< Источник тепла

Удельная теплоемкость >

Действие тепла

---

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ

При нагревании тела расширяются по всем направлениям.

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Все строительные детали при нагревании расширяются и сжимаются при охлаждении, то есть при изменении температуры они изменяют свой объем. У строительных деталей учитывают прежде всего изменения длины.

Изменение длины delta l (говорят "дельта") зависит от длины l детали, от разности температур delta T как увеличения или уменьшения температур и коэффициента температурной деформации а веществ, из которых состоят элементы конструкции.

Единица измерения коэффициента температурной деформации alpha здесь указывается в мм/(м * К).

Например, синтетический материал полиэтилен расширяется в 17 раз, алюминий более чем в 2 раза сильнее, чем сталь. Так как бетон имеет примерно одинаковый коэффициент теплового расширения, что и сталь, то это делает возможным изготовление конструкций из железобетона. Если в конструкции соединяются друг с другом вещества с различными тепловыми расширениями, как, например, оконный переплет с двойными стеклами из древесины и алюминия или металлическое ограждение в кирпичной кладке, необходимо обращать внимание на то, чтобы материалы могли перемещаться независимо друг от друга. При кирпичной или каменной кладке большой длины должен быть предусмотрен деформационный шов.

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ

Жидкости при нагревании расширяются более существенно, чем твердые тела. Ацетон имеет очень большое тепловое расширение, вода и ртуть в жидком состоянии имеют маленькое тепловое расширение.

Каждое тело при охлаждении сжимается, исключение из правила составляет вода (аномалия воды). Хоть при охлаждении до +4°С вода и уменьшает свой объем, однако при дальнейшем охлаждении от +4 до 0°С снова увеличивает объем. Поэтому вода при +4°С имеет самую большую плотность. Увеличение объема льда — это причина того, что лед плавает в воде, а замерзшие водопроводы лопаются.

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ГАЗООБРАЗНЫХ ТЕЛ

Газы при нагревании расширяются намного сильнее, чем жидкости. Их расширение при повышении температуры на 1°С составляет 1/273 их объема при 0°С. Например, если воздух в пространстве нагревается, то он расширяется. Его плотность по сравнению с ненагретым воздухом меньше, поэтому нагретый воздух поднимается вверх.

Газы, которые находятся в закрытой емкости, например в бутылке, при нагревании не могут расширяться. Давление газа увеличивается, что может привести к разрыву емкости.

ПЛАВЛЕНИЕ И КИПЕНИЕ

Вещества встречаются в трех различных состояниях — твердом, жидком и газообразном, которые можно назвать агрегатными состояниями. Преобразование из одного состояния в другое происходит при определенной температуре.

Твердое вещество становится жидким, если молекулы благодаря притоку тепла начинают двигаться так интенсивно, что теряют привязку к определенному месту внутри структуры. Температура, при которой это происходит, называется точкой плавления или температурой плавления.

Чтобы перевести 1 кг вещества из твердого состояния в жидкое, необходимо определенное количество теплоты, так называемая теплота плавления. Она составляет, например, для воды 335 кДж/кг.

При возрастающем нагревании жидкости тепловое движение молекул усиливается так, что силы их взаимного притяжения окончательно исчезают, и жидкость становится газообразной. Этот процесс называют испарением. При этой температуре жидкость достигает точки кипения или температуры кипения. То количество теплоты, которое может привести к преобразованию 1 кг жидкости из жидкого в газообразное состояние, называют теплотой испарения. Оно составляет, например, для воды 2250 кДж/кг.

КОНДЕНСАЦИЯ И ЗАТВЕРДЕВАНИЕ

Если газообразное тело лишается тепла, например водяной пар, то при соответствующей температуре оно конденсируется в жидкость, например воду. Эту температуру можно назвать точкой конденсации или точкой росы, при этом выделяется тепло в виде теплоты конденсации. Теплота конденсации равна теплоте испарения. В строительстве прежде всего должны обращать внимание на конденсацию водяного пара на внутренних поверхностях наружных стен и внутри строительных конструкций. Влажность в зданиях ведет к нанесению ущерба сооружениям и уменьшению теплоизоляции.

Если жидкость охлаждается, то она застывает. Температуру, при которой это происходит, называют точкой затвердевания, для воды это точка замерзания или точка таяния льда.

Точка плавления и точка затвердевания совпадают. Выделяемое при затвердевании количество теплоты равно количеству теплоты, поглощаемому при плавлении.

В то время как все затвердевающие вещества сжимаются, вода при замерзании расширяется. Пористые строительные материалы, поры которых заполняются водой, могут разрушаться морозом из-за распорного эффекта льда.

ИСПАРЕНИЕ

Жидкости могут испаряться также до достижения своей температуры кипения, однако лишь на своей поверхности. Этот процесс называют испарением. Испарение происходит тем быстрее, чем суше и подвижнее окружающий воздух и чем ближе температура жидкости лежит к точке испарения. Поэтому при комнатной температуре жидкость испаряется тем быстрее, чем ниже лежит ее точка испарения. Например, при комнатной температуре достаточно быстро испаряются спирт, нитрорастворители и бензин.

При испарении молекулы вылетают с поверхности жидкости и поглощаются воздухом. Необходимую для этого кинетическую энергию они заимствуют у жидкости в виде тепловой энергии. Связанное с этим падение температуры называют холодом испарения. Процесс испарения при увеличении площади поверхности жидкости ускоряется, например, благодаря разрезанию древесины для сушки.

ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА

Воздух имеет способность поглощать водяные пары. Содержащее в 1 м3 воздуха количество водяного пара в граммах называют абсолютной влажностью воздуха.

Способность воздуха поглощать водяные пары зависит от температуры воздуха. Воздух с высокой температурой накапливает больше жидкости, чем воздух с низкой температурой. Так называемая максимальная влажность воздуха в г/м3 достигается тогда, когда воздух больше не поглощает жидкость. В этом состоянии воздух насыщен. Так, например, 1 м3 воздуха при температуре 20°С накапливает максимально 17,3 г водяного пара, а при температуре 10°С насыщение наступает при содержании водяного пара 9,4 г/м3. Максимальное количество водяного пара, которое воздух может впитать при различных температурах, показывают кривые насыщения.

Как правило, воздух содержит не максимально возможное количество влаги, то есть 100%, а меньше. Эта влажность воздуха выражается в процентах как отношение абсолютной влажности к максимальной влажности и называется относительной влажностью воздуха.

Воздух с относительной влажностью 60% может поглощать больше водяных паров, чем воздух с относительной влажностью 70%.

---