турбиной за счет теплоты уходящих газов ГТУ.
• Пароперегреватель — Трубная система энергетического котла или котла-утилизатора ПГУ в которой пар нагревается сверх температуры насыщения с целью повышения КПД турбоустановки и снижения конечной влажности пара в паровой турбине.
• Пиковый водогрейный котел — Котел, устанавливаемый на ТЭЦ для дополнительного нагрева прямой сетевой воды сверх нагрева в сетевых подогревателях паровой турбины в холодное время года. Обычно этот нагрев осуществляется в пределах 100-150°С.
• Питательная вода — Вода, поступающая в котел.
• Питательный насос — Насос, служащий для создания давления перед котлом и в конечном счете начального давления пара перед турбиной. Различают питательные электронасосы (ПЭН) и питательные турбонасосы (ПТН).
  • Питательный электронасос (ПЭН) — Питательный насос, приводимый электродвигателем.
  • Питательный турбонасос (ПТН) — Питательный насос, приводимый паровой турбиной малой мощности, питаемой из отбора главной паровой турбины.
• Подогреватель высокого давления (ПВД) — Теплообменник системы регенерации высокого давления, служащий для нагрева питательной воды паром из отбора турбины перед ее подачей в котел.
• Подогреватель низкого давления (ПНД) — Теплообменник системы регенерации низкого давления, служащий для нагрева конденсата паром из отбора турбины на 30-40 °С перед его подачей в деаэратор.
• Принципиальная тепловая схема — Схема, на которой приведены только основное оборудование и основные паропроводы.
• Продукты сгорания топлива — Смесь газов, полученных в результате химических реакций горения и избыточного воздуха. Продуктами сгорания в энергетических котлах являются дымовые газы, а в камерах сгорания ГТУ — рабочее тело газовой турбины.
• Производственный пар — Пар, отпускаемый из промежуточной ступени паровой турбины для нужд какого-либо производства. Повышение температуры пара в промежуточном пароперегревателе котла после его расширения в ЦВД. Служит для уменьшения конечной влажности в конце турбины и повышения экономичности турбоустановки.
• Промышленная турбина — Турбина, предназначенная для выработки электроэнергии и тепла на промышленной электростанции.
• Проточная часть турбины — Совокупность ступеней турбины, обеспечивающих преобразование потенциальной энергии пара или газа в кинетическую энергию вращения ротора турбины.
• Прямая сетевая вода — Горячая вода (70-150°С в зависимости от времени года), нагреваемая в теплофикационной установке ТЭЦ или водогрейных котлах РТС, направляемая потребителям теплоты.
• Прямоточное водоснабжение — Система снабжения ТЭС технической водой из реки и сливом отработанной воды в реку.

• Рабочие лопатки — Профилированные элементы, установленные на диске специальным образом и образующие рабочую решетку.
• Развернутая тепловая схема — Схема, на которой представлено все оборудование, все паропроводы, задвижки и арматура, позволяющие оперативно управлять оборудованием в любых эксплуатационных режимах.
• Редукционно-охладительная установка (РОУ) — Установка, служащая для уменьшения давления пара и снижения его температуры путем впрыска воды.
• Сверхкритическое давление пара — Давление, большее 22,1 МПа.
• Сетевая вода — Непрерывно циркулирующее рабочее тело, подготовленное в специальных подпиточных установках теплосети и обеспечивающее доставку тепловой энергии от ТЭЦ или РТС ее потребителям. Различают прямую и обратную сетевую воду.
• Сетевой подогреватель — Теплообменный аппарат, в котором за счет теплоты конденсации греющего пара, отбираемого из проточной части турбины, нагревается сетевая вода, проходящая внутри трубной системы.
• Система водоснабжения — Комплекс устройств, обеспечивающих ТЭС технической водой для работы конденсаторов, маслоохладителей, водоструйных (или пароструйных) эжекторов, электрогенератора и других устройств. Различают системы прямоточного и оборотного водоснабжения.
• Система зашиты турбины — Система, обеспечивающая прекращение подачи пара в турбину и ее остановку при возникновении аварийных ситуаций.
• Статор турбины — Неподвижная (невращающаяся) часть турбины, включающая корпус, обоймы, диафрагмы и корпуса подшипников с опорными и упорным вкладышами.
• Сухой насыщенный пар — Пар, не содержащий капель влаги и не перегретый по отношению к состоянию насыщения.
• Температура насыщения — Температура, при которой начинается кипение воды или конденсация жидкости из пара. Температуры насыщения, конденсации, кипения и испарения — идентичные понятия. Их значение зависит только от давления.
• Тепловая энергия — Неупорядоченная форма энергии, измеряемая в калориях (Ккал) и кратных ей величинах.
• Теплосеть — Система теплопроводов, насосных станций и теплообменных аппаратов, обеспечивающая непрерывную подачу тепловой энергии в виде горячей воды потребителям и ее возврат на ТЭЦ или РТС.
• Теплоснабжение — снабжение теплом жилых, общественных и промышленных зданий (сооружений) для обеспечения коммунально-бытовых (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) и технологических нужд потребителей.
• Теплота сгорания — Количество тепловой энергии, которая выделяется при полном сгорании единицы рабочей массы (1 кг) жидкого или твердого топлива или 1 нм3 газа. Соответственно, теплота сгорания измеряется в кДж/кг, кДж/нмэ или ккал/кг, ккал/нмэ.
• Теплофикационные паровые турбины — Турбины, предназначенные для выработки тепловой и электрической энергии, имеющие для этих целей электрогенератор и один или несколько регулируемых отборов пара.
• Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — Энергетическое предприятие, служащее для выработки тепловой энергии в виде горячей сетевой воды или пара сниженных параметров и электроэнергии. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электрической энергии, обеспечивающей экономию топлива в пределах 15 % по сравнению с раздельной выработкой на КЭС и РТС.
• Топка котла — Пространство в котле, где происходит горение факела топлива.
• Трансформатор — Электрическое устройство, служащее для повышения электрического напряжения, создаваемого электрогенератором, с целью уменьшения потерь электроэнергии в линиях электропередачи.
• Турбоагрегат — Совокупность паровой турбины, электрогенератора и возбудителя, объединенных одним валопроводом, обеспечивающая преобразование потенциальной энергии пара в электроэнергию.
• Турбоустановка — Последовательная совокупность паровой турбины, конденсатора, конденсатных насосов, ПНД, деаэратора, питательных насосов и ПВД, обеспечивающих преобразование потенциальной энергии пара, выходящего из котла, в механическую энергию вращения валопровода турбины и возвращение питательной воды в котел.
• ТЭС с поперечными связями — Электростанция, на которой все котлы работают на общий коллектор свежего пара, из которого питаются все паровые турбины. Общими на таких ТЭС являются и коллекторы питательной воды, и деаэраторы.

• Холдинг — компания, в состав активов которой входят контрольные пакеты акций других (дочерних) предприятий. Холдинг позволяет выстроить систему участий формально независимых фирм, которые могут обладать капиталами, существенно превосходящими капитал учредителя холдинга.
• Центробежная форсунка — Устройство для распыления жидкого топлива в камере сгорания путем создания вращающейся конической струи, распадающейся на мелкие капли и легко перемешивающейся с воздухом.
• Цилиндр высокого давления (ЦВД) — Цилиндр турбины, в который поступает свежий пар из котла. После расширения в ЦВД пар направляется либо в ЦСД, либо на промежуточный перегрев в котел.
• Цилиндр низкого давления (ЦНД) — Цилиндр турбины, в который пар поступает из ЦСД; после расширения в ЦНД пар направляется в конденсатор.
• Цилиндр среднего давления (ЦСД) — Цилиндр турбины, в который поступает пар из ЦВД; после расширения в ЦСД пар направляется в ЦНД.
• Цилиндр турбины — Самостоятельный узел паровой турбины, имеющий собственный ротор и статор, паровпускной и выходной паровые патрубки.
• Циркуляционный насос — Насос, подающий охлаждающую воду в трубный пучок конденсатора турбины
• Экономайзер — Элемент трубной системы энергетического котла или котла-утилизатора, в которых происходит предварительный нагрев питательной воды перед ее подачей в барабан (или деаэратор).
• Экраны — Система труб специальной конструкции, располагаемая по стенкам топки котла, внутри которых движется нагреваемое рабочее тело за счет лучистой энергии горящего факела топлива.
• Электрическая мощность — Мощность на зажимах электрогенератора турбоагрегата.
• Электрогенератор — Электрическая машина, преобразующая механическую энергию вращения ее ротора в электрический ток, подаваемый на трансформатор ТЭС.
• Электроэнергетика — Подсистема энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях и ее доставку потребителям по линиям электропередачи.
• Энергетика — Совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов.

тепла: Меры тепла | Infoplease

Температура — это мера средней поступательной кинетической энергии молекул системы. Тепло обычно выражается в одной из двух единиц: калории, старая метрическая единица и британская тепловая единица (БТЕ), английская единица, обычно используемая в Соединенных Штатах. Ученые выражают тепло в джоулях — единице, используемой для всех форм энергии.

Когда к веществу в твердом состоянии добавляется тепло, молекулы вещества приобретают кинетическую энергию, и температура вещества повышается.Количество тепла, необходимое для повышения температуры единицы массы вещества на один градус, называется удельной теплоемкостью вещества. Из-за способа определения калорий и британских тепловых единиц удельная теплоемкость любого вещества одинакова в любой системе измерения. Например, удельная теплоемкость воды составляет 1 калорию на грамм на градус Цельсия; то есть 1 калория тепла необходима для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус Цельсия; это также 1 британская тепловая единица за фунт на градус Фаренгейта.

Когда твердое тело достигает определенной температуры, оно превращается в жидкость. Эта температура является особым свойством вещества и называется его температурой плавления. Пока происходит переход твердое тело-жидкость, температура не меняется. Все добавляемое тепло преобразуется во внутреннюю потенциальную энергию, связанную с жидким состоянием. Количество тепла, необходимое для преобразования одной единицы массы вещества из твердого тела в жидкость, называется теплотой плавления или скрытой теплотой плавления вещества.Как и удельная теплоемкость, скрытая теплота также является свойством конкретного вещества. Скрытая теплота плавления при переходе от льда к воде составляет 80 калорий на грамм.

После того, как вещество полностью превращается из твердого в жидкость, дальнейшее добавление тепла снова вызывает повышение температуры до точки кипения, конкретной температуры, при которой данное вещество превращается из жидкости в газ. Во время перехода жидкость-газ температура остается постоянной, пока изменение не завершится.Теплота испарения или скрытая теплота испарения — это тепло, которое необходимо добавить, чтобы преобразовать одну единицу массы вещества из жидкости в газ.

Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторское право © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

См. Другие статьи в энциклопедии: Physics

Measurement of Heat — Physics Video by Brightstorm

Измерение тепла выполняется в калориях.Одна калория — это количество энергии, необходимое для того, чтобы поднять один грамм воды на один градус Цельсия. Чтобы измерить тепло, нужно разделить изменение температуры образца воды на массу воды.

Измерение тепла, как же нам измерить тепло? Помните, что тепло — это поток энергии от горячего объекта к холодному или от чего-то более горячего к более холодному.Мы можем измерить это тепло с помощью того, что называется калорийностью. Калория — это мера количества тепла в веществе, и это, по сути, количество энергии, необходимое для поднятия одного грамма воды на один градус Цельсия, и мы формула, которую мы можем использовать для расчета, представляет собой изменение температуры, деленное на Цельсия. массой нагретой им воды.

Давайте рассмотрим пример того, как можно вычислить меру тепла, как можно вычислить калории.Допустим, у нас есть образец пищи, и когда образец пищи сгорает и нагрев поднимает 25 граммов воды с 10 до 85 градусов по Цельсию, сколько калорий было высвобождено этой пищей? И давайте предположим, что мы получили всю энергию от этой пищи для нагрева воды, мы не сильно потеряли окружающую среду и другие места, что вся эта энергия была передана непосредственно воде, хорошо, поэтому мы можем просто установить это вверх. У нас есть изменение температуры в пределах нашей массы воды, хорошо, что, как вы знаете, мы собираемся использовать, затем граммы наших научных единиц, поэтому изменение температуры, наша конечная температура составила 85 градусов по Цельсию, наша начальная температура была, я извините, 10 градусов по Цельсию, а масса нашей воды составляла 25 граммов, хорошо, поэтому, если мы разделим это, мы получим 75 градусов по Цельсию, это наше изменение температуры, деленное на 25 граммов воды, которое будет равно 3 калориям, так что образец пищи произвел 3 Калории и 3 калории — это измерение тепла, которое было передано от пищи в воду, или переданное тепло — измерение тепла.

Измерение тепла с помощью термометра

Для измерения тепла используются два класса приборов, а именно, термометры и пирометры. Термометры используются только для измерения сравнительно низких температур, и в данной статье мы полностью ограничимся этим классом.
Современная физика продемонстрировала, что тепло — это просто способ движения в материи, и принципы, от которых зависит его измерение, возможно, труднее понять, чем ложная теория, преобладавшая до утверждения этой доктрины.До тех пор, пока тепло считалось веществом, пусть даже невесомым, было нетрудно понять, как его поглощение телом могло определенно увеличивать это тело, поскольку древесина увеличивается за счет поглощения воды. Труднее понять, почему тело увеличивается из-за увеличивающегося движения его частиц. Если мы, однако, откажемся от рассмотрения вопроса «почему» в данном случае и ограничимся законом или способом, которым происходит это расширение, мы можем прийти к определенным и практическим результатам.Тем не менее, уместно заявить, что ультиматум, которого достигла наука в отношении причины этого расширения, состоит в том, что хедт в некотором роде противостоит сплоченности. В настоящее время совершенно бесполезно пытаться пойти дальше этого. Однако тот факт, что такое расширение имеет место как в твердых телах, так и в жидкостях, и что оно в определенных пределах достаточно однородно по определению в веществах, чтобы стать средством измерения температур, которым эти вещества подвергаются, является основой термометрических измерений.Но следует отчетливо иметь в виду еще один момент; термометры измеряют только физическое тепло. Таким образом, один фунт пара при 313 Fah. содержит достаточно тепла, чтобы нагреть пять с половиной фунтов воды до той же температуры, что легко продемонстрировать экспериментально. Отсюда следует, что абсолютное или общее количество единиц тепла, содержащихся в любом веществе, должно определяться каким-либо другим способом, кроме термометра, и что градус на термометре не может считаться единицей тепла. Что тогда такое единица тепла. Было решено учитывать количество тепла, необходимое для подъема одного фунта воды с 33 Fah.до 33 Фах. как единица тепла, и хотя, несомненно, есть некоторые небольшие источники ошибок в методе, он достаточно точен, чтобы учесть количество тепла, необходимое для поднятия одного фунта воды на один градус, где-то между 33 Fah. и 313 Fah. как постоянная величина.
Это также правильный вывод, что любое конкретное вещество в однородном состоянии, что касается когезионной способности его частиц, должно иметь одинаковую температуру, пока оно поддерживает это состояние, поскольку тепло является силой, противоположной когезии.Чем больше тепла, тем меньше сцепление, и наоборот. Вода, переходя из жидкого в твердое состояние, поддерживает такую ​​однородность состояния; поэтому его температуру можно считать постоянной. Он также поддерживает такую ​​же однородность состояния при переходе из жидкого состояния в пар при температуре кипения. Таким образом, точки замерзания и кипения воды можно рассматривать как два характерных ориентира температуры, от которых степень расширения некоторого однородно или почти равномерно расширяющегося вещества, например ртути, погруженной в воду в двух названных условиях, отмечается на шкала, деления могут быть произвольно сделаны в каждом направлении по одной и той же шкале, которая будет указывать температуры выше или ниже этих точек.По шкале Цельсия высота столба ртути, погруженного в ледяную воду, равна нулю, а расстояние между этой точкой и высотой того же столбца, погруженного в кипящую воду, делится на сто градусов, а по шкале Фаренгейта — первая указанная высота. 33 градуса выше нуля, и делит пространство между этой высотой и высотой, на которой ртуть стоит в кипящей воде, на сто восемьдесят делений, или градусов.
Наше внимание требует то, как можно определить количество тепла в любом теле по термометрическим показаниям.Установлен следующий закон. Общее количество тепла в любом теле — это сумма его скрытого тепла и его ощутимого тепла. Скрытое тепло определяется известной способностью исследуемого тела при заданных температурах поглощать тепло или, другими словами, превращать его в скрытое. Этот термин, скрытая теплота, не подходит, хотя мы все равно вынуждены использовать его из-за отсутствия лучшего. Мы используем его только для того, чтобы различать тепло, которое, действуя в массе материи и расходуя свою энергию в антагонизме с когезионным притяжением, не может быть распознано с помощью ощущений, как, например, свободное или ощутимое тепло.Скрытая или удельная теплоемкость различных тел стала предметом тщательного изучения, и были составлены справочные таблицы, чтобы предоставить готовые средства вычисления; но удельная теплоемкость всех тел изменяется по любой причине, которая уменьшает или увеличивает расстояние между частицами, составляющими их массу. Сжатие пара снижает его удельную теплоемкость, но увеличивает его температуру, и наоборот. Таким образом, удельная теплоемкость пара постоянна только при постоянном давлении.Теперь будет видно, что общее количество тепла, содержащегося в любом теле, можно определить с помощью термометра, только когда его удельная теплоемкость для всех температур была заранее определена. Это было сделано для многих веществ, включая воду и пар, для которых измерение тепла имеет наивысшее значение, поскольку только с помощью такого измерения могут быть решены вопросы экономии парогенераторов. Количество воды, испарившейся при постоянной температуре на фунт потребляемого горючего при постоянном давлении, является единственным надежным тестом экономичности парового котла.Когда испарение происходит при 313, требуемая однородность давления и, следовательно, температуры легко поддерживается, чего не было бы, если бы двигатель приводился в движение генерируемым паром или если бы была сделана попытка произвести пар с постоянной более высокой температура. Температуру питательной воды можно легко поддерживать на постоянной отметке, либо на уровне 313, либо при более низкой температуре, и количество этой воды, которое фунт топлива превратит в пар при 313, является точным показателем мощности бойлер для передачи тепла через корпус в содержащуюся в нем воду.

Что такое температура и что она на самом деле измеряет?

Предоставлено: Pixabay.

Каждый хоть раз в жизни пользовался термометром, но даже без него наши тела являются достойными датчиками для измерения того, насколько горячие или холодные предметы оказываются при контакте. Мы называем это свойство температурой, которая, говоря более техническим языком, представляет собой среднюю кинетическую энергию атомов и молекул, составляющих объект.

Тепло или температура?

Прежде чем мы продолжим обсуждение, важно кое-что сделать.

Часто тепло и температура используются как синонимы — это неправильно. Хотя эти два понятия связаны, температура отличается от тепла.

Температура описывает интернет-энергию системы, тогда как тепло относится к энергии, передаваемой между двумя объектами при разных температурах.

Но, как вы могли заметить, тепло может быть очень полезным при описании температуры.

Представьте себе чашку горячего кофе. Перед тем, как налить горячий эликсир жизни, чаша имела ту же температуру, что и окружающий ее воздух.Однако, как только он вступал в контакт с жидкостью, тепло передавалось, повышая его температуру. Теперь, если вы дотронетесь до чашки, вы почувствуете, что она горячая.

Но по прошествии достаточного времени и чашка, и ее содержимое достигнут теплового равновесия с окружающим воздухом. По сути, все они имеют одинаковую температуру, что является еще одним способом сказать, что чистой передачи энергии больше нет. Физики называют это «нулевым законом термодинамики». По этому принципу тепло может исходить только от тела, температура которого выше, чем от другого тела, с которым оно контактирует, и никогда наоборот.

Танец молекул

Все в этой вселенной находится в движении, и движение порождает кинетическую энергию. Чем быстрее движется частица, тем больше у нее кинетической энергии. Фактически, кинетическая энергия растет экспоненциально со скоростью частицы.

Какое отношение ко всему этому имеет температура? Ну, температура — это просто средняя мера кинетической энергии частиц вещества. Другими словами, температура просто описывает среднюю вибрацию частиц.

Поскольку все частицы движутся случайным образом, они не все движутся с одинаковой скоростью и в одном направлении. Некоторые сталкиваются друг с другом и передают импульс, еще больше увеличивая свое движение. По этой причине не все частицы, составляющие объект, будут иметь одинаковую кинетическую энергию.

Другими словами, когда мы измеряем температуру объекта, мы фактически измеряем среднюю кинетическую энергию всех частиц в объекте. Однако это всего лишь приближение.

Согласно этой линии рассуждений, чем выше температура, тем выше движение частиц. И наоборот, когда температура падает, частицы движутся медленнее. Например, в горячей воде красители распространяются быстрее, чем в холодной.

Вот почему при температуре абсолютного нуля движение частиц останавливается. Абсолютный ноль — это всего лишь теоретическая конструкция, и на практике она никогда не может быть достигнута. Однако физикам удалось охладить вещи до доли градуса выше нуля, улавливая атомы и молекулы или создавая экзотические фазы материи, такие как конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК).

Важно отметить, что температура не зависит от количества задействованных молекул. Стакан с водой имеет ту же температуру, что и котел с кипящей водой — в обоих сосудах есть молекулы воды с одинаковой средней кинетической энергией, независимо от количества вещества.

Температурные шкалы

Предоставлено: бортовой механик.

Для описания температуры используются различные шкалы. В Соединенных Штатах наиболее часто используемой единицей измерения температуры является градус Фаренгейта, в то время как во всем остальном мире используется градус Цельсия (или Цельсия).Физики часто предпочитают измерять температуру в градусах Кельвина, которые также являются стандартной международной единицей измерения температуры.

Для шкалы Кельвина ноль относится к абсолютному минимуму температуры, которую может иметь материя, тогда как по шкале Цельсия ноль градусов — это температура, при которой вода замерзает при давлении в одну атмосферу (273,15 Кельвина). При 100 градусах Цельсия вода закипает при давлении в одну атмосферу, предлагая аккуратную, линейную и удобную шкалу для описания температуры.

Заслуживает упоминания шкала Ренкина, наиболее часто используемая в технике. Размер градуса такой же, как градус Фаренгейта, но ноль шкалы равен абсолютному нулю. Часто для выражения температуры Ренкина используется просто R для «Ренкина», а не ° R. Ноль шкалы Ренкина составляет -459,67 ° F (абсолютный ноль), а точка замерзания воды — 491,67R.

Как измеряется температура

Из-за нашей врожденной способности чувствовать, насколько жарко или холодно, люди на протяжении всей истории мало использовали для точных измерений температуры.Тем не менее, всегда были индивидуалисты, склонные изучать вещи только ради разгадки природы или получения удовольствия от занятий наукой.

Герой, греческий философ и математик, приписывают идею первого термометра, написавшего в I веке н.э. о взаимосвязи между температурой и расширением воздуха в своей работе Pneumatics .

Древний текст пережил деградацию Римской империи и последующие темные века, пока не появился снова в эпоху Возрождения.

Ассортимент термометров Galileo различных размеров. Чем больше размер, тем точнее инструмент. Предоставлено: Amazon.

Считается, что работа Героя вдохновила Галилео Галилея на изобретение первого устройства, точно измеряющего температуру. Термометр Galileo состоит из нескольких стеклянных сфер, каждая из которых заполнена цветной жидкой смесью, которая часто содержит спирт, но может быть даже просто водой с добавлением пищевого красителя.

К каждому пузырю прикреплена металлическая бирка, указывающая температуру, которая также служит калиброванным противовесом, немного отличающимся от других.Эти плавающие шары тонут или плавают в окружающей воде, медленно и изящно тоня или поднимаясь вверх по толщине воды. Люди используют их и по сей день, в основном в декоративных целях.

Для более точных измерений используется традиционный ртутный термометр, жидкость которого расширяется с известной скоростью при нагревании и сжимается при понижении температуры. Остается просто снять показания, обозначенные тем местом, где на шкале заканчивается столбик жидкости.

Роберту Фладду, английскому врачу, приписывают разработку первого термометра в 1638 году, в физическую структуру которого была встроена шкала температуры.Даниэль Фаренгейт разработал первый ртутный термометр в 1714 году, который в конечном итоге стал золотым стандартом измерения температуры на протяжении веков.

калорий | единица измерения

Калория , единица энергии или тепла, определяемая по-разному.Первоначально калорийность определялась как количество тепла, необходимое при давлении в 1 стандартную атмосферу для повышения температуры 1 грамма воды на 1 ° Цельсия. С 1925 года эта калория определяется в джоулях, а с 1948 года считается, что одна калория равна примерно 4,2 джоуля. Поскольку известно, что количество тепла, представленное калорией, различается при разных температурах (на целых 1 процент), следовательно, необходимо определить температуру, при которой удельную теплоемкость воды следует принимать за 1 калорию.Таким образом, «15 ° калория» (также называемая грамм-калорией или малой калорийностью) была определена как количество тепла, которое повысит температуру 1 грамма воды с 14,5 ° до 15,5 ° C, что равно 4,1855 джоулей. Другими менее распространенными определениями в этой серии являются 20 ° калорий (4,18190 джоулей) от 19,5 ° до 20,5 ° C; и средняя калория (4,19002 джоулей), определяемая как ¹ / ₁₀₀ тепла, необходимого для повышения температуры 1 грамма воды с 0 ° до 100 ° C.

Другая калория, единица тепловой энергии, равна Международная таблица калорий (IT-калория), первоначально определенная как ¹ / ₈₆₀ международных ватт-часов.Он равен 4,1868 джоулей и используется в технических таблицах пара.

Единицей тепловой энергии, используемой в термохимии, является термохимическая калория, равная 4,184 джоулей. Он обычно используется как единица измерения теплоемкости, скрытой теплоты и теплоты реакции.

В популярном использовании термина «калория» диетологи свободно используют его для обозначения килокалории, иногда называемой килограммовой калорией, или большой калорийностью (равной 1000 калорий), при измерении калорийности, нагрева или метаболической ценности продуктов.Таким образом, «калории», подсчитываемые по диетическим причинам, на самом деле являются килокалориями, без префикса «килограммы»; в научных обозначениях калории с заглавной буквы. Другими словами, если в персике указано 40 калорий, это означает, что на самом деле в персике содержится 40 000 калорий.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

В области питания было предложено, чтобы килоджоуль заменил килокалорию в качестве предпочтительной единицы для обсуждения энергетической ценности продуктов питания.Такое изменение приблизит номенклатуру ученых-диетологов к номенклатуре других ученых. Коэффициент преобразования для выражения килокалорий в килоджоулях, рекомендованный Комитетом по номенклатуре Международного союза наук о питании, составляет 1 килокалорию, равную 4,184 килоджоулей, на основе килокалории, определенной при температуре от 14,5 ° до 15,5 ° C. Хотя в правительственных публикациях в настоящее время часто указывается энергия измеряется в килоджоулях и килокалориях, калории по-прежнему являются наиболее часто используемой единицей пищевой энергии во всем мире.

Измерение тепловых островов | Эффект теплового острова

Разработка подхода к оценке теплового острова вашего города

Ваш город — городской остров тепла? Где в городе «горячие точки» и более прохладные районы? Живут ли уязвимые группы населения, такие как пожилые люди или люди с низким доходом, в более теплых районах? Информация на этой странице может помочь вам ответить на эти вопросы. В нем представлены пошаговые инструкции по разработке подхода, позволяющего определить, влияет ли эффект теплового острова на ваш город, и если да, то как.

Вы начинаете с уточнения своих целей, что поможет сосредоточить ваши усилия на поиске и анализе информации, которая отвечает вашим потребностям. Затем вы можете перейти к разработке общего подхода, который включает определение географической области, которую вы будете изучать (где), определение соответствующего времени дня и сезона (когда) и рассмотрение того, какие типы данных подходят.

После того, как вы разработали свой подход и будете готовы начать фактическую оценку, вы можете использовать информацию в конце этой страницы, чтобы найти источники существующих данных и ссылки на подробные протоколы и методологии для сбора и анализа температуры и другой информации.

На этой странице представлена ​​простая схема принятия решений и основные соображения, которые следует учитывать при разработке оценки эффекта теплового острова в вашем городе. Он не содержит подробных инструкций по выполнению всестороннего анализа теплового острова, поскольку конкретные шаги, которые вы предпримете, будут зависеть от ваших целей, типов данных, которые вы решите использовать, и имеющихся у вас ресурсов.

Разъяснение целей

Упрощенное дерево решений для выбора подхода к оценке теплового острова города.Он начинается с определения цели, которая определяет тип и расположение требуемых данных о температуре, которые, в свою очередь, определяют, что и когда измерять. Первый и самый важный шаг — определить цели, которых вы пытаетесь достичь. Есть много причин для проведения оценки теплового острова, но наиболее распространенными являются две:

• Понимание последствий для энергии : Более высокие температуры в городах стимулируют спрос на кондиционирование воздуха, что приводит к увеличению счетов за электроэнергию в теплые месяцы года.Анализ того, как температура в городской местности отличается от температуры в окружающем регионе, поможет вам количественно оценить энергетическое воздействие.
• Понимание рисков для здоровья населения : острова тепла могут способствовать ухудшению качества воздуха, усиливать последствия экстремальной жары и подвергать здоровье людей более высокому риску. Выявление «горячих точек» в городе может помочь сосредоточить меры вмешательства там, где они наиболее необходимы во время аномальной жары.

Определение потребностей в данных

После уточнения целей вы готовы определить географический охват ваших усилий по сбору данных, тип необходимых данных (воздух илитемпература поверхности или и то, и другое), и где вы можете найти полезные источники существующих данных о температуре. Ваши цели будут определять ваши потребности в данных и источники.

Географическое покрытие (Где)

• Оценки, сфокусированные в первую очередь на воздействиях, связанных с энергией
• Оценки, сфокусированные на воздействиях на здоровье тепловых островов, как правило, сосредоточены на оценке различий в температурах воздуха между разными точками в пределах города (т. Е. На выявлении горячих точек).

Типы данных о температуре (что) и технологии сбора данных (как)

Следующим шагом после принятия решения о том, где проводить измерения, является выбор того, собирать ли данные о температуре воздуха, температуре поверхности или их комбинации.

На этой концептуальной карте с наложенными изотермами (линиями с одинаковой температурой воздуха) показан полностью развитый ночной атмосферный городской остров тепла. Пунктирная красная линия указывает на ход, вдоль которого производятся измерения. Предоставлено: Изменено из Voogt, 2000.

.

• Температуры воздуха , важные для оценки тепловых островов, — это те острова, которые находятся в пределах городского полога, от уровня земли до верхушек деревьев и зданий. Они наиболее полезны для исследования, целью которого является снижение рисков для здоровья населения, поскольку они являются лучшими индикаторами условий, с которыми в действительности сталкиваются люди.Температуру воздуха можно измерять напрямую, используя стандартные метеостанции и другие инструменты мониторинга и / или мобильные траверсы (автомобили с датчиками, которые регистрируют температуру вдоль фиксированной линии). Однако, поскольку сети мониторинга и маршруты обычно покрывают лишь часть территории города, они не могут дать репрезентативную картину температур в масштабах города. Модели городского климата можно использовать вместе с данными наблюдений для оценки температуры в местах, где нет полевых данных.

Спутниковый снимок Landsat многоузлового острова тепла в Атланте, штат Джорджия. Более темные тона обозначают более высокие температуры.

• Температура поверхности представляет собой тепловую энергию, выделяемую землей, зданиями и другими поверхностями. Технологии измерения температуры поверхностей, такие как приборы, установленные на спутниках и самолетах, могут обеспечить лучший географический охват, чем те, которые используются для регистрации температуры воздуха. Они могут выявить разницу температур в очень мелком масштабе: например, между крышами, тротуарами и лужайками.Однако спутниковые данные имеют ряд ограничений (см. «Рекомендации по измерению температуры поверхности» ниже). Комбинация спутниковых данных о температуре поверхности и данных станций мониторинга или маршрутов о температуре воздуха дает наиболее полную картину теплового острова города.

• Сезонные и суточные температурные режимы — еще один элемент данных, который следует учитывать. Например, ночные температуры могут представлять более высокий риск для здоровья, чем дневные, а тепловые острова могут существовать не в летнее время, а в другие сезоны.

Основные соображения

Точная оценка теплового острова города — сложное мероприятие, в котором задействовано множество переменных. При разработке вашего подхода важно принять во внимание ключевые соображения, перечисленные ниже.

Рекомендации по измерению температуры воздуха

• Оцените и нанесите на карту местоположения существующих мониторов данных (таких как стандартные метеостанции и другие сети мониторинга), чтобы определить районы города с пробелами в информации, имеющими отношение к вашему конкретному анализу.
• Выберите места сбора данных, которые репрезентативны для окружающей среды с точки зрения материалов поверхности, геометрии и человеческой деятельности.
• Создайте разумное количество участков мониторинга, чтобы избежать предвзятости (например, сравнение данных только одного городского объекта с данными одного сельского участка может неточно характеризовать тепловой остров города).

• Следуйте согласованному протоколу в отношении расположения мониторов, высоты и направления датчиков, защиты от солнечного света и других ключевых факторов, которые могут влиять на регистрируемые температуры.Например, крыши являются популярным местом для мониторов температуры воздуха, но зарегистрированные температуры могут быть неточными, если мониторы расположены слишком близко к оборудованию отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на крыше.
• Четко задокументируйте методологию и метаданные исследования (например, период времени, пространственную область).

Рекомендации по измерению температуры поверхности

Температура поверхности может быть измерена косвенно с помощью спутников, самолетов и наземных инструментов.Хотя можно оценить температуру воздуха по данным о температуре поверхности, эти оценки менее надежны, чем прямые измерения.

• Спутники обеспечивают обширный географический охват, но не могут отображать более тонкие детали горячих точек в окрестностях. Деревья или высокие здания могут мешать спутникам точно фиксировать температуру поверхностей на уровне земли. Данные собираются только в то время, когда спутник проходит над городом, и доступны только при ясных погодных условиях.
• Данные о температуре поверхности от бортовых приборов предлагают более высокое разрешение, чем со спутников, поскольку самолеты летают на более низких высотах, но данные с самолетов более дороги и обеспечивают неравномерное покрытие.
• Наземное тепловое зондирование (например, с использованием ручных инструментов, которые направляют на поверхности для измерения их температуры) может использоваться для получения данных о температуре поверхности для конкретных городских объектов (например, парковок по сравнению с городскими парками) или различных поверхностей типы, такие как светлые крыши по сравнению с темными крышами.

Источники исторических и текущих данных о температуре

После того, как вы уяснили цели оценки теплового острова и определили, что, где и как получать данные о температурах, вы готовы приступить к поиску и анализу данных. Некоторые из необходимых вам данных могут уже существовать (см. Таблицы ниже для общих источников исторических и текущих бесплатных данных о температуре воздуха и поверхности), но важно помнить, что вам все равно может потребоваться провести собственные полевые работы, чтобы получить самый точный снимок теплового острова вашего города.

Данные о температуре воздуха

Данные о температуре поверхности

Дополнительная информация

После того, как вы закончите разработку подхода к оценке теплового острова вашего города, вы можете найти подробное руководство по проведению оценки, включая пошаговые процедуры и протоколы здесь:

Temperature — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

теоретическое определение

Следует соблюдать осторожность при определении температуры, чтобы не путать ее с теплотой.Тепло — это форма энергии. Температура-то другое. Мы могли бы начать с технического определения, но я бы предпочел начать с вопроса. Насколько жарко? Ответ на этот вопрос (или на подобный вопрос) — измерение температуры. Чем горячее что-то, тем выше его температура. Поэтому я хотел бы предложить следующее неформальное определение — температура — это мера жара.

В науке величины обычно определяются оперативно (в процессе их измерения) или теоретически (в терминах теорий конкретной дисциплины).Мы начнем с теоретического определения температуры и закончим операционным определением.

Давайте рассмотрим то, что вы уже должны знать.

1. Система обладает энергией, если она способна выполнять работу.
2. Энергия бывает двух основных форм: кинетическая энергия движения и потенциальная энергия положения.
3. Энергия сохраняется; иными словами, он не может быть создан или уничтожен. Когда одна форма энергии уменьшается, другая форма должна увеличиваться.

Типичным примером этого является скала на вершине холма. Из-за своей высоты над подножием холма он обладает потенциальной гравитационной энергией. Дайте ему толчок, и он начнет катиться. Если мы предположим идеальную ситуацию замкнутой системы, в которой энергия не теряется при спуске, тогда начальная потенциальная энергия породы будет равна ее конечной кинетической энергии.

А теперь сделаем еще один шаг вперед к архетипическому примеру. Предположим, камень врезается в стену. Ни камень, ни стена не эластичны, поэтому камень останавливается.Теперь кажется, что мы нарушили закон сохранения энергии. Кинетическая энергия потеряна, и ничто не заменило ее. Куда ушла энергия?

Ответ на этот вопрос: внутри скалы. Энергия была преобразована из внешней энергии , видимой как движение скалы в целом, во внутреннюю энергию движения невидимых частей, составляющих скалу. Две энергии идентичны по размеру, но различаются по внешнему виду.Внешняя энергия видна, потому что она организована. Поступательная кинетическая энергия камня обусловлена ​​скоординированным движением. Все части движутся вперед вместе. Энергия вращения также согласована. Все части вместе вращаются вокруг центра масс. Напротив, внутренняя кинетическая энергия камня невидима, поскольку куски очень маленькие и многочисленные, а их движение совершенно нескоординировано. Их движения статистически случайны со средним значением, равным нулю, что делает энергию в значительной степени невидимой для нас, макроскопических существ.

Потенциальная энергия также может существовать во внешней и внутренней формах. Я не буду приводить здесь пример, но скажу, что внешняя потенциальная энергия относительно очевидна. (Смотрите, на вершине холма есть камень.) Внутренняя потенциальная энергия более неясна. (Посмотрите, есть атом рядом с другим атомом.) Внутренняя потенциальная энергия отвечает за скрытое тепло — тема, которая обсуждается позже в этой книге.

Если вы верите, что объекты могут обладать внутренней энергией, тогда нетрудно поверить, что они могут обмениваться этой энергией.Он известен как термоконтакт . Несводимые части объектов, ответственные за перенос внутренней энергии, известны как атомы — от греческого «α τομή» [ a tomi ], что означает «нельзя разрезать», — но вера в атомы не является необходимостью. Это просто облегчает жизнь. (Удивительно, но большая часть теплофизики и термодинамики была разработана до того, как атомы стали в целом считаться реальными.) Поскольку мы имеем дело с большим количеством атомов в нескоординированном движении, будут моменты и места, где передача внутренней энергии будет происходить в одном направлении. и разное время и места, где передача внутренней энергии будет идти в противоположном направлении.Поскольку числа настолько невообразимо велики, нас действительно не волнует, что происходит с каким-либо одним атомом. Все, что мы можем наблюдать в таких случаях, — это чистая или полная передача внутренней энергии. Это известно как тепло. Если чистый обмен внутренней энергии равен нулю; то есть, если тепло не течет из одной области в другую; тогда считается, что вся система находится в тепловом равновесии . Тепло , таким образом, представляет собой чистый перенос внутренней энергии из одной области в другую.

Ничего нельзя сказать, что имеет тепла или хранит тепло.Вместо этого мы говорим, что тепло течет из одного места в другое. Направление указано знаком перед числом. Используйте «+», когда тепло поступает, и «-», когда тепло выходит. Тепло может перемещаться влево, вправо, вверх, вниз, вперед или назад, но обычно это не так. Тепло — это форма энергии, а энергия скалярна, поэтому конкретные направления и углы, а также все остальные векторные элементы не имеют значения.

Тепло — это форма энергии, а единицей энергии является джоулей [Дж], поэтому тепло следует измерять в джоулях.Однако до того, как это стало известно, у тепла были свои особые подразделения; как калория и британская тепловая единица [BTU]. По какой-то причине они до сих пор широко используются в Соединенных Штатах — калорийность для пищевой энергии (которая на самом деле составляет килокалории) и британские тепловые единицы для печей, кондиционеров, плит и холодильников. Эти единицы будут обсуждаться более подробно в следующем разделе этой книги.

Возвращение к температуре. Что это?

Две области в тепловом контакте имеют одинаковую температуру , когда между ними нет чистого обмена внутренней энергией.Таким образом, температура определяет направление теплового потока — из области с более высокой температурой и в области с более низкой температурой. Если говорить более кратко, тепло перетекает от горячего к холодному. Это теоретическое определение температуры.

оперативное определение

Температура измеряется термометром . Основной принцип работы всех термометров заключается в том, что существует некоторая величина, называемая термометрической переменной , которая изменяется в ответ на изменения температуры.Связь между температурой и термометрической переменной может быть прямой или обратной, или она может определяться полиномиальной или степенной функцией. В любом случае измеряется термометрическая переменная. Нет возможности напрямую измерить температуру.

После того, как мы определились с термометрической переменной, которую нужно измерить, следующим шагом будет выбор шкалы температур .Не потому, что «единицы имеют значение» (как говорит каждый учитель физики, когда вычитают баллы у студентов, которые забыли записать их на тесте), а потому, что температура не имеет значения без значений, определенных как стандартные. В термометрии нам нужно фиксированных точек : воспроизводимые эксперименты, основанные на естественных явлениях, которые происходят при определенной температуре в заданном наборе условий. На самом деле нам нужны как минимум две фиксированные точки и определенный диапазон чисел (называемый фундаментальным интервалом ) между нижней фиксированной точкой и верхней фиксированной точкой .Другая причина того, что рабочее определение температуры так тесно связано с температурными шкалами, заключается в том, что ранняя наука термометрии связана с изобретением и созданием термометров.

Первый термометр был построен на территории современной северной Италии в 17 веке Санкториусом Санкториусом (1561–1636), первым врачом, который регистрировал такие жизненно важные показатели, как вес и температура тела; Галилео Галилей (1564–1642), человек, который в основном изобрел научный метод; или Джованни Франческо Сагредо (1571–1620), мастера по изготовлению инструментов, которого иногда называют «учеником» Галилея.Все трое построили так называемые стеклянные термометры для жидкости и , которые состоят из стеклянного резервуара с жидкостью, прикрепленного к узкой стеклянной трубке. При повышении температуры жидкость расширяется и поднимается по трубке. Когда температура снижается, жидкость сжимается и падает обратно в трубку. Таким образом, высота столбца связана с температурой простым линейным образом. Галилей не наносил шкалу на свое устройство, поэтому то, что он изобрел, лучше назвать термоскопом , поскольку все, что он может сделать, это показать изменение температуры, а не измерить их.Санкторус добавил шкалу к стеклянному термоскопу с воздухом, и, таким образом, его можно приписать изобретению термометра, но…. Воздух в стеклянных устройствах реагирует на изменения давления, а также на изменения температуры, и давление не было чем-то, что было хорошо изучено в то время. Сагредо добавил к своему термометру шкалу с 360 делениями, имитирующую классическое деление круга. С тех пор единицы температуры назывались «градусами» независимо от того, было ли их 360 в основном интервале.

Роберт Гук (1635–1703) из Лондона был первым, кто предложил использовать точку замерзания воды в качестве нижней фиксированной точки. Оле Рёмер (1644–1710) из Копенгагена присвоил значение 7,5 ° для точки замерзания и 60 ° для точки кипения воды, так что нормальная температура тела будет составлять 22,5 °, что в три раза больше точки замерзания. В те времена, когда термометры градуировались вручную, такие уловки обычно были встроены в температурные шкалы.

В любом случае, нормальная температура тела не является той фиксированной точкой, которая удовлетворяет потребности серьезной термометрии.Слишком много вариаций в концепции «нормального» применительно к людям. (Более значимым будет термин «средний».) У разных людей может быть разная температура тела, и они все равно считаются здоровыми, и температура тела каждого человека меняется в течение дня. Мы самые холодные рано утром и самые жаркие в середине дня. Такое число переменной просто не сокращает его, как фиксированное число .

Некоторые другие неудачные идеи для фиксированных точек включают…

• подмышка здорового англичанина
• самый глубокий подвал Парижской обсерватории
• Самая жаркая летняя температура Италии, Сирии, Сенегала,…
• точка застывания анисового масла, льняного масла, оливкового масла,…
• точка плавления масла, воска,…
• температура кипения спирта, вина,…
• кухонный огонь, достаточно горячий для жарки продуктов
• пламя свечи
• Самая горячая ванна, которую может выдержать мужчина, не помешивая ее рукой
• соляно-ледяные смеси

по Фаренгейту

Самыми долгоживущими из используемых до сих пор температурных шкал является работа Даниэля Габриэля Фаренгейта (1686–1736).Фаренгейт родился в немецкой семье, жившей в Данциге, Пруссия (ныне Гданьск, Польша). Когда ему было 15 лет, он потерял обоих родителей из-за отравления грибами и поступил в ученики к местному торговцу, который позже перевез его в Нидерланды. Фаренгейту не нравилась эта аранжировка, и он просто пропустил своего хозяина. Стажировка меньше похожа на стажировку современных студентов колледжа и больше похожа на семилетнюю трудовую жизнь по договору.

Во время бегства из дома и в течение нескольких лет после этого Фаренгейт путешествовал по Нидерландам, Дании, Германии, Швеции и Польше; приобрел технические навыки, такие как выдувание стекла и изготовление инструментов; и изучил голландский, французский, английский языки и теплофизику.

Когда ему было 28 лет, он поразил научное сообщество, сконструировав пару термометров, которые давали неизменно идентичные показания. Что меня поражает, так это то, что кто-то нашел бы этот поступок поразительным, но, очевидно, никто никогда не делал этого раньше.

Сагредо, ставший историческим термометром на 360 градусов, присвоил 0 ° смеси снега и соли, 100 ° снегу и 360 ° самому жаркому летнему дню. Такие термометры, которые впервые были построены в северной Италии, были откалиброваны по неизменяемым фиксированным точкам.Это означало, что термометры, изготовленные в 1650 году, давали другие результаты, чем термометры, изготовленные в 1651 году, а термометры, изготовленные во Флоренции, давали другие результаты, чем те, которые были изготовлены в Венеции.

Фаренгейта остановился на трех фиксированных точках, которые он подробно описал в документе, представленном Лондонскому королевскому обществу в 1724 году. (Акцент был добавлен к некоторым ключевым словам .)

Hujus scalæ divisio tribus nititur terminis fixis, qui arte Sequentimodo parari Possunt; primus illorum in informa parte vel initio scalæ reperitur, & commixtione glaciei, aqu, & salis Armoniaci vel etiam maritimi acquiritur; huic mixturæ si thermometron imponitur, fluidum ejus usque ad gradum, qui zero notatur, спуститься.Melius autem hyeme, quam æstate hoc экспериментум успеха.		Деление шкалы зависит от трех фиксированных точек, которые можно определить следующим образом. Первый находится в неоткалиброванной части или в начале шкалы и определяется смесью льда, воды и хлорида аммония или даже морской соли . Если термометр помещен в эту смесь, его жидкость опускается до градуса, отмеченного цифрой ноль .Зимой этот эксперимент удается лучше, чем летом.
Secundus terminus obtinetur, si aqua & glacies absque memoratis salibus commiscentur, imposito thermometro huic mixturæ, fluidum ejus tricesimum secundum Occidentat gradum, & terminus initii congelationis a me voice; aquæ enim stagnantes tenuissima jam glacie obducuntur, quando hyeme liquor thermometri hunce gradum attingit.		вторая точка получается, если вода и лед смешиваются без вышеупомянутых солей. Когда термометр помещается в эту смесь, ее жидкость достигает 32 и градуса. Я называю эту точку замерзания . Ведь стоячая вода уже покрыта очень тонким слоем льда, когда жидкость термометра достигает этой точки зимой.
Terminus tertius в nonagesimo sexto gradient reperitur; & spiritus usque ad hunc gradum dilatatur, dum thermometrum в руду sub axillis hominis в statu sano viventis tam diu tenetur donec perfectissime calorem corporis acquisivit.		Третья точка расположена на 96-м градусе градуса. Алкоголь расширяется до этой точки, когда он находится во рту или под мышкой здорового человека, пока он полностью не наберет его тепла тела .
Даниэль Габриэль Фаренгейт, 1724		Перевод Дж. Холланда для sizes.com

После смерти Фаренгейта эти фиксированные точки были изменены, так что шкала с его именем теперь имеет только две, более разумные фиксированные точки.Нормальная точка замерзания воды оставалась на уровне 32 ° F, но точки нагрева соленой воды и тела были понижены в пользу верхней фиксированной точки 212 ° F при нормальной температуре кипения воды. Это разделило основной интервал на 180 градусов, что было приемлемым числом для работы. Разделить интервал на половины или трети (или степени половин и третей) не так уж и плохо. Настоящая проблема — это пятые. Множители 96: 2, 2, 2, 2, 2, 3; который лишен страшных пятерок.Множители 180: 2, 2, 3, 3, 5; который включает пять, но, по крайней мере, есть только один. Множители 100: 2, 2, 5, 5; у которого вдвое больше пятерок, чем у 180, а значит, вдвое больше страха.

по Цельсию

НЕ ЗАВЕРШЕНО

Рене Реомюр (1683–1757) Франция. Андерс Цельсий (1701–1744) Швеция.

Поскольку между двумя контрольными точками есть сто градусов, были использованы названия градусов Цельсия и сотых градусов , а также название градусов Цельсия .В 1948 году эти альтернативные названия были исключены, и в качестве официального названия был выбран градус Цельсия. Это было сделано в честь Цельсия за его работу по разработке исходной системы и во избежание непоследовательного использования префикса centi. Название «градус по Цельсию» подразумевает, что существует единица измерения, называемая «градус».

кельвин

НЕ ЗАВЕРШЕНО

Уильям Томсон, лорд Кельвин (1824–1907) Ирландия – Шотландия предлагает первую шкалу абсолютных температур. Рудольф Клаузиус (1822–1888) Германия предложил изменить шкалу таким образом, чтобы размер одного градуса по шкале Томсона был равен одному градусу Цельсия.

Международная температурная шкала (ITS)

Несколько фиксированных точек.

преобразование температуры

Большинство преобразований единиц выполняется с помощью масштабирования . Вы берете число с единицей измерения и умножаете (или делите) на коэффициент преобразования, чтобы получить новое число с новой единицей. Число само по себе может быть больше или меньше после преобразования, но число с единицей идентично, поскольку коэффициент преобразования является отношением, равным единице.Единицы измерения температуры не всегда могут быть преобразованы таким образом, поскольку не все температурные шкалы присваивают нулевое значение одной и той же фиксированной точке. Для преобразования температуры часто требуется перевод на , чтобы нули выровнялись. Вы берете число с единицей измерения и добавляете (или вычитаете) коэффициент преобразования с числом и единицей. Вы можете сделать это до или после любого масштабирования, в зависимости от того, что вам удобно. Комбинация масштабирования и трансляции называется линейным преобразованием (или линейным отображением ).

Самым простым преобразованием температуры является градус Кельвина в градус Цельсия. Размеры двух блоков идентичны по конструкции. Температурный интервал 1 K соответствует 1 ° C, поэтому коэффициент масштабирования составляет 1 ° C / 1 K. Температура абсолютного нуля называется 0 K по шкале Кельвина и -273,15 ° C по шкале Цельсия, поэтому требуется коэффициент перевода −273 ° C. Таким образом, мы в основном умножаем на единицу, что то же самое, что ничего не делаем, и вычитаем 273. Обратное преобразование столь же просто.

Позвольте мне кое-что рассказать. Последняя часть этого раздела действительно полезна только для граждан и жителей США. Между температурой кипения и замерзания воды от 180 ° F до 100 ° C. Это дает коэффициент масштабирования 180 ° F / 100 ° C при преобразовании из градусов Цельсия в градусы Фаренгейта, который уменьшается до 5/9. Ноль шкалы Цельсия находится на 32 градуса выше нуля шкалы Фаренгейта, поэтому необходим коэффициент перевода +32 ° F.

Обратное преобразование (градусы Фаренгейта в градусы Цельсия), как мне кажется, лучше всего производить немного по-другому. Начните с выравнивания нулевых точек путем вычитания 32 ° F, затем используйте коэффициент масштабирования 100 ° C / 180 ° F или 5/9.

Для тех из вас, кто предпочитает линейные преобразования в форме y = mx + b , вот это последнее преобразование снова…

Единственное преимущество этой записи состоит в том, что ее можно использовать, чтобы показать, что…

0 ° F = -17.78 ° С

Совершенно того стоит.