Расчет количества теплоты для нагревания тела | 8 класс

Содержание

Количество теплоты — еще один изученный нами вид энергии. Эту энергию тело получает или отдает при теплопередаче. Мы установили, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от массы тела, разности температур и рода вещества. Нам известен физический смысл удельной теплоемкости и некоторые ее табличные значения для разных веществ. В этом уроке мы перейдем к численному расчету количества теплоты, необходимой для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении. 

Зачем это нужно? На самом деле, на практике очень часто используют подобные расчеты.

При строительстве зданий и проектировании систем отопления важно знать, какое количество теплоты необходимо отдавать для полного обогрева всех помещений. С другой стороны, также необходима информация о том, какое количество теплоты будет уходить через окна, стены и двери. 

Формула для расчета количества теплоты

Допустим, на нужно узнать, какое количество теплоты получила при нагревании железная деталь. Масса детали $3 \space кг$. Деталь нагрелась от $20 \degree C$ до $300 \degree C$. 

Возьмем значение теплоемкости железа из таблицы — $460 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$. Объясним смысл этой величины: на нагревание куска железа массой $1 \space кг$ на $1 \degree C$ необходимо затратить количество теплоты, равное $460 \space Дж$. 

• Масса детали у нас в 3 раза больше, значит, на ее нагрев потребуется в 3 раза большее количество теплоты — $1380 \space Дж$
• Температура изменилась не на $1 \degree C$, а на $280 \degree C$
• Значит, необходимо в 280 раз большее количество теплоты: $1380 \space Дж \cdot 280 = 386 400 \space Дж$

{"questions":[{"content":"Известно, что при охлаждении слитка золота массой $2 \\space кг$ на $1 \\degree C$ выделяется $260 \\space Дж$. Какое количество теплоты выделится при охлаждении слитка на $10 \\degree C$? [[input-1]] Дж.","widgets":{"input-1":{"type":"input","inline":1,"answer":"2600"}},"hints":[]}]}

Тогда, формула для расчета количества теплоты, необходимой для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении примет вид:

$Q = cm(t_2 — t_1)$,

где $Q$ — количество теплоты,
$c$ — удельная теплоемкость вещества, из которого состоит тело,
$m$ — масса тела,
$t_1$ — начальная температура тела,
$t_2$ — конечная температура тела.

Чтобы рассчитать количество теплоты, которое необходимо затратить для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, нужно удельную теплоемкость умножить на массу тела и на разность конечной и начальной температур.

Рассмотрим подробнее особенности расчета количества теплоты на примерах решения задач.

Расчет количества теплоты, затраченного на нагревание двух тел

В железный котелок массой $4 \space кг$ налили воду массой $10 \space кг$ (рисунок 1). Их температура $25 \degree C$. Какое количество теплоты нужно затратить, чтобы нагреть котелок и воду до температуры $100 \degree C$?

Рисунок 1. Нагревание воды в котелке.

Обратите внимание, что нагреваться будут сразу два тела: и котелок, и вода в нем. Между постоянно будет происходить теплообмен. Поэтому их температуры мы можем считать одинаковыми. 

Отметим, что массы котелка и воды различные. Также они имеют различные теплоемкости. Значит, полученные ими количества теплоты будет различными.

Теперь мы можем записать условие задачи и решить ее.

Дано:
$m_1 = 4 \space кг$
$c_1 = 460 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$
$m_2 = 10 \space кг$
$c_2 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$
$t_1 = 25 \degree C$
$t_2 = 100 \degree C$

Q-?

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Для расчета полученного количества теплоты используем формулу $Q = cm(t_2 — t_1)$.

Запишем эту формулу для количества теплоты, полученного котелком:
$Q_1 = c_1m_1(t_2 — t_1)$.

Рассчитаем это количество теплоты:
$Q_1 = 460 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C} \cdot 4 \space кг \cdot (100 \degree C — 25 \degree C) = 1840 \frac{Дж}{\degree C} \cdot 75 \degree C = 138 000 \space Дж = 138 \space кДж$.

Количество теплоты, полученное водой при нагревании будет равно:
$Q_2 = c_2m_2(t_2 — t_1)$.

Подставим численные значения и рассчитаем:
$Q_2 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C} \cdot 10 \space кг \cdot (100 \degree C — 25 \degree C) = 42000 \frac{Дж}{\degree C} \cdot 75 \degree C = 3 150 000 \space Дж = 3150 \space кДж$.

Общее количество теплоты, затраченное на нагревание котелка и воды:
$Q = Q_1 +Q_2$,
$Q = 138 \space кДж + 3150 \space кДж = 3288 \space кДж$.

Ответ: $Q = 3288 \space кДж$.

Расчет количества теплоты при смешивании жидкостей

Горячую воду разбавили холодной и получили температуру смеси $30 \degree C$. Горячей воды с температурой $100 \degree C$ при этом было $0.3 \space кг$. Холодная вода имела массу $1.4 \space кг$ и температуру $15 \degree C$. Рассчитайте, какое количество теплоты было отдано горячей водой при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты.

Дано:
$c_1 = c_2 = c = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$
$m_1 = 0.3 \space кг$
$m_2 = 1.4 \space кг$
$t_1 = 100 \degree C$
$t_2 = 15 \degree C$
$t = 30 \degree C$

$Q_1 — ?$
$Q_2 — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Запишем формулу для расчета количества теплоты, отданного горячей водой при остывании от $100 \degree C$ до $30 \degree C$:
$Q_1 = cm_1(t_1 — t)$.

Рассчитаем эту величину:
$Q_1 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C} \cdot 0.3 \space кг \cdot (100 \degree C — 30 \degree C) = 1260 \frac{Дж}{\degree C} \cdot 70 \degree C = 88 200 \space Дж = 88.2 \space кДж$.

Запишем формулу для расчета количества теплоты, полученного холодной водой при нагревании от $15 \degree C$ до $30 \degree C$:
$Q_2 = cm_2(t — t_2)$.

Рассчитаем эту величину:
$Q_1 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C} \cdot 1.4 \space кг \cdot (30 \degree C — 15 \degree C) = 5880 \frac{Дж}{\degree C} \cdot 15 \degree C = 88 200 \space Дж = 88.2 \space кДж$.

$Q_1 = Q_2 = 88.2 \space кДж$.

Ответ: $Q_1 = Q_2 = 88.2 \space кДж$.

В ходе решения этой задачи мы увидели, что количество теплоты, отданное горячей водой, и количество теплоты, полученное холодной водой, равны. Другие опыты дают схожие результаты. 

Значит,

Если между телами происходит теплоообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.

{"questions":[{"content":"При смешивании горячей и холодной воды между ними происходит теплообмен. При этом[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["внутренняя энергия горячей воды увеличивается","внутренняя энергия горячей воды уменьшается","внутренняя энергия холодной воды увеличивается","внутренняя энергия холодной воды уменьшается"],"answer":[1,2]}},"hints":[]}]}

На практике часто получается так, что отданная горячей водой энергия больше, чем полученная холодной. На самом деле, горячая вода при охлаждении передает какую-то часть своей внутренней энергии воздуху и сосуду, в котором происходит смешивание.

Есть 2 способа учесть этот фактор:

• Если мы максимально сократим потери энергии, то добьемся приблизительного равенства отданной и полученной энергий
• Если рассчитать и учесть потери энергии, то можно получить точное равенство

Расчет температуры при известной величине количества теплоты

При нагревании куска меди было затрачено $22 \space кДж$. Масса этого куска составляет $300 \space г$. Начальная температура была равна $20 \degree C$. До какой температуры нагрели кусок меди?

Дано:
$m = 300 \space г$
$t_1 = 20 \degree C$
$c = 400 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C}$
$Q = 22 \space кДж$

СИ:
$0.3 \space кг$

$22 000 \space Дж$

$t_2 — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Запишем формулу для расчета количества теплоты:
$Q = cm(t_2 — t_1)$.

Постепенно выразим из этой формулы искомую температуру $t_2$:
$t_2 — t_1 = \frac{Q}{cm}$,
$t_2 = \frac{Q}{cm} + t_1$.

Рассчитаем $t_2$:
$t_2 = \frac{22 000 \space Дж}{400 \frac{Дж}{кг \cdot \degree C} \cdot 0.3 \space кг} + 20 \degree C \approx 183 \degree C + 20 \degree C \approx 203 \degree C$.

Ответ: $t_2 \approx 203 \degree C$.

Расчёт количества теплоты при нагревании или охлаждении тела

Урок 6. Физика 8 класс (ФГОС)

В этом видеоуроке мы с научимся рассчитывать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении. А также познакомимся с прибором, с помощью которого можно это количество теплоты измерить.




Конспект урока «Расчёт количества теплоты при нагревании или охлаждении тела»

На прошлых уроках мы с вами познакомились с понятием «внутренняя энергия тела» и узнали, что изменить её можно двумя способами: либо путём совершения механической работы, либо теплопередачей.

Также мы с вами выяснили, что мерой изменения внутренней энергии тела при теплопередаче является количество теплоты. Давайте вспомним, что количество теплоты — это скалярная физическая величина, равная изменению внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения механической работы.

А ещё мы получили уравнение, по которому можно рассчитать количество теплоты, которое необходимо подвести к телу для его нагревания, или выделяемое телом, при его охлаждении:

Q = cm(t – t₀).

Из формулы видно, что количество теплоты зависит от массы тела, разности температур в конечном и начальном состояниях, а также от удельной теплоёмкости вещества, из которого это тело изготовлено.

Чтобы вспомнить, же что же такое теплоёмкость, рассмотрим решение следующей задачи.

Задача 1. В сосуд с горячей водой опустили алюминиевую и латунную болванки одинаковой массы и температуры. Одинаковым ли будет изменение их температур?

В жизненных ситуациях довольно часто возникает необходимость в тепловых расчётах. Например, при строительстве жилых домов необходимо знать, какое количество теплоты должна отдавать зданию система отопления. Или нужно определить температуру после смешивания горячей и холодной воды. И на этом уроке мы разберёмся, как проводятся такие расчёты.

Последовательность действий при решении задач на расчёт теплообменных процессов:

Задача 2. Для купания ребёнка температура воды в ванночке не должна превышать 38 ^оС. Для этого родители смешали 40 кг холодной воды при температуре 12 ^оС и 20 кг горячей воды при температуре 90 ^оС. Если потерями тепла можно пренебречь, то какое количество теплоты получили холодная вода при нагревании и отдала горячая вода при охлаждении?

Мы получили, что количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученному водой холодной. И это не случайно. Вспомните:

если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается ровно на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.

Конечно в реальных условиях количество теплоты, отданное горячей водой, всегда будет больше чем-то количество теплоты, которое получит холодная вода. Это объясняется тем, что часть энергии идёт на нагревание сосуда, в котором находилась вода, а ещё часть теряется на нагревание окружающего воздуха.

Теперь мы можем внести дополнительный пункт в нашу последовательность действий при решении задач — пункт о необходимости составления уравнения теплового баланса.

Количество теплоты, отданное или полученное телом, можно измерить с помощью прибора, который называется калориметр.

Школьный калориметр

Школьный калориметр состоит из двух стаканов, вставленных один в другой. Воздушная прослойка и подставка между ними уменьшают теплопередачу между содержимым внутреннего стакана и окружающим воздухом.

Задача 3. Калориметр содержит 3 л воды при температуре 80 ^оС. В воду опускают нагретый на плитке кирпич массой 1,5 кг. Определите начальную температуру кирпича, если в результате теплообмена температура воды повысилась до 9 ^оС. Теплопередачей калориметру и окружающему воздуху можно пренебречь.

Обратите внимание на то, что в некоторых задачах теплоёмкостью калориметра пренебрегать нельзя. В этом случае необходимо учитывать, что и вода, и калориметр будут нагреваться или охлаждаться вместе. А их температуры можно считать одинаковыми.

Предыдущий урок 5 Количество теплоты. Удельная теплоёмкость

Следующий урок 7 Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива




Получите полный комплект видеоуроков, тестов и презентаций Физика 8 класс (ФГОС)

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Расчет количества теплоты при нагревании и охлаждении в физике

Расчет количества теплоты при нагревании и охлаждении:

Вы уже знаете, что изменить внутреннюю энергию тела можно передачей ему количества теплоты. Как связано изменение внутренней энергии тела, т. е. количество теплоты, с характеристиками самого тела?

Внутренняя энергия тела есть суммарная энергия всех его частиц.

Значит, если массу данного тела увеличить в два или три раза, то и количество теплоты, необходимое для его нагревания на одно и то же число градусов, увеличится в два или три раза. Например, на нагревание двух килограммов воды от 20 °C до 80 °C потребуется в два раза больше теплоты, чем на нагревание одного килограмма воды (рис. 40, а).

Очевидно также, что для нагревания воды на

Из этих рассуждений следует подтвержденный опытами вывод. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела, прямо пропорционально его массе и изменению температуры.

А зависит ли количество теплоты, идущее на нагревание, от рода вещества, которое нагревается?

Для ответа на этот вопрос проведем опыт. В два одинаковых стакана нальем по 150 г подсолнечного масла и воды. Поместим в них термометры и поставим на нагреватель (рис. 41).

Получив за одинаковое время от нагревателя равное с водой количество теплоты, масло нагрелось больше, чем вода. Значит, для изменения температуры масла на одну и ту же величину требуется меньше теплоты, чем для изменения температуры такой же массы воды.

Поэтому для всех веществ вводят специальную величину — удельную теплоемкость вещества. Эту величину обозначают буквой с (от лат. capacite — емкость, вместимость). Теперь мы можем записать строгую формулу для количества теплоты, необходимого для нагревания:

Выразим из этой формулы с:

Удельная теплоемкость есть физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать 1 кг данного вещества, чтобы изменить его температуру на 1 °C. Удельная теплоемкость измеряется в джоулях на килограмм-градус Цельсия

Для любознательных:

Часто формулу записывают в виде  Здесь величина называется теплоемкостью тела (обратите внимание — не вещества). Она численно равна количеству теплоты, необходимому для нагревания всей массы тела на 1 °C. Измеряется теплоемкость тела в джоулях на градус Цельсия 

В таблице 1 представлены значения удельной теплоемкости различных веществ (в различных состояниях). Как следует из этой таблицы, среди жидкостей максимальное значение удельной теплоемкости имеет вода: для нагревания 1 кг воды на 1 °C требуется 4200 Дж теплоты — это почти в 2,5 раза больше, чем для нагревания 1 кг подсолнечного масла, и в 35 раз больше, чем для нагревания 1 кг ртути.

Формула дает возможность найти и выделяемую при охлаждении тела теплоту. Так как конечная температура остывшего тела меньше начальной  то изменение температуры оказывается отрицательным числом. Значит, и выделяемое телом количество теплоты выражается отрицательным числом, что обозначает не рост, а убыль внутренней энергии тела.

В заключение заметим, что при теплообмене двух или нескольких тел абсолютное значение количества теплоты, которое отдано более нагретым телом (телами), равно количеству теплоты, которое получено более холодным телом (телами):


Это равенство называется уравнением теплового баланса и выражает, по сути, закон сохранения энергии. Оно справедливо при отсутствии потерь теплоты.
Таблица 1. Удельная теплоемкость некоторых веществ

Главные выводы:

1. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела (выделившееся при охлаждении), прямо пропорционально его массе, изменению температуры тела и зависит от вещества тела.
2. Удельная теплоемкость вещества численно равна количеству теплоты, которое надо передать 1 кг данного вещества, чтобы изменить его температуру на 1 °C.
3. При теплообмене количество теплоты, отданное более горячим телом, равно по модулю количеству теплоты, полученному более холодным телом, если нет потерь теплоты.
• Заказать решение задач по физике

Пример решения задачи:

Для купания ребенка в ванночку влили холодную воду массой = 20 кг при температуре  = 12 °C. Какую массу горячей воды при температуре = 80 °C нужно добавить в ванночку, чтобы окончательная температура воды стала = 37 °C? Удельная теплоемкость воды с = 4200
Дано:


Решение

По закону сохранения энергии

Отдавала теплоту горячая вода, изменяя свою температуру от

Холодная вода получила эту теплоту и нагрелась от


Так как нас интересует только модуль  то можно записать:

Тогда

При решении мы пренебрегали потерями теплоты на нагревание ванночки, окружающего воздуха и т.

д.

Возможен и другой вариант решения.

Рассчитаем сначала количество теплоты, которое было получено холодной водой:

Полагая, что эта теплота отдана горячей водой, запишем:  Выразим искомую массу:

Ответ:

Уравнения охлаждения и нагрева

Явная теплота

Явная теплота в процессе нагревания или охлаждения воздуха (теплопроизводительность или холодопроизводительность) может быть рассчитана в единицах СИ как DT (1)

, где

H _S = Ощутное тепло (KW)

C _P = Специфическое тепло (1,006 KJ/KG

.0032 o C)

ρ = density of air (1.202 kg/m ³ )


q = air volume flow (m ³ /s)

dt = Разница в температуре ( ^O C)

или в имперских единицах, как

H _S = 1,08 Q DT (1B)

, где

H _S

H _S

H _S

H 700070007 = явная теплота (БТЕ/ч)

q = объемный расход воздуха (куб. футов в минуту, куб. футов в минуту)

dt = разность температур ( ^o

F) Воздух, явная теплота

Метрические единицы

Воздушный поток 1 м ³ /с нагревается от 0 до 20 ^o C . Используя (1) , физическое тепло, добавленное к воздуху, можно рассчитать как

H _S = (1,006 кДж/кг ^O C) (1,202 кг/м ³ ) ( 1 M ³ /S ) (200102 1 M ³ /S ) (200102 1 M ³ /S C) — (0 ^O C))

= 24,2 (кВт)

Императорские единицы

Поток воздуха 1 CFM нагревается с 32 до 52 ^{.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.133.} . Используя (1b) , физическое тепло, добавленное к воздуху, может быть рассчитано как

H _S = 1,08 (1 CFM) ((52 ^O F) — (32 ^O F))

= 21,6 (BTU/HR)

= 21,6 (BTU/HR) 9000

. Таблица нагрузки и требуемого объема воздуха

Ощутимая тепловая нагрузка и требуемый объем воздуха для поддержания постоянной температуры при различной разнице температур между подпиточным воздухом и воздухом в помещении:

• Таблица явной тепловой нагрузки и требуемого объема воздуха (pdf)

Латентная тепло

Латентное тепло из-за влаги в воздухе можно рассчитать в SI-UNITS:

H _L = ρ H _WE Q DW _кг (2)

Где где

H _L = скрытая тепло (кВт)

ρ = плотность воздуха (1,202 кг /м ³ )

Q = Объем воздуха (м ³ /с)

h _we = скрытая теплота испарения воды ( 2454 кДж/кг — в воздухе при атмосферном давлении и 20 ^o C)

dw _кг = разность влажности воздуха (кг воды/кг сухого воздуха)

• estimate humidity with the Mollier diagram

Latent evaporation heat for water can be calculated as

h _we = 2494 — 2. 2 t                  (2a)

where

t = evaporation temperature ( ^o C)

Or for Imperial units:

h _l = 0.68 q dw _gr                                       (2b)

or

h _L = 4840 Q DW _LB (2C)

, где

H _L = скрытое тепло (BTU/HR) 9009 = скрытая тепло (BTU/HR)

q = air volume flow (cfm, cubic feet per minute)

dw _gr = humidity ratio difference (grains water/lb dry air)

dw _lb = разность отношения влажности (фунты воды/фунты сухого воздуха)

Пример — Охлаждающий воздух, скрытая теплота

Метрические единицы

^о С . Относительная влажность воздуха составляет 70% в начале и 100% в конце процесса охлаждения.

Из диаграммы Молье мы оцениваем содержание воды в горячем воздухе как 0,0187 кг воды/кг сухого воздуха, и содержание воды в холодном воздухе как 0,0075 кг воды/кг сухого воздуха .

С помощью (2) скрытую теплоту, удаляемую из воздуха, можно рассчитать как

ч _л = (1,202 кг/м ³ ) ( 2454 кДж/кг ) ( 1 м ³ /с ) ( 0,0187 кг/кг сухой воздух ) — ( 0,0187 кг/кг сухой воздух ) — ( 0,0187 кг/кг сухой воздух ) — ( 0,0187 кг/кг сухой воздух ) — ( 0,0187 кг/кг сухой воздух Вода кг/кг сухой воздух ))

= 34,3 (кВт)

Императорские единицы

Поток воздуха 1 CFM охлаждается от 52 до 32 ^O 33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333. Относительная влажность воздуха 70% в начале и 100% в конце процесса охлаждения.

Из психрометрической диаграммы мы оцениваем содержание воды в горячем воздухе как 45 гран воды/фунт сухого воздуха , и содержание воды в холодном воздухе как 27 гран воды/фунт сухого воздуха .

Используя (2b) , скрытую теплоту, удаляемую из воздуха, можно рассчитать как0012 ) — ( 27 grains water/lb dry air ))      

    = 12.2 (Btu/hr)

Latent Heat Load and Required Air Volume Chart

Latent heat load — humidifying and dehumidifying — и требуемый объем воздуха для поддержания постоянной температуры при различной разнице температур между поступающим воздухом и воздухом в помещении указаны в таблице ниже:

• Таблица скрытой тепловой нагрузки и требуемого объема воздуха (pdf)

Общее тепло — скрытое и ощутимое тепло

Общее тепло из -за температуры, и влаги может быть выражена в единицах Si, как:

H _T = ρ q DH (3)

, где

555

, где

5
5
5
5

H _T = общее количество тепла (кВт)

Q = Поток объема воздуха (M ³ /S)

ρ = плотность воздуха (1,202 кг /м ³ )

9

dh = enthalpy difference (kJ/kg)

• estimate enthalpy with the Mollier diagram

Or — in imperial units:

h _t = 4. 5 q dh                                         (3b)

где

h _t = общее количество тепла (БТЕ/час)

q = объемный расход воздуха (куб. футов в минуту, куб.0007 = enthalpy difference (btu/lb dry air)

Total heat can also be expressed as:

h _t = h _s + h _l

= 1,08 Q DT + 0,68 Q DW _GR (4)

Пример — охлаждение или нагревательный воздух, общий тепло

Метрические единицы

Поток воздуха

Поток воздуха

0102 1 м ³ /с охлаждается с 30 до 10 ^o C . Относительная влажность воздуха составляет 70% в начале и 100% в конце процесса охлаждения.

Из диаграммы Молье мы оцениваем энтальпию воды в горячем воздухе как 77 кДж/кг сухого воздуха, и энтальпию в холодном воздухе как 28 кДж/кг сухого воздуха .

Используя (3) общее количество явного и скрытого тепла, удаляемого из воздуха, можно рассчитать как

H _T = (1,202 кг/м ³ ) ( 1 M ³ /S ) ( 77 кд/кг сухой воздух ) кг сухой воздух ))

= 58,9 (кВт)

Императорские единицы

Поток воздуха 1 CFM охлаждается от 52 до 32 ^O F . Относительная влажность воздуха 70% в начале и 100% в конце процесса охлаждения.

Из психрометрической диаграммы мы оцениваем энтальпию воды в горячем воздухе как 19 БТЕ /фунт сухого воздуха , и энтальпию в холодном воздухе как 13,5 БТЕ /фунт сухого воздуха .

Используя (3b) , общее количество явного и скрытого тепла, удаляемого из воздуха, можно рассчитать как0012 ) — ( 13,5 BTU /фунт сухого воздуха )

= 24,8 (BTU /HR)

SHR -CENTIBLE HEAT RATIO

.

SHR = H _S / H _T (6)

, где

SHR = чувствительный тепло

0004 ч _с = явная теплота

ч _t = общая теплота (явная и скрытая)


Как рассчитать время нагрева или охлаждения | Блог

Во многих случаях полезно знать, сколько времени потребуется, чтобы нагреть или охладить вашу систему до определенной температуры. Или вы можете рассчитать, сколько энергии требуется для нагрева или охлаждения заданного объема жидкости за определенное время.

К счастью, есть довольно простое уравнение, которое вы можете использовать, если знаете массу жидкости в ванне, ее удельную теплоемкость, перепад температур, а также мощность или время.

Тем не менее, использование этого уравнения не совсем надежно, так как существуют различные факторы, которые могут исказить расчет. В этом посте мы рассмотрим уравнение для расчета времени нагрева или охлаждения и причины, по которым вам следует искать систему с немного большей мощностью, чем, по вашему мнению, вам нужно.

Расчет времени нагрева или охлаждения

Вы можете использовать то же основное уравнение при расчете времени нагрева или охлаждения, хотя для расчета времени охлаждения требуется немного больше работы. При нагреве подаваемая мощность постоянна, а при охлаждении мощность (или холодопроизводительность) изменяется в зависимости от температуры.

Расчет времени нагрева

Чтобы узнать, сколько времени потребуется, чтобы нагреть баню до определенной температуры, можно использовать следующее уравнение:

t = mcΔT / P

Где:

• t время нагрева или охлаждения в секундах
• m это масса жидкости в килограммах
• c — удельная теплоемкость жидкости в джоулях на килограмм и на
Кельвина.
• ΔT — разница температур в градусах Цельсия или Фаренгейта
.
• P мощность, при которой подводится энергия, в ваттах или джоулях в секунду

Аналогичным образом, для расчета мощности, необходимой для нагрева или охлаждения ванны до определенной температуры за заданное время, можно использовать следующее уравнение:

P = mcΔT / t

может возникнуть некоторая путаница, когда дело доходит до того, какие единицы использовать. Вместо этого вы можете использовать онлайн-калькулятор, чтобы помочь.

Этот удобный и простой калькулятор позволяет рассчитать время, мощность или потребляемую энергию, но он подходит только для расчетов, связанных с водой. Если вам нужно рассчитать время нагрева для других жидкостей, этот калькулятор больше подходит, поскольку он позволяет ввести удельную теплоемкость используемого вещества. Он имеет две опции, позволяющие рассчитать либо требуемую мощность, либо требуемое время.

Калькулятор услуг по технологическому отоплению.

Расчет времени охлаждения

Для расчета времени охлаждения можно использовать то же уравнение, что и выше. Вопрос в том, какое значение вы должны использовать для мощности. Холодопроизводительность (или мощность охлаждения) зависит от температуры. Холодопроизводительность снижается при более низких заданных температурах, поскольку существует меньшая разница температур между охлаждающей жидкостью и хладагентом. Теплопередача снижается, поэтому охлаждающая способность снижается.

Например, ниже приведены характеристики охлаждающей способности циркуляционных ванн с охлаждением и подогревом PolyScience объемом 45 л.

Здесь у вас есть несколько вариантов, в зависимости от того, насколько точно вы хотите произвести расчет:

• Используйте консервативную оценку , предполагая меньшую мощность до следующей указанной температуры. Например, принимая во внимание приведенные выше характеристики, можно предположить, что мощность охлаждения составляет 250 Вт для всех температур от -20°C до 0°C и 800 Вт для всех температур от 0°C до 20°C.
• Возможно недооценка, но с большей точностью , взяв среднюю мощность между различными температурами.
• Используйте быстрый и грязный (и, вероятно, менее точный) метод , учитывающий только охлаждающую способность при средней температуре.
• Выберите альтернативный быстрый метод , который использует среднее значение холодопроизводительности в различных точках температурного диапазона (точки должны включать верхний и нижний пределы температурного диапазона, чтобы это было жизнеспособным).

Что делать, если ваша минимальная температура ниже указанного минимального значения охлаждающей способности при температуре? Как правило, это не должно вызывать беспокойства, поскольку значения холодопроизводительности обычно приводятся для температуры, равной или ниже минимальной температуры агрегата.

Если вы пытаетесь охладить до более низкой температуры, она может быть слишком низкой, а это означает, что устройство не сможет обеспечить необходимую вам охлаждающую способность. Однако, если в спецификациях не указана охлаждающая способность при температуре, близкой к минимальной температуре устройства, вы можете попросить производителя или нас предоставить необходимую информацию.

Факторы, которые следует учитывать при расчете времени нагрева или охлаждения

Как уже упоминалось, есть несколько причин, по которым ваши расчеты могут не дать реалистичных результатов. Таким образом, если вы используете это уравнение для определения времени нагрева или охлаждения, вы должны исходить из того, что процесс займет немного больше времени, чем ожидалось. Точно так же, если вы используете расчет, чтобы определить, сколько энергии вам нужно для достижения заданного времени нагрева или охлаждения, вы должны предположить, что потребуется некоторая дополнительная мощность.

Вот факторы, которые необходимо учитывать:

1. Поступление или потеря тепла окружающей среды

Потери или потери тепла окружающей среды неизбежны, даже в закрытой системе. Охлаждаемая система может поглощать тепло из окружающего воздуха или компонентов системы, что снижает ее охлаждающую способность. В системе отопления вы можете отдавать тепло окружающему воздуху или компонентам системы, например, когда он проходит по трубам или трубопроводам.

Изоляция вашей системы и контроль температуры окружающей среды могут помочь, но по-прежнему может иметь место неизвестное количество притока или потери тепла.

2. Потери жидкости в результате испарения

Если вы работаете с открытой системой, вы можете потерять некоторое количество жидкости в результате испарения в процессе нагрева или охлаждения. Происходящее испарение будет зависеть от нескольких факторов, в том числе:

• Какую жидкость вы используете: Жидкости с более низкой температурой кипения, такие как этанол, метанол и вода, могут легко испаряться.
• Площадь поверхности ванны: Чем больше площадь поверхности, тем выше скорость испарения.
• Используемый диапазон температур: Чем выше температура, тем выше скорость испарения.

Потеря тепла происходит за счет испарения, и когда вы тратите тепловую энергию впустую, время, затрачиваемое на нагрев ванны, увеличивается. Кроме того, в результате потери жидкости значение массы (m) в уравнении будет неточным, что может привести к искажению результатов. Если вы используете смесь двух или более жидкостей, и один компонент смеси испаряется быстрее, чем другие, соотношение будет изменено, что приведет к неточности в удельной теплоемкости (c).

Испарение трудно предсказать и точно учесть (и если вы достаточно хорошо разбираетесь в термодинамике, чтобы без труда это делать, вы, вероятно, не будете читать эту статью). Таким образом, вам лучше всего либо оценить скорость испарения с помощью эмпирического теста, а затем учесть это математически, используя теплоту испарения, либо просто добавить коэффициент безопасности.

3. Вопросы технического обслуживания

В системах отопления из-за минеральных отложений на элементах водяной бани обычно образуется накипь. Если не остановить, это накопление может повлиять на эффективность передачи тепла от элемента к жидкости. При образовании накипи, изолирующей элемент, требуется больше энергии для нагрева системы до желаемой температуры.

При нагреве увеличивает время достижения желаемой температуры в системе заданной мощности. Если вы смотрите на мощность, она увеличит количество энергии, необходимой для достижения желаемой температуры за определенное время.

Для систем охлаждения на холодопроизводительность также могут влиять проблемы с техническим обслуживанием. В конденсаторах с водяным охлаждением коррозия, образование накипи или биологический рост могут препятствовать теплопередаче, снижая охлаждающую способность. В конденсаторах с воздушным охлаждением скопление пыли и мусора на лопастях и ребрах вентилятора может уменьшить поток воздуха, что приводит к аналогичному эффекту снижения охлаждающей способности.

Регулярное техническое обслуживание устройства, включая очистку различных компонентов, промывку жидкости и использование ингибитора коррозии, может помочь.

Расчеты тепловой нагрузки – прирост тепла для расчета кондиционера

Охлаждение Расчет тепловой нагрузки распорка W. Tombling Ltd. Wembley House Dozens Bank West Pinchbeck Spalding Lincolnshire PE11 3ND U.K. Telephone +44 (0) 1775 640 049 Facsimile +44 (0) 1775 640 050 Электронная почта [email protected]

Вы здесь:- домой > индекс охлаждения > индекс кондиционера > определение требуемого размера кондиционера Здание или помещение получает тепло из многих источников. Внутри обитатели, компьютеры, копировальные аппараты, машины и освещение производят тепло. Теплый воздух из снаружи проникает через открытые двери и окна или как «утечка» через структура. Однако самым большим источником тепла является солнечное излучение Солнца, бьется по крыше и стенам, льется в окна, нагревая внутренние поверхности. Сумма всех этих тепла источников известен как приток тепла (или тепловая нагрузка) здания и выражается либо в БТЕ (британские тепловые единицы) или кВт (киловатт). Чтобы кондиционер охлаждал помещение или здание, его мощность должна быть больше, чем приток тепла. это важно, чтобы перед покупкой кондиционера был выполнен расчет тепловой нагрузки, чтобы убедиться, что он достаточно велик для предполагаемого применения. Существует несколько различных методов расчета тепла. нагрузка на заданную площадь: Быстрый расчет для офисов Для офисов со средней изоляцией и освещением, 2/3 жильцов и 3/4 персональных компьютеров и ксерокс, следующие вычислений будет достаточно: Тепловая нагрузка (БТЕ) ​​= Длина (футы) x Ширина (футы) x Высота (футы) x 4 Тепловая нагрузка (БТЕ) ​​= Длина (м) x Ширина (м) x Высота (м) x 141 За каждого дополнительного жильца добавляется 500 BTU. При наличии каких-либо дополнительных значительных источников тепла, для Например, окна от пола до потолка, выходящие на юг, или оборудование, которое производит много тепла, описанный выше метод занижает тепловую нагрузку. В этом случае вместо этого следует использовать следующий метод. Более точный расчет тепловой нагрузки для любого типа помещения или здания Теплоприток помещения или здания зависит от: Размер охлаждаемой площади Размер и положение окон, а также наличие у них затемнения Количество людей Тепло, выделяемое оборудованием и механизмами Тепло, выделяемое освещением Рассчитывая приток тепла от каждого отдельного предмета и сложив их вместе, можно определить точную цифру тепловой нагрузки. Шаг первый Рассчитайте площадь охлаждаемого помещения в квадратных футах и ​​умножьте на 31,25 Площадь BTU = длина (футы) x ширина (футы) x 31,25 Шаг второй Рассчитайте приток тепла через окна. Если на окнах нет затемнения результат на 1,4 Северное окно BTU = Площадь окон, выходящих на север (м кв.) x 164 Если нет затенения, северное окно BTU = Северное окно BTU x 1,4 Южное окно BTU = Площадь окон, выходящих на юг (м кв. ) x 868 Если нет затемнения, южное окно БТЕ = южное окно БТЕ x 1,4 Сложите результаты вместе. Общее окно BTU = северное окно + южное окно Шаг третий Рассчитайте тепло, выделяемое жильцами, допустим 600 БТЕ на человека. Занимаемая БТЕ = количество человек х 600 Шаг четвертый Рассчитайте тепло, выделяемое каждым элементом оборудования — копировальным аппаратом, компьютером, духовкой и т. д. Найдите мощность в ваттах для каждого элемента, сложите их вместе и умножьте на 3,4·9.0040 БТЕ оборудования = общая мощность оборудования x 3,4 Шаг пятый Рассчитайте тепло, выделяемое освещением. Найдите общую мощность всех осветительных и умножить на 4,25 BTU освещения = общая мощность освещения x 4,25 Шаг шестой Сложите все вышеперечисленное вместе, чтобы найти общую тепловую нагрузку. Суммарная тепловая нагрузка БТЕ = Площадь БТЕ + Суммарная БТЕ окна + БТЕ жильцов + БТЕ оборудования + Освещение БТЕ Шаг седьмой Разделите тепловую нагрузку на холодопроизводительность кондиционера в БТЕ, чтобы определить, сколько кондиционеров необходимо. Требуемое количество кондиционеров = Общая тепловая нагрузка, БТЕ / Холодопроизводительность, БТЕ Онлайн-калькулятор теплопритока Ручной расчет требуемой мощности кондиционера может показаться сложная задача. Для упрощения процесса мы создали онлайн-калькулятор, для доступа к нему нажмите на изображение калькулятора напротив. Отказ от ответственности. Если у вас есть сомнения по поводу размера кондиционера требуется, вы должны связаться с уважаемым инженером по кондиционированию воздуха. Приведенные выше методы расчета упрощены; такие факторы поскольку уровни изоляции и конструкция здания игнорировались. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт