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混合固体比热容的计算方式以及应用

  • 文章来源:未知 / 作者:admin / 发布时间:2024-01-13
  •   比热容是单位质量的某种物质升单位温度所需的热量。其际单位制中的单位是焦耳每千克摄氏度(J /(kgK) 或 J /(kg℃),J是焦耳,K是热力学温标,与摄氏度℃相等),即令1千克的物质的温度上升(或下降)1摄氏度所需的能量。根据此定理,基本便可得出以下公式:

      E为吸收的热量,中学的教科书里为Q;m是物体的质量,⊿T是吸热(放热)后温度所上升(下降)值,初中的教材里把T写成t,其实这是很不规范的(我们生活中常用℃作为温度的单位,很少用K,而且T=t因此中学阶段都用⊿t,但际上或者更等的科学域,还是使用⊿T)。

      物质的比热容与所行的过程有关。在程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比热容三种。

      定压比热容Cp:是单位质量的物质在压力不变的条件下,温度升或下降1℃或1K所吸收或放出的能量。

      定容比热容Cv:是单位质量的物质在容积(体积)不变的条件下,温度升或下降1℃或1K吸收或放出的内能。

      饱和状态比热容:是单位质量的物质在某饱和状态时,温度升或下降1℃或1K所吸收或放出的热量。

      在际单位制中,能量、、热量的主单位统为焦耳,温度的主单位是开尔文,因此比热容的际单位为J/(kgK),读作焦[耳]每千克开[尔文]。([]内的字可以省略。)

      般情况下,热容与比热容均为温度的函数,但在温度变化范围不太大时,可近似地看为常量。于是有Q=C(T2-T1)=mc(T2-T1)。如令温度改变量T=T2-T1,则有Q=cmT。这是中学中用比热容来计算热量的基本公式。

      (涉及到物态变化时的热量计算不能直接用Q=cmT,因为不同物质的比热容般不同,发生物态变化后,物质的比热容变化了。)

      初是在18纪,苏格兰的物理学家兼化学家J.布莱克发现质量相同的不同物质,上升到相同温度所需的热量不同,而提出了比热容的概念。几乎何物质皆可测量比热容,如化学元素、化合物、合金、溶液,以及复合材料。

      历史上,曾以水的比热来定义热量,将1克水升1度所需的热量定义为1卡路里。

      Cp 定压比热容:压强不变,温度随体积改变时的热容,Cp=dH/dT,H为焓。

      Cv 定容比热容:体积不变,温度随压强改变时的热容,Cv=dU/dT,U为内能。

      对于固体和液体,均可以用比定压热容Cp来测量其比热容,即:C=Cp (用定义的方法测量 C=dQ/mdT)。

      金属比热容有个简单的规律,即在定温度范围内,所有金属都有固定的摩尔热容:

      注:当温度远低于200K时 关系不再成立,因为对于T趋于0,C也将趋于0。

      水的比热容较大,在农业生产和日常生活中有广泛的应用。这个应用主要考虑两个方面,是定质量的水吸收(或放出)很多的热而自身的温度却变化不大,有利于调节气候;二是定质量的水升(或降低)定温度吸热(或放热)很多,有利于用水作冷却剂或取暖。

      水的比热容较大,对于气候的变化有显著的影响。在同样受热或冷却的情况下,水的温度变化小些,水的这个征对气候影响很大,白天沿海地区比内陆地区温升慢,夜晚沿海温度降低少,为此天中沿海地区温度变化小,内陆温度变化大,年之中夏季内陆比沿海炎热,冬季内陆比沿海寒冷。海陆风的形成原因与之类似。

      据新华社消息,三峡水库蓄水后,这个界上大的人湖将成为个天然空调,使山城重庆的气候冬暖夏凉。据估计,夏天气温可能会因此下降5℃,冬天气温可能会上升3到4℃。

      晴朗无风的夏日,海岛上的地面气温,于周围海上气温,并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流,这是海洋热岛效应的表现。近年来,由于城市人口集中,业发达,交通拥塞,大气污染严重,且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成,在温度的空间分布上, 城市犹如个温暖的岛屿,从而形成城市热岛效应。在缓解热岛效应方面,家测算,个中型城市环城绿化带树苗长成浓荫后,绿化带常年涵养水源相当于座容积为1.14×10m的中型水库,由于水的比热容大,能使城区夏季温下降1℃以上,有效缓解日益严重的热岛效应。

      水库的建立,水的增加,而水的比热容大,在同样受冷受热时温度变化较小,从而使夏天的温度不会升得比过去,冬天的温度不会下降的比过去低,使温度保持相对稳定,从而水库成为个巨大的天然空调。

      人们很早就开始用水来冷却发热的机器,在电脑CPU散热中可以利用散热片与CPU核心接触,使CPU产生的热量通过热传导的方式传输到散热片上,然后利用风扇将散发到空气中的热量带走。但水的比热容远远大于空气,因此可以用水代替空气作为散热介质,通过水泵将内能增加的水带走,组成水冷系统。这样CPU产生的热量传输到水中后水的温度不会明显上升,散热性能优于上述直接利用空气和风扇的系统。

      热机(例如汽车的发动机,发电厂的发电机等)的冷却系统也用和水做为冷却液,也是利用了海水的比热容大这性。

      水稻是喜温作物,在每年三四月份育苗的时候,为了防止霜冻,农民普遍采用浅水勤灌的方法,即傍晚在秧田里灌些水过夜,二天太阳升起的时候,再把秧田中的水放掉。根据水的比热容大的性,在夜晚降温时,使秧苗的温度变化不大,对秧苗起了保温作用。

      诸如在炎热的夏天古代皇室用流水从屋上流下,起了防暑降温作用;夏威夷是太平洋深处的个岛,那里气候宜人,是旅游度假的圣地,除了景人之外,还有个主要原因就是冬暖夏凉。

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