Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Что такое теплон: Штукатурка Юнис Теплон (Белый) гипсовая

Содержание

Статьи

В этой статье мы предлагаем детально изучить гипсовую штукатурку торговых марок ТЕПЛОН, ТМ ВОЛМА и KNAUF. Помимо технических характеристик материалов этих производителей, вашему вниманию будут представлены мастер-классы по работе с ними.

Штукатурка Юнис Теплон

За последние 50 лет стандарты строительных и отделочных работ существенно изменились. Однако не все нововведения можно оценивать исключительно положительно. Например, раньше благодаря использованию известковой штукатурки для выравнивания стен, микроклимат в помещении был более благоприятным для здоровья человека, чем при применении современных аналогов этого покрытия.

Известно, что некоторые заболевания могут развиваться именно в связи с определенными качествами строительных материалов задействованных при возведении или ремонте здания. Свойства извести не позволяют работать с ней на современных бетонных стенах. Этот материал просто не задерживается на них. Поэтому на замену извести пришла гипсовая штукатурка.
Благодаря покрытию стен штукатуркой на основе гипса в помещениях создается благоприятный воздухообмен, что приводит влажность помещения к балансу. В таких помещениях комфортно и работать, и отдыхать!

Гипсовая штукатурка марки ТЕПЛОН (белая)

Свойства и особенности использования гипсовой штукатурки лучше всего рассматривать на конкретном примере. Почему мы выбираем штукатурку фирмы ТЕПЛОН? Это материал хорошего качества из средней ценовой категории. Работать с ним не сложно, поэтому выбирать его могут не только профессионалы, но и те, для кого такой опыт будет в новинку.
ТЕПЛОН от UNIS – это гипсовая штукатурка, которая отличается легким весом и хорошими теплосберегающими показателями, благодаря перлиту, входящему в ее состав. Таким материалом без особых усилий можно сгладить все, даже самые глубокие неровности стен. При этом основание не будет перегружено.

ТЕПЛОН Белый разрешен для отделки стен даже в медицинских учреждениях и помещениях предназначенных для длительного пребывания детей. Эта гипсовая штукатурка признана безопасной и экологически чистой. Поэтому никаких опасений по поводу ее вредности быть не может.
Как уже было сказано выше, гипсовая штукатурка способствует хорошему воздухообмену и не задерживает влагу, поэтому образование на стенах различных опасных микроорганизмов (плесени, грибка и т.д.) исключено.

Как применяют материал?

— штукатурка внутренних стен;
— допустимо применение штукатурки не только на стенах, но и на потолке;
— выравнивание стен может быть как сплошным, так и частичным;
— на поверхности обработанные штукатуркой ТЕПЛОН можно наносить любую декоративную отделку – обои, краску, плитку (с предварительной подготовкой основания).

Что входит в состав?

— гипс;
— мелкофракционный наполнитель;
— химические добавки.

Технические характеристики гипсовой штукатурки

— допустимая температура при работе с материалом – от +5 до +30°С;
— теплопроводность штукатурки — 0,23 Вт/м*С;
— первичное время высыхания смеси – 50 мин.;
— конец схватывания раствора – до 3 ч.;
— окончательное высыхание слоя толщиной 10 мм – около 7 суток;
— толщина слоя штукатурки допустимая без установки армирующей сетки – от 5 до 50 мм;
— при толщине слоя в 10 мм расход составляет 8,5 кг штукатурки на 1 м² поверхности;
— сухую гипсовую штукатурку разводят водой в пропорции 1 кг на 0,45-0,55 л.

Преимущества штукатурки на гипсовой основе

1. Этот материал является экологически чистым. Отличается низкими показателями теплопроводности и хорошим обменом влаги.
2. Допускается применение гипсовой штукатурки без использования армирующей сетки. При этом толщина слоя покрытия не должна превышать 50 мм (при заполнении углублений 70 мм). Толщина покрытия потолка может доходить до 30 мм.
3. Расход штукатурки на основе гипса является одним из самых экономичных среди материалов из этого класса.
4. Готовая смесь отличается пластичностью. Работать с ней легко и быстро.
5. При правильном нанесении штукатурка не трескается и не дает усадки.
6. Поверхность не требует обязательного выравнивания после высыхания.
Поверхности, на которых допустимо применение гипсовой штукатурки:
— бетон;
— гипс;
— кирпичная кладка;
— пенобетон;
— цементно-песчаное основание;
— любые другие виды оснований не подверженные деформации.

Работа с гипсовой штукатуркой

Что касается нанесения, то с материалом на основе гипса довольно легко управляться. Далее мы дадим подробные ответы на самые популярные вопросы по этой теме.

Как подготовить основание под гипсовую штукатурку?

Для начала следует удалить старое покрытие со стен или потолка, обезжирить поверхность, убрать пыль и мусор.
Основание необходимо выровнять, удалив все выступающие фрагменты. Если на поверхности обнаружатся большие углубления (более 20 мм) их следует сгладить. Для этого можно использовать смесь ТЕПЛОН или затирку ПЛАСТЕР. Прежде чем приступить к нанесению выравнивающего раствора, основание нужно очистить от всех загрязнений препятствующих адгезии.

 

Прежде чем приступать к выравниванию стен гипсовой штукатуркой следует подождать не менее 2 суток.
Перед покрытием стен штукатуркой их нужно обработать грунтовкой для улучшения адгезии. В тех случаях, когда работа предстоит с поверхностями, обладающими высокими впитывающими свойствами (например, с гипсокартоном или газобетоном), грунтовать их нужно в несколько слоев. Если основание устойчиво к воздействию влаги его тоже можно покрыть грунтовкой для того чтобы способствовать большему сцеплению штукатурки с поверхностью.

ВАЖНО! Гипсовая штукатурка не подходит для работы с деревянными поверхностями, так как не сможет на них удержаться. Однако отдельные умельцы нашли выход из этой ситуации. Для крепкого сцепления дерева с гипсом они использовали Батоноконтакт. Способ действенный, но довольно рискованный.

Как развести гипсовую штукатурку?

Сухую смесь разводят водой в пропорции 450-550 мл на 1 кг порошка и активно перемешивают в течение 3 минут. Для упрощения этого процесса можно использовать специальный строительный миксер. Затем раствору дают «отдохнуть» около 5 минут, а затем еще раз перемешивают.
Очень важно придерживаться правильного порядка разведения смеси, а именно гипсовая штукатурка в сухом виде – вода. Нет смысла добавлять какие-то дополнительные компоненты к раствору. Все что нужно уже есть в упаковке со штукатуркой.
ВАЖНО! Лишняя вода или ее недостаточное количество и нарушение технологии нанесения рекомендованной производителем – это главные причины проблем в процессе работы и дальнейшего растрескивания штукатурки. Следует быть предельно внимательным при выполнении работ и строго следовать указаниям инструкции.

Прежде чем приступать к отделке поверхности стен или потолка штукатуркой желательно покрыть пол полиэтиленовой пленкой.

Сколько времени затвердевает штукатурка?

На этот вопрос нельзя ответить однозначно, так как сначала нужно разобраться с тем, что имеется в виду:

— на застывание смеси в емкости уйдет 50 минут;
— между временем нанесения и поверхностным застыванием штукатурки на стене пройдет не менее 50 и не более 180 минут;
— полное застывание гипсовой штукатурки наступит через 5-7 суток.

Как штукатурить стены собственными руками?


 

Готовый раствор необходимо набросать на рабочую поверхность не позднее чем через 30 минут после замешивания. Нанесение происходит по направлению снизу вверх. При этом слой покрытия должна быть немного выше уровня маяков.
После того как вся рабочая поверхность будет заполнена штукатуркой, ее излишки нужно снять при помощи правила, приложенного к маякам. Движения должны осуществляться с небольшим нажимом, чтобы разровнять поверхность. Неопытным штукатурам следует начинать с заполнения небольших участков между маяками.

Спустя 50 минут от начала нанесения раствора на поверхность стены, можно заполнять раствором образовавшиеся углубления. Излишки смеси, как и в первый раз, убирают правилом.
Получившаяся в результате такой работы поверхность подходит только под укладку плитки. Для того, чтобы на такую стену можно было клеить обои она должна быть наглянцована.
Поверхность стен покрывают слоем толщиной не более 0,5 см, при работе с углублениями – 0,7 см.
Слой раствора на потолочной поверхности не должен быть толще 0,3 см.
Как работать со штукатуркой из гипса при перепаде высоты более 50 мм?
Чтобы выровнять стену с большими перепадами, ее предварительно покрывают несколькими слоями штукатурки ТЕПЛОН без установки маяков. При этом каждый слой необходимо проложить штукатурной сеткой.

ВАЖНО! Вместо штукатурной сетки можно проделать в свежей штукатурке крестообразные углубления. Их делают при помощи гребня или зубчатого шпателя.

Толщина выравнивания должна быть не больше 0,3 см. Каждый новый слой покрытия должен быть нанесен только после того как высохнет предыдущий. Предварительно перед нанесением каждого слоя поверхность нужно покрыть грунтовкой.
Как работать правилом?
Главные ошибки при работе правилом – это спешка излишнее усердие. Выравнивая штукатурку правилом нельзя пережимать рейку, из-за этого на поверхности основания могут образоваться углубления. Единственные точки, где допустимо создавать прижим рейки расположены на маяках под правилом.

Выравнивание оштукатуренной поверхности осуществляется снизу вверх и по дуге. Движения должны быть плавными, но уверенными.
Для чего нужно делать глянцевание и заглаживание?
Глянцевание и заглаживание основания делает его поверхность идеально ровной. После выполнения этих процедур и полного высыхания поверхности можно приступать к продолжению ремонта в помещении. После того как на оштукатуренной поверхности провели завершающую подрезку должно пройти 1,5-2 часа (в зависимости от толщины слоя покрытия). Затем ее необходимо смочить водой и затереть губчатой теркой. Во время этого процесса на поверхность штукатурки выступает жидкость, которую называют «гипсовым молочком». Им то и заглаживают покрытие стен.
При этом используют шпатель или кельму.

Через 5-7 суток, поверхность должна высохнуть окончательно и ее можно окрашивать или оклеивать обоями.

Что такое машинное нанесение гипсовой штукатурки?

Этот способ не имеет принципиальных различий с ручным методом выравнивания стен. Просто при машинном нанесении используют специальную машину. Такой способ особенно удобен при проведении наружных работ. Никто не станет отрицать, что при фасадной отделке или отделке больших площадей внутри помещения ручным способом занимает очень много времени. Однако гипсовую штукатурку не используют для фасадов зданий. Гипсовая машинная штукатурка пригодна только для внутренних работ. Цена на нее колеблется от 7,6 до 8,9 $ за 30 кг сухой смеси.
Какой вид штукатурки лучше – гипсовая или цементная?

С точки зрения паропроницаемости оба покрытия имеют практически равные показатели. У цементного они составляют 0,09 мг/мчПа, у гипсового − 0,11-0,14 мг/мчПа. Поэтому при работе с основанием следует учитывать его собственную паропроницаемость.
Чтобы выбрать наиболее подходящую штукатурку следует отталкиваться от следующих факторов:
— Стоимость. Рассматривая этот показатель не достаточно заострять внимание на цене и весе пачки. Удельный вес смеси на основе цемента может быть выше, чем у гипсового аналога в два раза. Таким образом, расход при работе будет разным. При этом цена на гипсовую штукатурку может быть в 1,5 раза больше. Получается, что в конечном итоге расходы на материалы будут примерно равными.
— Есть ли необходимость в финишной шпатлевке поверхности. После нанесения гипсовой штукатурки практически нет необходимости в шпатлевки поверхности. Чего не скажешь о штукатурке на основе цемента.
— Период застывания смесей. Цементная штукатурка затвердевает в разведенном виде спустя 2 часа после замешивания, гипсовой для этого потребуется всего 1,5 часа. Поэтому при работе со смесью на основе гипса замес требуется осуществлять маленькими порциями, но чаще.
— Условия работы. Гипсовая штукатурка не подходит для нанесения в помещениях с высокой влажностью. Никакая гидроизоляция не защитит гипсовую смесь от растекания. А значит, для ванной комнаты подходит только цементный раствор.
Теперь вам известно, в чем различие между гипсовой штукатуркой и цементной. А выбор материала остается за вами.

выполнение работ от хранения до затирки

Штукатурка гипсовая волма или теплон предназначена для качественной внутренней отделки поверхностей в бытовых помещениях с плюсовой температурой. Для этой цели также применяются другие виды смесей, например, цементная, но на сегодняшний день именно ей профессионалы и старатели отдают предпочтение. Такая смесь не подходит для проведения наружных работ.

Состав и хранение смеси

В состав стандартной штукатурки гипсовой для снижения расхода и улучшения ее качества, помимо гипса входят легкий наполнитель и разнообразные модифицирующие добавки. Полученная универсальная смесь имеет повышенные адгезирующие свойства и скорость высыхания. Чем не может похвастаться цементная смесь.

Храниться штукатурка гипсовая волма или теплон должна в сухом помещении, необходимо полностью исключить возможность попадания на нее влаги. Так как это неизбежно приведет к снижению качества, даже если ее просушить после намокания. Также стоит обратить внимание на срок ее изготовления, который обычно указан на упаковке. Он составляет 6 месяцев, после окончания которых, свойства состава постепенно снижаются.

Применение смеси

С помощью приготовленного раствора старатели выполняют высококачественную штукатурку поверхностей помещений, таких, как стены и потолки, но только не наружных поверхностей. После ее полного высыхания старатели могут слой покрасить, оклеить обоями или облицевать.

Главное требование применения гипсовой штукатурки волма и теплон, заключается в том, чтобы эксплуатация помещения, в котором намечено проведение штукатурных работ гипсовой смесью, была не связана с повышенной влажностью. К ним относятся здания с назначением:

  • торговым;
  • жилым;
  • лечебным;
  • офисным;
  • административным.

Свойства смеси волма и теплон позволяют наносить толстый слой без ущерба качеству работ, маскировать все неровности и дефекты стены. Если используется цементная смесь, то такого эффекта добиться сложно. Также она позволяет провести высококачественное выравнивание не наружных поверхностей. Достаточно дать этому слою просохнуть, и можно, не производя финишную отделку, приступить к поклейке обоев, облицовке или покраске.

Преимущества смеси

Штукатурка гипсовая волма и теплон становится все популярнее среди профессиональных рабочих, и людей, которые заказывают отделку не наружных поверхностей. Это происходит, потому что она обладает многими преимуществами, например, такими:

  • экологичная, слой смеси не выделяет вредных веществ, так как в ее составе только натуральные материалы;
  • экономичная, гипс имеет хорошие теплоизоляционные свойства, поэтому снижаются затраты на отопление;
  • имеет высокий уровень звукоизоляции;
  • штукатурка гипсовая обладает высоким коэффициентом пожарной стойкости;
  • способна впитывать лишнюю влагу в помещении, при этом не теряя своих свойств;
  • слой отдает из своей толщи избыток влаги в воздух, а цементная смесь этого делать не может;
  • хорошо противостоит поражающему действию плесени и грибков, причем ее не надо дополнительно обрабатывать;
  • позволяет после нанесения доводить слой до идеальной гладкости;
  • при нанесении на поверхность можно не использовать дополнительную армирующую сетку;
  • она универсальная, подойдет для всех работ;
  • в состав входят специальные добавки, препятствующие растрескиванию.

Это основные достоинства гипсовой штукатурки волма и теплон, но еще есть множество других. Все они позволяют достигнуть великолепного результата, при этом затраты будуи минимальны и все сделано в кратчайшие сроки.

Количество расхода смеси

Состав смеси имеет такое сочетание материалов, что становится, возможно, нанести ее за один слой, проход может быть толщиной до 50 мм. При этом вероятность того, что она будет отслаиваться от поверхности и образовываться трещины, полностью исключается, и лишнего расхода смеси не происходит. Такое происходит, когда стена имеет уклон в любую сторону. Также если сравнивать одинаковые площади, то будет значительно меньше расхода гипсовой смеси волма и теплон, чем любой другой.

Проведение работ по подготовке основания

До того как нанесена штукатурка гипсовая волма или теплон, с основания должны быть удалены все наслоения, старая штукатурка и другие загрязнения, которые будут мешать проведению работ. Также старатели должны убрать все торчащие металлические предметы из стены, а те, которые не удаляются, необходимо покрыть антикоррозийным составом. Делать это надо до штукатурных работ, потому что оставшиеся без защиты предметы со временем начнут ржаветь, и она выступит сквозь слой, испортив всю отделку.

Чтобы приготовленный раствор при нанесении лучше сцеплялся с поверхностью, ее можно загрунтовать. Обязательно надо покрывать грунтовкой те основания, которые возведены из материалов впитывающих влагу, таких, как пенобетон, силикатный кирпич, шлакобетон, газобетон и прочие. Это относится ко всем видам, в том числе и если, используется универсальная гипсовая штукатурка ротбанд и цементная.

Штукатурка гипсовая волма и теплон должна наноситься в соответствии с принятыми технологиями. Если соблюдать их и строительные нормы, получается ровная и однородная поверхность, с небольшими порами. Оценивать качество работ надо при подходящем освещении.

Начиная проведение подготовительных работ также стоит помнить, что штукатурку можно наносить, только когда температура основания и воздуха в помещении находится в диапазоне от +5 до +30 °C.

Последовательность работ по замешиванию раствора

Существуют нормы расхода, приготавливать раствор нужно из расчета 0,6 л чистой воды на 1 кг сухой смеси. Исходя из этого, получается раствор объемом около 18 л. Старатели высыпают смесь в наполненную водой емкость, и все тщательно перемешивается. Для этого используются специальные миксеры или дрели.

После первого замеса раствор должен 3-5 минут постоять, по истечении которых делается повторный замес. Это относится ко всем видам смесей, даже если использовалась универсальная гипсовая штукатурка кнауф. Полученный раствор будет сохранять свои свойства в течение 30 минут.

Выполнение работ по нанесению раствора

Старатели должны выполнять нанесение раствора на поверхность за один проход в слой, его толщина может достигать 50 мм. Правильное направление движений при нанесении выглядит так, на стены — снизу вверх, на потолок — от себя. Примерно через час после нанесения, раствор схватывается и начинает набирать прочность. В это время, пока он полностью не затвердел, старатели должны удалить все излишки, а неровности заполнить. Также будет нелишним армировать потолок с помощью специальной сетки, если толщина оштукатуривания превышает 20 мм.

Выполнение работ с поверхностью после нанесения раствора

Если штукатурка гипсовая волма или теплон достигла такого состояния, когда перестала продавливаться пальцем, можно переходить к чистовой отделке, это будет завершением всех работ. Слой смачивается водой, и после ее впитывания, старатели затирают его круговыми движениями, для этого можно использовать любой губчатый материал. Затем, нужно выждать не меньше 5 часов, и повторить все этапы.

После этого получится поверхность с идеальной гладкостью, которая не требует дальнейшей обработки, такого, как шпатлевание, и дополнительного расхода материалов.

Набор прочности поверхности, и предъявляемые к ней требования

Пока штукатурка гипсовая высыхает необходимо поддерживать температуру в помещении в диапазоне от +5 до +20 °C. Это одна из причин почему она не подходит для наружных работ. При этом желательно сделать так, чтобы на нее не попадали прямые солнечные лучи, и в помещении не было сквозняков. Только при таких условиях старатели смогут обеспечить благоприятные условия для твердения и схватывания, набора прочности и гидратации нанесенного гипсового раствора.

При благоприятных условиях штукатурка, в том числе и цементная, полностью высыхает, и слой набирает свои свойства в промежуток времени от недели до двух. После этого поверхность готова к любой отделке. Старатели ее могут обклеивать обоями, красить различными красками, и укладывать на нее керамическую плитку.

Белая гипсовая штукатурка Стартели, Теплон, Кнауф Ротбанд

На сегодняшний день, одним из наиболее популярных способов выровнять стены или потолок является применение гипсовой штукатурки. Как правило, на строительном рынке представлен широкий ассортимент различных смесей, каждая из которых, если верить производителю, просто вершина качества. Как же ситуация обстоит на самом деле? Об этом далее.

Выбираем белую штукатурку

Что такое гипсовая штукатурка и для чего она нужна?

По сути, основным назначением гипсовой штукатурки является выравнивание таких поверхностей как стены и потолки, а также их подготовка к финишной отделке. Учитывая тот факт, что гипс не отличается высокой влагостойкостью, применять данный материал рекомендуется только внутри помещений. Это могут быть квартиры, частные дома, офисы компаний или торговые залы.

Как правило, при соблюдении всех технологических нюансов и рекомендаций производителя, данный вид штукатурной смеси является достаточно прочным и устойчивым к образованию трещин. А, благодаря тому, что в состав смеси входит гипс, в помещении создается наиболее оптимальный микроклимат. В качестве финишной отделки можно использовать декоративное покрытие, керамическую плитку, или обычную водоэмульсионную краску. На фото ниже показаны несколько наиболее популярных вариантов отделки.

Штукатурка Боларс

Не секрет, что у большинства производителей штукатурная смесь обладает схожими характеристиками, но относится к разным ценовым категориям. Это неудивительно, ведь, в современном мире, немаловажное значение играет популярность самого бренда, а значит, чем популярнее продукт, тем выше его стоимость.

Рассмотрим несколько основных вариантов гипсовой штукатурки, которые лучше всего сочетают в себе такие понятия как цена и качество.

Штукатурка Ivsilspark, ее характеристики и особенности

  • Белая штукатурная смесь на основе гипса, ivsil spark, разработана специально для выравнивания стен и потолков. Ее единственный недостаток заключается в том, что она не подразумевает машинного нанесения. В остальном, качество этого материала очень высоко и отвечает всем современным требованиям.
  • Что касается типа основания, на которое может быть нанесена штукатурка этого производителя, то здесь особые ограничения просто отсутствуют. Независимо от того, будет ли стена каменной, или обшитой гипсокартонном, состоять из кирпичной кладки или монолитного бетона, ивсил спарк позволит выполнить выравнивание максимально качественно и эффективно.
  • Что касается толщины слоя, то, данный вариант несколько уступает своим конкурентам, так как допустимая толщина нанесения не превышает 3 см. Для сравнения: у штукатурки теплон допустимая толщина первого слоя – 7 см., второго – 3 см. По расходу в 9-10 кг на квадрат, ivsil spark находится на средних позициях в рейтинге.
  • После того как работа будет завершена, поверхность стены станет ровной и гладкой. Благодаря этой особенности, можно сразу покрывать ее краской или наклеивать керамическую плитку, фактически забыв о таком понятии, как финишная штукатурка.

 

Штукатурка Ротбанд, ее характеристики и особенности

  • Кнауф Ротбанд является универсальной белой смесью на основе гипса. Для того чтобы обеспечить максимальное сцепление с поверхностью, в состав смеси входят специальные добавки и компоненты.
  • Стоит отметить, что данная смесь схватывается немного дольше, чем остальные аналогичные составы. Благодаря этой особенности оштукатуривание поверхности можно выполнить гораздо эффективнее и аккуратнее.
  • По своим характеристикам она не уступает более дорогим брендам. Кроме всего прочего, если четко соблюдать технологию приготовления раствора и его нанесения, результат будет очень долговечным. Что касается ценовой категории, то именно у кнауф Ротбанд соотношение цены и качества наиболее актуально.

Штукатурка Старатели, ее характеристики и особенности

  • Основным преимуществом белой штукатурной смеси старатели является ее привлекательная стоимость. Что касается назначения и основных характеристик, то они аналогичны конкурентам. Стоит отметить, что по сравнению с некоторыми брендами, старатели вышли на более высокие позиции.
  • Например, если сравнивать данный бренд с кнауф Ротбанд, то окажется, что знаменитое немецкое качество не смогло сравниться со старателями в прочности сжатия, а также уступило свои позиции во времени высыхания.
  • Если же обратить внимание на выход готовой смеси, то получается, что старатели можно смело выбрать лидером своеобразного рейтинга. Как показывает практика, этот показатель выше, чем у конкурентов на 20-25%.

Штукатурка Волма, ее характеристики и особенности

На сегодняшний день, в линейке Волма есть несколько вариантов белых штукатурных смесей. Они включают в себя как универсальные варианты, которые могут быть нанесены на любую поверхность вручную, так и смеси для машинного нанесения. Стоит отметить, что если сравнить смесь, производимую на российском заводе, с тем, что выпускается в германии, то характеристики будут совершенно идентичными. Кроме всего прочего, все компоненты, которые используются в качестве добавок, состоят из органики, а значит, не нанесут вреда здоровью человека. Единственным минусом является очень быстрое схватывание, поэтому, если вы хотите получить хороший результат, но не имеете достаточного количества опыта, лучше всего приготавливать смесь очень маленькими партиями.

Рекомендации специалистов

Специалисты настоятельно рекомендуют, после того как будет нанесена штукатурная смесь, подождать около получаса, после чего, смочить ее водой и выполнить затирку, как это показано на фото. Таким образом, можно исключить вероятность появления трещин.

Когда этот этап будет завершен, рекомендует закрыть все окна и двери в помещение примерно на сутки. Как показывает практика, отсутствие сквозняка в первые 24 часа, оказывает просто поразительный эффект. Это обусловлено тем, что штукатурка не только будет высыхать, но и быстро наберет максимальную прочность.

Смотрите также:

состав, топ лучших, инструкция к препарату и отзывы

Штукатурные смеси в строительстве применяются очень широко. Такие составы могут использоваться для отделки стен внутри помещений, потолков, фасадов, колонн и пр. Типов таких смесей на современном рынке имеется несколько. И одной из самых востребованных разновидностей является штукатурка на основе гипса. Выпускают такие составы многие компании. Однако некоторые марки гипсовых смесей являются у потребителей, конечно же, наиболее популярными.

По каким критериям оценивают

При выборе гипсовой штукатурки в первую очередь следует обратить внимание на такие ее характеристики, как:

  • максимально допустимая толщина слоя;

  • время высыхания;

  • тип основания;

  • расход.

Используются гипсовые штукатурки обычно только для отделки поверхностей внутри помещений. Для фасадов такие составы не применяют. В большинстве случаев производители также рекомендуют использовать такие средства только в сухих помещениях.

Лучшие штукатурки

Большинство реализуемых сегодня на рынке средств этого типа отличается неплохим качеством. Но все же наиболее популярными у потребителей гипсовыми штукатурками являются:

Штукатурки «Ротбанд»

Сухие смеси на гипсовом вяжущем этой марки относятся к группе универсальных средств. В состав штукатурок «Ротбанд», помимо всего прочего, входят специальные добавки, предназначенные для повышения их адгезивных свойств. Также гипсовые смеси «Ротбанд» содержат всевозможные природные примеси, определяющие их цвет. В зависимости от производителя, такие составы могут быть:

  • серыми;

  • белыми;

  • розовыми.

Наиболее качественной при этом считается розовая штукатурка «Ротбанд». Выпускают такие смеси предприятия «Кнауф Гипс Челябинск» и «Кнауф Гипс Колпино». Белые и серые гипсовые штукатурки этой марки производятся в Красногорске, Краснодарском крае и Астраханской области. Такие средства также могут считаться достаточно качественными. Однако при их использовании стоит быть все же немного повнимательнее. Белые и серые штукатурки «Ротбанд» немного стекают по стене, в результате чего на поверхностях могут образовываться горизонтальные волны.

Отзывы потребителей

К плюсам штукатурок «Ротбанд» потребители относят в первую очередь их пластичность, прочность и возможность добиваться максимально гладких поверхностей. Работать с такими составами, судя по отзывам, очень легко, а на стенах в последующем такая отделка держится максимально долго. Также достоинствами штукатурок «Ротбанд» потребители считают, конечно же, и их отличные адгезивные качества, а также минимальную усадку.

Некоторым недостатком таких гипсовых смесей потребители считают не слишком долгую «живучесть» раствора. Работать с такой штукатуркой следует максимально быстро или же замешивать одномоментно не очень большое ее количество. Также к минусам «Ротбанда» потребители относят довольно-таки высокую стоимость.

Смеси «Волма»

Особенностью штукатурки этой марки считается прежде всего пластичность и способность «дышать». Выпускает эту смесь отечественная компания «Волма», основанная еще в 40-х годах. На рынке сегодня имеется несколько типов этой штукатурки, немного различающихся по составу:

  • «Волма-Слой», предназначенная для использования в помещениях с перепадами температур.

  • «Слой Титан» и «Ультра», максимально устойчивые к появлению трещин.

  • «Холст» с минеральными добавками, максимально увеличивающими адгезию.

  • «Пласт» — универсальная, очень пластичная.

  • «Люкс» — предназначенная для работы по пенобетону.

Также этот производитель выпускает гипсовые сухие строительные смеси, предназначенные для машинного нанесения: «Гипс-Актив» с добавками, обеспечивающими повышенную влагостойкость, и трещиноустойчивую «Гипс-Актив Экстра».

Отзывы о смесях «Волма»

Наиболее популярной у потребителей разновидностью штукатурки этой марки является «Волма Холст». Именно об этой гипсовой вяжущей смеси в Сети имеются самые хорошие отзывы. К преимуществам составов «Волма Холост» потребители относят в первую очередь легкость в нанесении и универсальность. Эту смесь, как отмечают некоторые мастера, можно использовать для выравнивания стен, текстурирования под декоративную штукатурку и даже, к примеру, лепки кирпичей.

Основными недостатками средства «Волма Холст» мастера считают слишком быстрое схватывание и необходимость в шпаклевании после высыхания под чистовую отделку.

Смеси сухие строительные с гипсовым вяжущим «Гипсвэлл»

Составы этой марки являются дешевым аналогом «Ротбанда». На рынок сегодня поставляются несколько разновидностей таких штукатурок. Наиболее популярной у потребителя при этом является смесь «Гипсвэлл Основит». Такая штукатурка также идет в нескольких сериях. К примеру, смесь «Гипсвэлл Основит Т25» может наноситься на стены слоем до 8 см. Также эта штукатурка отличается пластичностью.

Помимо собственно гипса, в состав «Гипсвэлл Основит Т25» входят добавки, увеличивающие время «жизнеспособности» раствора и пластичность. Как и «Ротбанд», эта штукатурка дает очень гладкую поверхность и не нуждается в дополнительном шпаклевании.

Мнение потребителей о «Гипсвэлл»

Хорошие отзывы об этой штукатурке в Сети имеются в первую очередь, благодаря легкости в нанесении. Составы этой марки, как отмечают потребители, дают очень качественный отделочный слой и при этом стоят недорого. Низкий расход также считается достоинством строительных гипсовых смесей «Гипсвэлл».

Если штукатурку на поверхность нужно нанести толстым слоем, многие потребители советуют приобретать именно средство этой марки Т25. Готовая отделка в данном случае гарантированно не растрескается. Также, судя по отзывам потребителей, «Гипсвэлл Основит Т 25» практически не дает усадки. К плюсам этого средства многие мастера относят и то, что приготовленный с его использованием раствор способен не высыхать в течение 1,5 часа.

Штукатурка «Бергауф»: состав, описание

В состав смесей на гипсовой основе от этого производителя могут входить, помимо собственно самого вяжущего, такие компоненты:

  • перлит;

  • кварцевый песок;

  • минеральные добавки;

  • пластификаторы.

Застывает раствор, приготовленный из смеси «Бергауф», примерно в течение часа. Добавки делают его пластичным и легким в нанесении. Также смеси от этого производителя отличаются превосходными адгезивными свойствами.

Отзывы о смесях Bergauf

Основным плюсом штукатурок этой марки потребители считают их невысокую стоимость. Цена на сухие гипсовые смеси «Бергауф» при их высоком качестве зачастую ниже, чем на некоторые подобные составы даже от отечественных производителей.

Несмотря на то что в состав этих штукатурок входит песок, заметный, судя по отзывам потребителей, даже невооруженным глазом, отделочный слой они дают достаточно ровный и гладкий.

Штукатурка «Старатели»

Смесь этой марки отлично подходит для отделки любых видов поверхностей. Одинаково качественный слой при их использовании получается как по кирпичу, так и по пенобетону. В состав штукатурки «Старатели» добавляется особый легкий компонент, позволяющий значительно снизить ее расход. Также смеси этой марки содержат минеральные компоненты, обеспечивающие быстрое затвердевание.

Считается, что штукатурка «Старатели» просто отлично подходит для нанесения на поверхности как под керамическую плитку, так и просто под обои или покраску. Накладывать сухие смеси на гипсовой основе этой марки на стены можно слоем до 5 см. Срок «жизни» раствора, приготовленного с использованием состава этой марки, равен 45 минутам.

Что думают потребители о штукатурке «Старатели»

Основным плюсом смеси этой марки потребители считают очень невысокую стоимость при неплохом качестве. Также к достоинствам штукатурки «Старатели» мастера относят:

  • гладкость готовой поверхности;

  • легкость в нанесении;

  • оптимальное время схватывания.

Некоторым недостатком средства этой марки мастера считают то, что в его составе иногда попадаются крупные песчинки. Поэтому при работе со штукатуркой «Старатели» стоит быть немного повнимательнее. Песчинки могут оставлять на поверхности канавки. Если они не будут заделаны сразу, стену в последующем, возможно, придется шпаклевать.

Гипсовая смесь «Юнис Теплон»

Штукатурки этой марки содержат в своем составе перлит, уменьшающий время их схватывания. Отличительной особенностью средств «Юнис Теплон» являются небольшой вес и максимальная прочность готового слоя. Также штукатурка этой марки способна дополнительно защищать помещения в доме от уличного холода.

Продолжительность «жизни» растворов «Юнис» равна примерно 50 мин. Наносить их на стены можно слоем до 5 см.

Мнение потребителей

Основное преимущество штукатурок «Юнис» — легкость в нанесении. Многие потребители, если судить по имеющимся в Сети отзывам, считают сухие гипсовые смеси этой марки просто идеально подходящими для новичков. Наносится раствор «Юнис Теплон» на стены очень легко. К тому же готовый отделочный слой при его использовании не требует дополнительного шпаклевания.

Некоторым недостатком смесей «Юнис» потребители считают сложность в приготовлении раствора. Вымешивать эту штукатурку нужно долго и тщательно до удаления всех комков.

Инструкция по применению

В большинстве своем гипсовые штукатурки, таким образом, отличаются пластичностью. То есть работать с ними достаточно легко. Но конечно же, чтобы получить красивый прочный готовый отделочный слой, при работе с такими составами следует соблюдать все положенные технологии.

Перед началом выполнения работ по оштукатуриванию, поверхность обязательно нужно очистить от грязи, смыть с нее пыль и прогрунтовать в два слоя. Далее можно приступать к приготовлению раствора. При этом количество сухой гипсовой штукатурной смеси следует брать такое, чтобы готовый состав можно было бы полностью использовать за то время, пока он сохраняет «жизнеспособность». Это необходимо для того, чтобы избежать перерасхода средства, а также порчи емкости, в которой приготавливался раствор.

Как и любые другие смеси, гипсовые желательно накладывать на стены, пользуясь технологией «по маякам». То есть сначала выставить на стены направляющие планки, а затем разравнивать раствор с помощью правила.

Примерно через 20 мин. после нанесения гипсовый штукатурный слой желательно разровнять специальной малярной теркой. Чтобы сделать готовую поверхность максимально аккуратной, еще через несколько часов ее нужно смочить водой и пройтись по ней гладилкой.

Другие смеси: виды и производители

Конечно же, самым популярным видом подобных составов являются именно штукатурки. Но на основе гипса выпускаются, конечно же, и другие гипсовые смеси. К примеру, при отделке помещений могут использоваться следующие виды составов этой разновидности:

  • шпаклевки;
  • монтажные смеси;
  • клеи.

Марок таких средств на рынке имеется множество. Но лучшими производителями считаются те же, которые выпускают и самую качественную штукатурку. То есть это в первую очередь «Ротбанд», «Волма», «Юнис» и т. д.

Шпаклевки

Эта разновидность гипсовых смесей используется для финишной отделки штукатурного слоя. К плюсам таких шпаклевок относят в первую очередь гладкость готовой поверхности, белый цвет, быстроту схватывания. Помимо финишной отделки, гипсовые средства этой разновидности могут использовать и для коррекции разного рода дефектов поверхностей перед оштукатуриванием.

Монтажные смеси и клей

Составы этого типа отличаются теми же преимуществами, что и штукатурки или шпаклевки. То есть они очень быстро схватываются и дают белую поверхность, легко поддающуюся окрашиванию. Используются такие смеси при обшивке стен ГКЛ или гипсоволокнистыми плитами.

Штукатурка гипсовая Теплон белый: состав и особенности применения

Легкая штукатурка позволяет не только сделать помещение теплым, но и обеспечить комфортный климат в комнате. В ее составе присутствует уникальный компонент, выполненный на основе перлита. Эта добавка направлена на то, чтобы существенно уменьшить вес смеси и сделать ее теплоизолирующей. Именно небольшой вес материала позволяет понизить нагрузку на стену, благодаря чему есть возможность убирать даже большие впадины и неровности.

Использование

Гипсовая штукатурка нашла применение для выравнивания стен и потолков. Проводить работы требуется при температуре от +5 до +30 градусов по Цельсию и с влажностью не более 75 процентов. Данный материал можно использовать под декоративную отделку, а именно покраску или оклейку обоями. Его применяют на разных поверхностях, в том числе на гипсовых, пенобетонных или цементно-песчаных.

Состав

Эта штукатурка выполнена на основе гипса, мелкофракционного наполнителя и ряда химических примесей. Кроме того, в ее составе, как было сказано выше, есть перлит. Это компонент, который позволил сделать материал теплоизолирующим и более легким. Преимуществом данной штукатурки является то, что благодаря своему продуманному составу она позволяет поддерживать баланс влажности в помещении. Такое свойство смеси дает возможность не допустить появления грибка и плесени на стенах.

Приготовление смеси

Ознакомиться со всеми ее особенностями можно здесь. Для верного создания раствора потребуется добавить смесь в емкость из пластмассы и разбавить чистой водой. На 1 кг. штукатурки идет около полулитра воды. После этого массу необходимо довести до однородности, размешивая ее на протяжении нескольких минут. Перемешивать раствор можно и специальным миксером, который должен работать на небольших оборотах. После этого потребуется оставить смесь в покое на 5 минут, а потом можно начинать ее использовать, предварительно повторно перемешав. Очень важно потратить полученную массу на протяжении одного часа.

Проведение работы

Полученный раствор наносят на чистое основание. Для этого можно применять гладилку или шпатель из нержавейки. Для стен максимальный слой составляет 50 мм. (в том случае, когда не применяется штукатурная сетка), а для потолка он должен быть не более 30 мм. При соблюдении этих несложных условий результат применения материала будет максимально качественным и длительным.

Гипсовая штукатурка под плитку – миф или реальность?

Выбор штукатурки – это извечный вопрос, с которым сталкиваются граждане при проведении ремонта, но не о выборе пойдет речь в этой статье. В нашем случае предпочтение уже отдано гипсовой штукатурке, но случилось так, что хозяева захотели на такое основание положить плитку. Можно или нельзя? Мнения тут диаметрально противоположные, постараемся разобраться в проблеме.

Оглавление

Суть дилеммы
Как подготовить гипсовую штукатурку под плитку?
Ход работ
Пару слов о ванной комнате
Вывод

Суть дилеммы

Гипсовая штукатурка – эластична, не содержит крупного песочного зерна, как цементно-песчаная, поэтому с её помощью можно создать покрытие, приближенное к финишному. Такое основание хорошо подходит под покраску или поклейку обоев. Гипс имеет приятный белый цвет и быстро высыхает. При этом считается, что под плитку такое покрытие подходит не очень хорошо и причины для этого есть:

  • Высокая гигроскопичность – загадочное слово, которое часто возникает в дискуссиях, связанных с гипсом. Гигроскопичность означает способность материала поглощать воду. Во влажной среде гипсовая штукатурка может впитывать мельчайшие частицы воды, в результате этого она теряет прочность, а внутри может развиваться патогенная флора (грибки и плесень).

Основная причина гигроскопичности гипса кроется в его пористой структуре


  • Низкая прочность – все, кто имел дело с гипсом, знают, что материал плохо переносит механические повреждения. По этой причине тяжелую плитку на гипсовую штукатурку следует класть с большой осторожностью.

Гипсовая штукатурка не имеет зернистой фактуры, поэтому придают стенам законченный внешний вид.

  • Способствует коррозии – этот недостаток гипса относится не к плитке, а к металлическим креплениям вообще, на которые материал оказывает разрушительное действие.

Если предполагается положить тяжелое финишное покрытие, то от гипсовой штукатурки рекомендуется отказаться еще на стадии планирования. Если же выбора нет, а стены уже оштукатурены, то следует воспользоваться несколькими хитростями для смягчения негативных черт гипсового основания.

Как подготовить гипсовую штукатурку под плитку?

На вопрос можно ли на гипсовую штукатурку клеить керамическую плитку можно дать положительный ответ, но с определенными оговорками.

Плиточный клей наносится тонким слоем, чтобы не создавать лишнюю нагрузку.

  • Слой штукатурки должен в два раза превышать толщину плитку вместе с плиточным клеем.
  • Не стоит использовать плиточный клей для исправления неровностей штукатурки. Из-за этого увеличивается толщина клея и вес финишного покрытия, который и так значительный. Для выравнивания лучше всего использовать гипсовую штукатурку и подождать её высыхания. Выступы на старом покрытии необходимо сточить.

Затирочная сетка используется для исправления мелких неровностей.

  • Плитка должна быть максимально легкой, не рекомендуется использовать тяжелые разновидности из камня или мрамора.
  • Антисептическая обработка – важный этап в подготовке помещения, особенно если речь идет о влажном помещении (ванной, туалете или душевой). Составы наносятся на поверхность и защищают гипс от размножения плесени.

Тепловая пушка поможет высушить влажные помещения.


При работе в ванной комнате помещение рекомендуется предварительно просушить. Для этого можно воспользоваться тепловой пушкой.


Грунтовка – обязательная процедура для укрепления гипсового основания.

  • Грунтовка частично исправляет недостатки гипсовой штукатурки, поэтому этой процедурой пренебрегать не стоит. Для этого подойдут составы глубокого проникновения, которые пропитывают основание, улучшают адгезию штукатурки с финишным покрытием, повышают гидроизоляционные свойства материала, защищают гипс от последующего осыпания под весом плитки.

Для гипсовой штукатурки используют специальную грунтовку для поверхностей с высокой гигроскопичностью.


  • Гидроизоляция используется не простая, а специальная, которая разработана для укладки плитки. В качестве гидроизоляции используют обмазочные мастичные и латексные составы. При нанесении состава надо следовать рекомендациям производителя. Некоторые гидроизоляции наносят в два слоя.

Слои мастичной гидроизоляции могут иметь разные цвета, чтобы сразу замечать незакрашенные участки


Гидроизоляцию наносят на примыкания стен с полом, также в этих местах укладывают гидроизоляционные ленты. Эти ленты приклеивают в местах примыканий к трубам и другим коммуникациям.


  • Если отказаться от тяжелой плитки не получилось, то поверхность дополнительно надо покрыть армирующей сеткой. Как указывалось, гипс способствует возникновению ржавчины, поэтому рекомендуется использовать пластиковую сетку.

Ход работ

Монтаж плитки на основание из гипса практически не отличается от кладки плитки на цементно-песчаную штукатурку.

  • Перед началом работ производится разметка. Примерное расположение плитки можно нанести на бумагу, а потом на стену. На этом этапе можно установить маяки. Не стоит забывать о наличии между плиткой швов. Для отбивки ровных горизонталей и вертикалей можно использовать отвес и уровень.

Разметка маяка под плитку.


Разметку удобно проводить с помощью лазерного уровня или нити-отбивки.


  • При расчете плитки по высоте не оставляйте половинки на стыковку с потолком, это будет портить внешний вид помещения.
  • Важно при выборе плиточного клея подобрать состав на гипсовом вяжущем. Клей должен обладать эластичной консистенцией и обеспечивать хорошую адгезию. Избегайте использования цементных составов, так как в будущем плитка может обвалиться.

Замешивание плиточного клея с помощью миксера.

  • Клей наносится на стену небольшим слоем. Если наносить раствор еще и на саму плитку, то вес финишного покрытия увеличится, а это чревато последствиями. Для минимизации толщины клеящего слоя используют зубчатый шпатель, которым делают борозды.
  • Не стоит нагружать гипсовую штукатурку, поэтому все процедуры по распиловке или сверлению плитки стоит делать до закрепления на стене. Плитка монтируется на стену по разметке. После завершения работ поверхность следует отмыть от остатков клея.

Плиточный клей разводится в емкости с добавлением воды. Для размешивания удобно использовать дрель-миксер. После этого надо дать раствору время, чтобы он успел приобрести нужную консистенцию.


Пару слов о ванной комнате

При всех смелых рекомендациях производителей различных строительных смесей от использования гипсовой штукатурки в ванных комнатах и других влажных помещениях лучше воздержаться. Оправдывает себя только нанесение гипсовых составов на потолок под покраску, так как такое покрытие будет легче, чем цементная штукатурка, при этом оно будет обладать гладкой приятной поверхностью.

Таким образом, можно сделать вывод, что класть плитку на гипсовую штукатурку можно, но только это надо делать, соблюдая все предварительные процедуры по подготовке основания. Все-таки более естественными вариантами финишного покрытия для гипсовых составов являются краска или обои.

Подобрать штукатурку и плиточный клей.

Тепло | Encyclopedia.com

КОНЦЕПЦИЯ

Тепло — это форма энергии, в частности энергия, которая течет между двумя телами из-за разницы температур. Следовательно, научное определение тепла отличается от повседневного значения и является более точным. Физики, работающие в области термодинамики, изучают теплоту с разных точек зрения, включая удельную теплоемкость или количество энергии, необходимое для изменения температуры вещества, и калориметрию, измерение изменений теплоты в результате физических или химических изменений. .Термодинамика помогает нам понять такие явления, как работа двигателей и постепенное снижение сложности физических систем — явление, известное как энтропия.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Теплота, работа и энергия

Термодинамика — это изучение отношений между теплотой, работой и энергией. Работа — это приложение силы на заданное расстояние для смещения или перемещения объекта и, таким образом, произведение силы и расстояния, приложенных в одном и том же направлении. Энергия, способность совершать работу, проявляется в многочисленных проявлениях, включая тепловую энергию или энергию, связанную с теплом.

Тепловая и другие виды энергии, включая электромагнитную, звуковую, химическую и ядерную энергию, можно описать двумя крайностями: кинетической энергией, или энергией, связанной с движением, и потенциальной энергией, или энергией, связанной с положением. Если пружину оттянуть до точки максимального натяжения, ее потенциальная энергия также максимальна; как только он освобождается и начинает прыгать по воздуху, чтобы вернуться в исходное положение, он начинает набирать кинетическую энергию и терять потенциальную энергию.

Все проявления энергии проявляются как в кинетической, так и в потенциальной формах, что-то вроде организации футбольных команд, играющих как в нападении, так и в защите. Точно так же, как футбольная команда берет на себя наступательную роль, когда у нее есть мяч, и оборонительную роль, когда мяч находится у другой команды, физическая система обычно претерпевает регулярные преобразования между кинетической и потенциальной энергией и может иметь больше той или другой, в зависимости от о том, что происходит в системе.

Что такое тепло, а что нет

Тепловая энергия на самом деле является формой кинетической энергии, генерируемой движением частиц на атомном или молекулярном уровне: чем больше движение этих частиц, тем больше тепловая энергия.Теплота — это внутренняя тепловая энергия, которая течет от одного тела материи к другому или, точнее, от системы с более высокой температурой к системе с более низкой температурой. Таким образом, температура, как и теплота, требует научного определения, совершенно отличного от его общепринятого значения: температура измеряет среднюю молекулярную кинетическую энергию системы и определяет направление потока внутренней энергии между ними.

Говорят, что две системы при одинаковой температуре находятся в состоянии теплового равновесия.При этом теплообмен отсутствует. Хотя в обычном использовании «тепло» является выражением относительной теплоты или холодности, в физических терминах тепло существует только при передаче между двумя системами. На самом деле под «теплотой» люди подразумевают внутреннюю энергию системы — энергию, которая является свойством этой системы, а не свойством передаваемой внутренней энергии.

НЕТ ТАКОГО ПОНЯТИЯ, КАК «ХОЛОД».

Хотя термин «холод» имеет много значений в повседневном мире, в физической терминологии это не так.Холод и жар аналогичны темноте и свету: опять же, темнота что-то значит в нашем повседневном опыте, но с физической точки зрения темнота — это просто отсутствие света. Говорить о холоде или тьме как о сущностях самих по себе все равно, что сказать, потратив 20 долларов: «У меня в кармане 20 недолларов».

Если взять снежок в руку, конечно, рука холодеет. Человеческий разум воспринимает это как передачу холода от снежка, но на самом деле происходит прямо противоположное: тепло переходит от вашей руки к снегу, и если в снежок поступает достаточно тепла, то он растает.В то же время уход тепла из вашей руки приводит к потере внутренней энергии вблизи поверхности вашей руки, что вы ощущаете как ощущение холода.

Передача тепла

При удерживании снежка тепло передается от поверхности руки одним путем, проводимостью, затем проходит через снежок другим путем, конвекцией. На самом деле существует три способа передачи тепла: теплопроводность, включающая последовательные столкновения молекул и передача тепла между двумя соприкасающимися телами; конвекция, которая требует движения жидкости из одного места в другое; или излучение, которое происходит посредством электромагнитных волн и не требует для передачи никакой физической среды, такой как вода или воздух.

ПРОВОД.

Твердые тела, особенно металлы, молекулы которых расположены относительно близко друг к другу, являются лучшими материалами для проводимости. Молекулы жидких или неметаллических твердых тел различаются по своей способности проводить тепло, но газ является плохим проводником из-за слабого притяжения между его молекулами.

Свойства, делающие твердые металлические тела хорошими проводниками тепла, на самом деле также делают их хорошими проводниками электричества. При теплопроводности кинетическая энергия передается от молекулы к молекуле, как длинная вереница людей, стоящих плечом к плечу, передающих секрет.(И так же, как первоначальная формулировка секрета искажается, некоторая кинетическая энергия неизбежно теряется в серии передач.)

Что касается электропроводности, которая имеет место в поле электрического потенциала, электроны освобождаются от своих атомов. ; в результате они способны двигаться вдоль линии молекул. Поскольку пластик гораздо менее проводящий, чем металл, электрик использует отвертку с пластиковой ручкой; Точно так же металлическая сковорода обычно имеет деревянную или пластиковую ручку.

КОНВЕКЦИЯ.

Везде, где задействованы жидкости — а в физике «жидкость» относится как к жидкостям, так и к газам, — конвекция является распространенной формой теплопередачи. Конвекция включает в себя движение нагретого материала — будь то воздух, вода или какая-либо другая жидкость.

Конвекция бывает двух типов: естественная конвекция и принудительная конвекция, при которой насос или другой механизм перемещает нагретую жидкость. Когда нагретый воздух поднимается вверх, это пример естественной конвекции. Горячий воздух имеет меньшую плотность, чем плотность более холодного воздуха в атмосфере над ним, и поэтому является плавучим; однако по мере подъема он теряет энергию и охлаждается.Этот охлажденный воздух, теперь более плотный, чем воздух вокруг него, снова опускается вниз, создавая повторяющийся цикл, порождающий ветер.

Примеры принудительной конвекции включают некоторые типы печей и даже холодильник или кондиционер. Эти две машины обе двигаются тепло
воздух из интерьера во внешнее место. Таким образом, холодильник забирает горячий воздух из отсека и выбрасывает его в окружающее помещение, а кондиционер забирает тепло из здания и отдает его наружу.

Но принудительная конвекция не обязательно связана с искусственными машинами: человеческое сердце представляет собой насос, и кровь переносит избыточное тепло, выделяемое телом, к коже.Тепло проходит через кожу путем теплопроводности и на поверхности кожи отводится от тела различными путями, в первую очередь охлаждающим испарением пота.

ИЗЛУЧЕНИЕ.

Космос, конечно, холодный, но солнечные лучи согревают Землю, явный парадокс. Поскольку в космосе нет атмосферы, конвекция невозможна. На самом деле тепло от Солнца не зависит от какой-либо текучей среды для его передачи: оно приходит на Землю посредством излучения.Это форма теплопередачи, существенно отличающаяся от двух других, поскольку в ней используется электромагнитная энергия, а не обычная тепловая энергия, генерируемая действием молекул. Тепло от Солнца проходит через относительно узкую область светового спектра, включая инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые лучи.

Любая форма материи излучает электромагнитные волны, хотя их присутствие может быть не сразу заметно. Таким образом, когда металлический стержень нагревается, он испытывает проводимость, но часть его тепла излучается, что проявляется в его свечении — видимом свете.Однако даже когда тепло в объекте не видно, оно может излучать электромагнитную энергию, например, в виде инфракрасного света. И, конечно, разные типы материи излучают лучше других: вообще, чем лучше объект воспринимает излучение, тем лучше он его излучает.

Измерение тепла

Измерение температуры в градусах по шкале Фаренгейта или Цельсия является частью повседневной жизни, но измерение тепла не так знакомо среднему человеку.Поскольку теплота — это форма энергии, а энергия — это способность выполнять работу, теплота, следовательно, измеряется в тех же единицах, что и работа.

Основной единицей работы или энергии в метрической системе (известной в научном сообществе как СИ или система СИ) является джоуль.
Сокращенно «Дж», джоуль равен 1 ньютон-метру (Н·м). Ньютон является единицей силы в СИ, и, поскольку работа равна силе, умноженной на расстояние, меры работы также могут быть разделены на эти компоненты. Например, британская мера работы объединяет единицу расстояния — фут и единицу силы — фунт.Фунт-фунт (фут · фунт) равен 1,356 Дж, а 1 джоуль равен 0,7376 фута · фунта. Кондиционеры. Одна БТЕ равна 778 фут-фунтам или 1054 Дж. Килокалория, помимо джоуля, является важной мерой тепла в системе СИ. Количество энергии, необходимое для изменения температуры 1 грамма воды на 1°С, называется калорией, а килокалория равна 1000 калориям. Несколько сбивает с толку тот факт, что диетическая калория (заглавная С), с которой знакомо большинство людей, не совпадает с калорией (строчная буква С) — скорее диетическая калория является эквивалентом килокалории.

ПРИМЕНЕНИЕ В РЕАЛЬНОЙ ЖИЗНИ

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость – это количество теплоты, которое необходимо добавить или отвести от единицы массы, чтобы данное вещество изменило свою температуру на 1°C. Таким образом, килокалория, поскольку она измеряет количество теплоты, необходимое для осуществления этого изменения именно для килограмма воды, идентична удельной теплоемкости этого конкретного вещества в этой конкретной единице массы.

Чем выше удельная теплоемкость, тем более устойчиво вещество к изменениям температуры.На самом деле многие металлы имеют низкую удельную теплоемкость, поэтому их легко нагревать и охлаждать. Это способствует тенденции металлов к расширению при нагревании (явление, также обсуждаемое в эссе «Тепловое расширение») и, таким образом, их пластичности.

ИЗМЕРЕНИЕ И РАСЧЕТ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ.

Удельная теплоемкость любого объекта зависит от его массы, состава и желаемого изменения температуры. Значения начальной и конечной температуры не важны — важна только разница между ними, которая и есть изменение температуры.

Компоненты удельной теплоемкости связаны друг с другом формулой Q = mc δ T. Здесь Q — количество теплоты, измеряемое в джоулях, которое необходимо прибавить. Масса объекта обозначена как m, , а удельная теплоемкость конкретного рассматриваемого вещества представлена ​​как c. Греческая буква дельта (δ) обозначает изменение, а δ T означает «изменение температуры».

Удельная теплоемкость измеряется в Дж/кг · °C (джоули на килограмм-градус Цельсия), хотя для удобства обычно выражается в килоджоулях (кДж) или 1000 джоулей, т. е. кДж/кг · °С.Удельная теплоемкость воды легко выводится из значения килокалории: она равна 4,185, то есть столько же джоулей требуется для получения килокалории.

Калориметрия

Измерение притока или потери тепла в результате физических или химических изменений называется калориметрией (произносится как кал-ИМ-э-три). Как и слово «калория», этот термин происходит от латинского корня, означающего «тепло».

Основы калориметрии восходят к середине девятнадцатого века, но эта область во многом обязана работе ученых, которые проводились в течение примерно 75 лет до этого времени. В 1780 году французский химик Антуан Лавуазье (1743–1794) и французский астроном и математик Пьер Симон Лаплас (1749–1827) использовали элементарный ледяной калориметр для измерения теплоты в образованиях соединений. Примерно в то же время шотландский химик Джозеф Блэк (1728-1799) стал первым ученым, который провел четкое различие между теплом и температурой.

К середине 1800-х многие мыслители пришли к пониманию того, что, вопреки господствовавшим тогда теориям, тепло является формой энергии, а не типом материальной субстанции.Среди них были американо-британский физик Бенджамин Томпсон, граф Румфорд (1753–1814) и английский химик Джеймс Джоуль (1818–1889), в честь которых, конечно же, назван джоуль.

Калориметрия как научная область исследования фактически берет свое начало с работ французского химика Пьера-Эжена Марселина Бертело (1827-1907). В середине 1860-х годов Бертело увлекся идеей измерения тепла, и к 1880 году он сконструировал первый настоящий калориметр.

КАЛОРИМЕТР.

Важным элементом калориметрии является калориметр, которым может быть любое устройство для точного измерения температуры вещества до и после того, как произойдет изменение. Калориметр может быть таким же простым, как чашка из пенопласта. Его качество изолятора, которое делает пенопласт идеальным для сохранения тепла кофе и защиты рук от ожогов, также делает пенополистирол отличным материалом для калориметрических испытаний. С помощью пенопластового калориметра измеряют температуру вещества внутри чашки, дают возможность протекать реакции, а затем температуру измеряют второй раз.

Наиболее распространенным типом калориметра является бомбовый калориметр, предназначенный для измерения теплоты сгорания. Обычно бомбовый калориметр состоит из большого контейнера, наполненного водой, в который помещается меньший контейнер — тигель для сжигания. Тигель изготовлен из металла с толстыми стенками и отверстием для подачи кислорода. Кроме того, тигель для сжигания предназначен для подключения к источнику электроэнергии.

При проведении калориметрического испытания с использованием бомбового калориметра исследуемое вещество или объект помещают в тигель для сжигания и поджигают.Возникающая в результате реакция обычно протекает так быстро, что напоминает взрыв бомбы — отсюда и название «бомбовый калориметр». Как только «бомба» взрывается, возникающий в результате перенос тепла создает изменение температуры воды, которое можно легко измерить с помощью термометра.

Для изучения тепловых изменений при температурах выше точки кипения воды (212°F или 100°C) физики используют вещества с более высокой температурой кипения. Для экспериментов с чрезвычайно широким диапазоном температур можно использовать анероидный (без жидкости) калориметр.В этом случае футеровка тигля для сжигания должна быть из металла, например меди, с высоким коэффициентом или коэффициентом теплопроводности.

Тепловые двигатели

Калориметр-бомба, разработанный Бертело в 1880 году, измерял калорийность топлива и применялся для определения теплового КПД теплового двигателя. Тепловая машина – это машина, которая поглощает теплоту при высокой температуре, совершает механическую работу и в результате отдает теплоту при более низкой температуре.

Стремление создать эффективные тепловые двигатели подтолкнуло ученых к более глубокому пониманию термодинамики, результатом чего стали законы термодинамики, обсуждаемые в конце этого эссе.Их усилия были тесно связаны с одной из величайших когда-либо созданных тепловых машин, машиной, которая буквально приводила в движение промышленно развитый мир в девятнадцатом веке: паровой машиной.

КАК РАБОТАЕТ ПАРОВАЯ ДВИГАТЕЛЬ.

Как и все тепловые двигатели (кроме обратных тепловых двигателей, таких как холодильник, обсуждаемый ниже), паровая машина переносит тепло из высокотемпературного резервуара в низкотемпературный резервуар, и при этом совершается работа. Горячий пар из высокотемпературного резервуара позволяет совершать работу, а при извлечении из пара энергии пар конденсируется в низкотемпературном резервуаре, превращаясь в относительно холодную воду.

Паровой двигатель — это двигатель внешнего сгорания, в отличие от двигателя внутреннего сгорания, который занял свое место в авангарде промышленных технологий в начале двадцатого века. В отличие от двигателя внутреннего сгорания, паровой двигатель сжигает топливо вне двигателя. Этим топливом могут быть просто дрова, которые используются для нагрева воды и создания пара. Затем тепловая энергия пара используется для приведения в действие поршня, движущегося внутри цилиндра, таким образом, преобразуя тепловую энергию в механическую для таких целей, как движение поезда.

ЭВОЛЮЦИЯ ПАРОВОЙ ЭНЕРГИИ.

Как и в случае с рядом передовых концепций в науке и технике, исторические корни паровой машины можно проследить до греков, которые — как и в случае с такими идеями, как атом или модель Вселенной с центром на Солнце — думал об этом, но не смог его развить. Великий изобретатель Герой Александрийский (ок. 65–125) действительно создал несколько паровых устройств, но воспринимал их как простые новшества, вряд ли заслуживающие научного внимания. Хотя европейцы переняли энергию воды, как, например, водяные колеса, в периоды поздней античности и Средневековья, дальнейшего развития паровой энергии не произошло в течение примерно 1500 лет.

Вслед за работами французского физика Дени Папена (1647–1712), который изобрел скороварку и провел первые опыты с использованием пара для движения поршня, английский инженер Томас Савери (ок. 1650–1715) построил первую паровой двигатель. Савери отказался от использования поршня в своей машине, но другой английский инженер, Томас Ньюкомен (1663-1729), повторно ввел поршень в свою собственную конструкцию паровой машины.

Затем, в 1763 году, молодой шотландский инженер Джеймс Уатт (1736-1819) ремонтировал двигатель Ньюкомена и пришел к выводу, что может построить более эффективную модель. Его паровая машина, представленная в 1769 году, разделяла процессы нагрева и охлаждения, устраняя необходимость в остановке двигателя для повторного нагрева. Эти и другие последовавшие за этим инновации, в том числе создание паровой машины высокого давления английским изобретателем Ричардом Тревитиком (1771–1833), изменили мир.

CARNO ПРЕДОСТАВЛЯЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ПОНИМАНИЕ.

Люди, разработавшие паровую машину, были в основном практичными фигурами, которые хотели только построить лучшую машину; они не особо интересовались теоретическим объяснением его работы. Затем, в 1824 году, французский физик и инженер по имени Сади Карно (1796–1832) опубликовал свою единственную работу, весьма влиятельную работу «Размышления о движущей силе огня» (1824), в которой он обсуждал тепловые двигатели с научной точки зрения.

В Reflections, Карно предложил первое определение работы с точки зрения физики, описав ее как «вес, поднятый на высоту». Анализируя паровой двигатель Уатта, он также провел новаторские исследования в зарождающейся науке термодинамики. Он объяснил, что у каждой тепловой машины есть теоретический предел эффективности, связанный с разницей температур в двигателе: чем больше разница между самой низкой и самой высокой температурой, тем эффективнее двигатель.

Работа Карно повлияла на разработку более эффективных паровых двигателей, а также оказала влияние на исследования других физиков, изучающих взаимосвязь между работой, теплотой и энергией. Среди них был Уильям Томсон, лорд Кельвин (1824-1907). Помимо введения термина «термодинамика», Кельвин разработал шкалу абсолютной температуры Кельвина и установил значение абсолютного нуля, равное -273,15 ° C или -459,67 ° F.

Согласно теории Карно, максимальной эффективности достигала машина, способная достигать абсолютного нуля. Однако более поздние достижения в понимании термодинамики, как обсуждается ниже, доказали, что невозможно достичь как максимальной эффективности, так и абсолютного нуля.

ОБРАТНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ.

Легко понять, что паровая машина — это тепловая машина: ведь она производит тепло. Но как получается, что холодильник, кондиционер и другие охлаждающие машины также являются тепловыми двигателями? Более того, учитывая тот факт, что холод — это отсутствие тепла, а тепло — это энергия, можно задаться вопросом, как холодильник или кондиционер могут использовать энергию для производства холода, что равносильно отсутствию энергии. Фактически охлаждающие машины просто обращают вспять обычный процесс, посредством которого работают тепловые двигатели, и по этой причине их называют «обратными тепловыми двигателями». Кроме того, они используют энергию для извлечения тепла.

Паровой двигатель берет тепло из высокотемпературного резервуара — места, где вода превращается в пар — и использует эту энергию для производства работы. В процессе энергия теряется и тепло перемещается в низкотемпературный резервуар, где оно конденсируется, образуя относительно холодную воду Холодильник, с другой стороны, забирает тепло из низкотемпературного резервуара, называемого испарителем, в который поступает тепло из холодильного отделения — места где хранятся продукты питания и другие скоропортящиеся продукты.Хладагент из испарителя переносит это тепло в конденсатор, высокотемпературный резервуар в задней части холодильника, и при этом превращается в газ. Тепло выделяется в окружающий воздух; Вот почему задняя часть холодильника горячая.

Вместо того, чтобы производить работу, как это делает паровой двигатель, холодильнику требуется работа — энергия, подаваемая через стенную розетку. Принципы термодинамики показывают, что тепло всегда течет от высокотемпературного к низкотемпературному резервуару, и обратные тепловые двигатели не нарушают эти законы. Скорее, им требуется внешний источник энергии для осуществления передачи тепла от низкотемпературного резервуара через газы в испарителе к высокотемпературному резервуару.

Законы термодинамики

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ.

Существуют три закона термодинамики, определяющие параметры работы тепловых систем в целом и тепловых двигателей в частности. История вывода этих законов обсуждается в эссе по термодинамике; здесь сами законы будут рассмотрены в краткой форме.

Физический закон, известный как сохранение энергии, показывает, что в системе, изолированной от всех внешних факторов, общее количество энергии остается неизменным, хотя происходят преобразования энергии из одной формы в другую. Первый закон термодинамики констатирует тот же факт несколько иначе.

Согласно первому закону термодинамики, поскольку количество энергии в системе остается постоянным, невозможно выполнить работу, в результате которой выход энергии превысит количество энергии, подведенной к ней. Таким образом, можно сказать, что закон сохранения энергии показывает, что «стакан наполовину полон»: энергия никогда не теряется. С другой стороны, первый закон термодинамики показывает, что «стакан наполовину пуст»: ни одна машина не может произвести больше энергии, чем было вложено в нее. Следовательно, вечный двигатель невозможен, потому что для того, чтобы машина работала непрерывно, необходим постоянный ввод энергии.

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ.

Второй закон термодинамики
начинается с того, что естественный поток тепла всегда идет от высокотемпературного к низкотемпературному резервуару.В результате невозможно построить двигатель, который просто берет тепло от источника и выполняет эквивалентный объем работы: часть тепла всегда будет теряться. Другими словами, невозможно построить идеально эффективный двигатель.

По сути, второй закон термодинамики объединяет «плохие новости», доставленные первым законом, с некоторыми еще худшими новостями: хотя верно то, что энергия никогда не теряется, энергия, доступная для выполнения работы, никогда не будет столь же велика, как энергии, вложенной в систему. Со вторым законом связана концепция энтропии, тенденция естественных систем к разрушению и, в частности, тенденция к рассеянию энергии в системе. «Рассеянный» в этом контексте означает, что высокотемпературные и низкотемпературные резервуары приближаются к одинаковым температурам, и когда это происходит, энтропия увеличивается.

ТРЕТИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ.

Энтропия также играет роль в третьем законе термодинамики, который гласит, что при температуре абсолютного нуля энтропия также стремится к нулю.Может показаться, что это противодействует «худшим новостям» второго закона, но на самом деле третий закон показывает, что абсолютного нуля достичь невозможно.

Как было сказано ранее, двигатель Карно достиг бы идеального КПД, если бы его самая низкая температура была такой же, как абсолютный ноль; но второй закон термодинамики показывает, что совершенно эффективная машина невозможна. Теория относительности (впервые появившаяся в 1905 году, в том же году, что и третий закон термодинамики) показала, что материя никогда не может превысить скорость света. Точно так же коллективный эффект второго и третьего законов должен доказать, что абсолютное
ноль — температура, при которой молекулярное движение во всех формах материи теоретически прекращается, — никогда не может быть достигнута.

ГДЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Бейсер, Артур. Физика, 5-е изд. Рединг, Массачусетс: Addison-Wesley, 1991.

Боннет, Роберт Л. и Дэн Кин. Научная Ярмарка Проекты: Физика. Иллюстрировано Фрэнсис Цвайфель. Нью-Йорк: Стерлинг, 1999.

Энциклопедия термодинамики (веб-сайт). (12 апреля 2001 г.).

Фридхоффер, Роберт. Домашняя лаборатория физики. Иллюстрации Джо Хоскина. Нью-Йорк: Франклин Уоттс, 1997.

Мэннинг, Мик и Брита Гранстрём. Научная школа. Нью-Йорк: Kingfisher, 1998.

Маколей, Дэвид. Новый способ работы. Boston: Houghton Mifflin, 1998.

Моран, Джеффри Б. Откуда мы знаем законы термодинамики? Нью-Йорк: Издательская группа Розен, 2001.

Сантри, Лоуренс. Тепло. Иллюстрировано Ллойдом Бирмингемом. Махва, Нью-Джерси: Troll Associates, 1985.

Супли, Курт. Объяснение повседневной науки. Вашингтон, округ Колумбия: Национальное географическое общество, 1996.

«Температура и термодинамика» PhysLINK.com (веб-сайт). (12 апреля 2001 г.).

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

АБСОЛЮТНЫЙ НОЛЬ:

Температура, определяемая как 0 К по шкале Кельвина, при которой движение молекул в твердом теле практически прекращается.Третий закон термодинамики устанавливает невозможность фактического достижения абсолютного нуля.

БТЕ (БРИТАНСКАЯ ТЕПЛОВАЯ ЕДИНИЦА):

Мера энергии или тепла в британской системе, часто используемая для обозначения мощности кондиционера. БТЕ равна 778 футо-фунтам или 1054 джоуля.

КАЛОРИЯ:

Мера тепла или энергии в СИ или метрической системе, равная количеству тепла, которое необходимо добавить или отнять от 1 грамма воды, чтобы изменить ее температуру на 1°C. Диетическая калория (заглавная C), с которой знакомо большинство людей, совпадает с килокалорией.

КАЛОРИМЕТРИЯ:

Измерение поступления или потери тепла в результате физических или химических изменений.

ПРОВОДИМОСТЬ:

Передача тепла последовательными молекулярными столкновениями. Теплопроводность является основным способом передачи тепла в твердых телах, особенно в металлах.

СОХРАНЕНИЕ ЭНЕРГИИ:

Закон физики, утверждающий, что в системе, изолированной от всех других внешних факторов, общее количество энергии остается неизменным, хотя происходят преобразования энергии из одной формы в другую.Первый закон термодинамики аналогичен закону сохранения энергии.

КОНВЕКЦИЯ:

Передача тепла посредством движения горячей жидкости из одного места в другое. В физике «жидкость» может быть как газом, так и жидкостью, а конвекция является основным средством передачи тепла, например, в воздухе и воде.

ЭНЕРГИЯ:

Способность выполнять работу.

ЭНТРОПИЯ:

Склонность природных систем к разрушению, и в частности, тенденция к рассеянию энергии в системе.Энтропия тесно связана со вторым законом термодинамики.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ:

Закон, утверждающий, что количество энергии в системе остается постоянным, и, следовательно, невозможно выполнить работу, в результате которой выход энергии будет больше, чем подведенная энергия. Это то же самое, что и сохранение энергии.

ФУТ-ФУНТЫ:

Основная единица энергии — и, следовательно, тепла — в британской или английской системе. Метрическая единица или единица СИ – джоуль.Фунт-фунт (фут·фунт) равен 1,356 Дж.

ТЕПЛО:

Внутренняя тепловая энергия, перетекающая от одного тела к другому. Тепло передается тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

ТЕПЛОВАЯ ДВИГАТЕЛЬ:

Машина, которая поглощает тепло при высокой температуре, выполняет механическую работу и в результате отдает тепло при более низкой температуре.

ДЖОУЛЬ:

Основная единица энергии — и, следовательно, теплоты — в СИ или метрической системе, соответствующая 1 ньютон-метру (Н·м).Джоуль (Дж) равен 0,7376 футо-фунта.

ШКАЛА КЕЛЬВИНА:

Установленная Уильямом Томсоном, лордом Кельвином (1824-1907), шкала Кельвина измеряет температуру относительно абсолютного нуля, или 0K. (Единицы в системе Кельвина, известные как кельвины, не включают слово или символ градуса.) Шкалы Кельвина и Цельсия напрямую связаны; следовательно, температуры Цельсия можно преобразовать в Кельвины, добавив 273,15.

КИЛОКАЛОРИЯ:

Мера тепла или энергии в СИ или метрической системе, равная количеству тепла, которое необходимо добавить или отвести от 1 кг воды, чтобы изменить ее температуру на 1°C.Как следует из названия, килокалория составляет 1000 калорий. Диетическая калория (заглавная C), с которой знакомо большинство людей, такая же, как и килокалория.

КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ:

Энергия, которой объект обладает благодаря своему движению.

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ:

Энергия, которой объект обладает благодаря своему положению.

ИЗЛУЧЕНИЕ:

Передача тепла с помощью электромагнитных волн, которые не требуют физической среды (например, воды или воздуха) для передачи.Земля получает солнечное тепло посредством излучения.

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ:

Закон термодинамики, утверждающий, что нельзя сконструировать двигатель, который просто получает тепло от источника и выполняет эквивалентное количество работы. Часть тепла всегда будет теряться, и поэтому невозможно построить идеально эффективный двигатель. Это результат того факта, что естественный поток тепла всегда идет от высокотемпературного резервуара к низкотемпературному — факт, выраженный в понятии энтропии.Второй закон иногда называют «законом энтропии».

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМОСТЬ:

Количество теплоты, которое необходимо добавить или отвести от единицы массы данного вещества, чтобы изменить его температуру на 1°C. Килокалория – это удельная теплоёмкость 1 грамма воды.

СИСТЕМА:

В физике термин «система» обычно относится к любому набору физических взаимодействий, изолированных от остальной Вселенной. Все, что находится за пределами системы, включая все факторы и силы, не имеющие отношения к обсуждению этой системы, известно как окружающая среда.

ТЕМПЕРАТУРА:

Направление потока внутренней энергии между двумя системами при передаче тепла. Температура измеряет среднюю кинетическую энергию молекул при переходе между этими системами.

ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ:

Тепловая энергия, форма кинетической энергии, возникающая при движении атомных или молекулярных частиц. Чем больше движение частиц, тем больше тепловая энергия.

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ:

Состояние, возникающее, когда две системы имеют одинаковую температуру.В результате между ними отсутствует теплообмен.

ТЕРМОДИНАМИКА:

Изучение взаимосвязей между теплом, работой и энергией.

ТРЕТИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ:

Закон термодинамики, который утверждает, что при температуре абсолютного нуля энтропия также стремится к нулю. Нулевая энтропия противоречила бы второму закону термодинамики, а это означает, что абсолютный нуль, следовательно, недостижим.

РАБОТА:

Приложение силы на заданное расстояние для смещения или перемещения объекта.Таким образом, работа есть произведение силы и расстояния, приложенных в одном и том же направлении.

Что такое тепло? — Определение и объяснение — Видео и стенограмма урока

Тепловое расширение

Тепловое расширение — это явление, происходящее в твердых телах, жидкостях и газах. Почти все вещества расширяются при повышении их температуры, если они не ограничены каким-либо образом. Примеры включают нагрев воздуха в воздушном шаре, который заставляет воздушный шар расширяться и подниматься, и ртуть в термометре, который поднимается в ответ на тепло.Металлические стержни также используются в различных областях. Например, металлические стержни или полосы, которые используются в качестве компенсаторов на концах секций моста, объясняют расширение стальных мостов в более жаркую погоду. Количество происходящего расширения и то, как мы его прогнозируем, зависит от вещества. Например, твердый металлический стержень обычно линейно расширяется и увеличивается в длину, в то время как жидкости и газы испытывают увеличение объема. Во всех трех случаях тепловое расширение происходит в ответ на повышение температуры, и полезные устройства используют эту концепцию.

Термодинамика

Термодинамика изучает тепло и его преобразование в механическую энергию. Существует четыре закона термодинамики, но здесь мы сосредоточимся только на двух основных законах: первом законе и втором законе.

Первый закон гласит, что изменение внутренней энергии вещества равно произведенной над ним работе плюс переданное ему тепло. Математически мы используем уравнение:

дельта U = работа + Q

Внутренняя энергия представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергий всех атомов и молекул внутри вещества. Значение первого закона термодинамики состоит в том, что есть два способа повысить температуру вещества:

1) подвергая его воздействию другого вещества с более высокой температурой и

2) совершая определенные виды работы над вещество

Трение и сжатие газов являются двумя примерами способов повышения температуры методом работы. Поршни в двигателях внутреннего сгорания используют эту концепцию. Воздух сжимается в цилиндре поршнем, который поднимает температуру почти в двадцать семь раз по сравнению с температурой несжатого состояния.

Второй закон гласит, что теплота не может передаваться от более холодного тела к более горячему без выполнения работы внешним агентом. Иными словами, невозможно построить устройство, которое будет многократно извлекать тепло из источника и передавать механическую энергию, не отдавая некоторое количество тепла в резервуар с более низкой температурой. Прекрасным примером является тепловая машина, о которой пойдет речь далее в этом уроке.

Теплопередача

Теплопередача происходит по трем механизмам: проводимость , конвекция и излучение .

  • Теплопроводность — передача тепла между атомами и молекулами при прямом контакте
  • Конвекция — передача тепла за счет движения самого нагретого вещества, например, за счет течений в жидкости
  • Излучение — передача тепла посредством электромагнитных волн

Примером проведения является нагрев кастрюли с водой на электрической плите. Дно кастрюли соприкасается с горячей поверхностью плиты.Тепло течет от горелки ко дну кастрюли и даже вверх по бокам и, возможно, к ручке. Проводимость также возникает между кастрюлей и водой, которые также соприкасаются друг с другом. Примером конвекции является система принудительного воздушного отопления. Теплый воздух выдувается и смешивается с более холодным воздухом, чтобы вызвать нагрев более холодного воздуха более теплым воздухом. Примером передачи тепла излучением является солнце или горячий огонь. Солнце излучает электромагнитные волны, которые нагревают землю, как и огонь, который нагревает ваши руки или тело, когда вы приближаетесь.Используются также комбинации этих механизмов. Примером может служить отопление дома, в котором используются все три принципа. Использование изоляции в доме фактически снижает передачу тепла от горячих поверхностей внутри дома к более холодным поверхностям снаружи. Приточно-вытяжная система, позволяющая солнечному свету проникать в дом, может быть использована и внутри.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость или просто удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для повышения температуры единицы массы (т.г., один грамм, один килограмм и др.) вещества на 1 градус Цельсия. Удельная теплоемкость чистой воды составляет 4180 Дж на килограмм-градус Цельсия, что означает, что для повышения температуры 1 килограмма чистой воды на 1 градус Цельсия требуется 4180 Дж энергии. Практическое использование самой удельной теплоемкости редко, поэтому ее обычно используют для расчета других величин. Одним из сравнений различных удельных теплоемкостей является то, что энергия, необходимая для нагрева пяти чашек воды до кипения, примерно равна энергии, необходимой для разгона небольшого автомобиля до 60 миль в час.

Тепловые двигатели

Тепловая машина — это устройство, преобразующее тепло в механическую энергию. Он поглощает тепло от горячего источника, такого как горящее топливо, преобразует часть этой энергии в полезную механическую энергию, а оставшуюся энергию отдает в виде тепла в некий резервуар с более низкой температурой. Тепловая машина — это реализация второго закона термодинамики. Ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, обычно используются в качестве источника энергии для тепловых двигателей. Примерами тепловых двигателей являются бензиновые, дизельные и реактивные двигатели, а также электростанции, работающие на угле.Согласно второму закону, не вся энергия, подводимая к тепловому двигателю, превращается в полезную механическую работу. Другими словами, ни одно устройство не может преобразовать 100% подводимого тепла в механическую энергию. Следовательно, тепловой двигатель имеет определенный КПД, который описывает, сколько тепла он может преобразовать в полезную мощность. Математически формула выглядит следующим образом:

эффективность = (выходная энергия / потребляемая энергия) x 100

Например, если устройство имеет КПД 50%, оно преобразует половину входной энергии в механическую энергию, а другая половина тратится впустую.Максимальный КПД тепловой машины, называемый КПД Карно в честь французского инженера Сади Карно, зависит от температуры источника тепла и резервуара с более низкой температурой.

Краткий обзор урока

Тепло и температура часто используются взаимозаменяемо, но на самом деле это две разные вещи. Теплота – это энергия, которая передается от двух веществ при разных температурах и течет от горячего к холодному. Температура – ​​это мера того, насколько горячим или холодным является вещество. На этом уроке также были изучены несколько практических применений тепла, в том числе тепловое расширение , первый и второй законы термодинамики , теплопередача , удельная теплоемкость и тепловые двигатели .

Словарь и определения

Теплопередача
  • Теплота : форма энергии, которая передается между двумя веществами при разных температурах
  • Температура : мера теплоты или холодности материи
  • Тепловое расширение : явление, происходящее в твердых телах, жидкостях и газах; он связан с расширением веществ при повышении их температуры
  • Термодинамика : изучение тепла и его преобразования в механическую энергию
  • Первый закон термодинамики : изменение внутренней энергии вещества равно произведенной над ним работе плюс переданное ему тепло
  • Второй закон термодинамики : теплота не может передаваться от более холодного тела к более горячему без помощи внешнего агента
  • Проводимость : передача тепла между атомами и молекулами при прямом контакте
  • Конвекция : передача тепла путем движения самого нагретого вещества, например, течениями в жидкости
  • Излучение : передача тепла посредством электромагнитных волн
  • Удельная теплоемкость : количество теплоты, необходимое для повышения температуры единицы массы
  • Тепловая машина : устройство, преобразующее теплоту в механическую энергию

Результаты обучения

Цель этого урока – помочь вам подготовиться к:

  • Различать тепло и температуру
  • Обсудить процесс теплового расширения
  • Назовите два закона термодинамики
  • Укажите три механизма передачи тепла
  • Обратите внимание на функции удельной теплоты и тепловых двигателей

Тепло — Химия LibreTexts

Теплота – это количество энергии , которое передается от одной системы к окружающей среде из-за разницы температур.

История теплопередачи

В 1822 году Жан-Батист Жозеф Фурье сформулировал закон теплопередачи Фурье. Он смог прийти к этому закону через математические выражения и показал, как можно анализировать теплопроводность в телах в математических рядах. Закон теплопередачи Фурье гласит, что скорость тепла, проходящего через тело, пропорциональна отрицательному температурному градиенту в теле.

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики, также известный как Закон сохранения Ene rgy , утверждает, что полная энергия остается постоянной между взаимодействиями системы и ее окружения.По сути, энергия не может быть создана или уничтожена . Математическая модель этого приведена ниже.

\[q_{Система}+q_{Окружение} = 0\]

При соединении двух систем или тел тепло, как энергия, будет передаваться от более горячего тела к более холодному телу . В результате молекулы более горячего тела отдают кинетическую энергию более холодному телу. Это затем приводит к потоку тепла между телами, температура более холодного тела повышается, а температура более горячего тела понижается.

Факторы, от которых зависит количество теплоты, необходимое для изменения температуры вещества:

  1. Величина изменения температуры
  2. Количество вещества
  3. Тип вещества
    1. Компоненты: тип атомов/молекул

Фазовые превращения и нагрев

Во-первых, тепло вызывает разницу температур при переходе тепла от одного тела к другому. Теплопередача также может вызвать изменение состояния вещества .Например, нагревание H 2 O (s) (лед) заставит молекулы двигаться с большей скоростью. Увеличение скорости разрушило бы межмолекулярные силы и заставило бы твердое тело превратиться в жидкость, где межмолекулярные силы не такие сильные и сжимающие, как в твердом теле.

Можно также посмотреть на фазовые диаграммы, чтобы увидеть, как тепло и давление влияют на изменения фаз. Фазовая диаграмма — это графическое представление условий температуры и давления, при которых твердые тела, жидкости и газы существуют либо как отдельные фазы, либо как состояния вещества, либо как две или более фаз, находящихся в равновесии друг с другом.На следующем рисунке показан пример фазовой диаграммы:

Можно также посмотреть на кривые нагрева, чтобы увидеть изменение температуры по мере добавления тепла. Ниже приведен пример кривой нагрева. Обратите внимание, что при фазовых переходах температура не меняется.

 

Единицы тепла

калорий — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1 г воды на 1 градус Цельсия. килокалорий (1 ккал = 1000 кал) — это единица измерения тепла, с которой мы обычно сталкиваемся в повседневной жизни, например, на задней стороне коробки с хлопьями. Обратите внимание, что калории обозначаются строчной буквой «с», а килокалории обозначаются прописной буквой «С».

Калория также связана с единицей энергии в СИ, джоулей .

1 кал = 4,184 Дж

Британская тепловая единица (БТЕ) ​​также используется для определения количества тепла, необходимого для нагревания одного фунта воды на один градус Фаренгейта.

1 БТЕ = 252 калории = 1055 Дж

Теплоемкость

Теплоемкость – это количество тепла, выражаемое обычно в джоулях или калориях, необходимое для изменения температуры в системе на 1 градус Цельсия.Удельная теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия.

Например, удельная теплоемкость H 2 O (l) составляет 4,18 Дж/г°C.

  • \(C_p\) обозначает удельную теплоемкость для удельной теплоемкости при постоянном давлении.
  • \(C_v\) обозначает удельную теплоемкость для удельной теплоемкости при постоянном объеме.

Расчет количества тепла

Чтобы рассчитать количество тепла, необходимое для нагревания чего-либо при определенном изменении температуры, нам потребуется определенная информация.

  • Изменение температуры
  • Количество вещества (только для использования с C p или C v )
    • Обычно указывается в граммах или молях вещества.
  • Удельная теплоемкость или теплоемкость

Теперь мы можем использовать следующую формулу для определения необходимого количества тепла.

\[q = m \, C_p \, \Delta{T}\]

или

\[q = C_p \Delta{T}\]

Где,

  • \(q\) = количество тепла
  • \(m\) = масса вещества
  • \(\Delta{T}\) = изменение температуры
  • \(C_p\) = удельная/молярная теплоемкость
  • \(C\) = Теплоемкость (не зависит от массы)

Помните, что не всегда нужно использовать удельную или молярную теплоемкость. Можно использовать нормальную теплоемкость, чтобы найти энергию, и в этом случае количество вещества не является необходимой информацией. Это когда вы должны использовать второе уравнение.

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Учитывая 500 г H 2 O (l) , какое количество теплоты потребуется для повышения температуры H 2 O (l) с 8 ° C до 88 ° C?

Ответить

Ответы находятся в разделе прикрепленных файлов.

Каталожные номера

  • Биндель, Т. Х., Фочи, Дж. К. «Управляемое открытие: закон удельной теплоемкости». Дж. Хим. Образовательный 1997 : 74, 955.
  • Кимбро, Дорис Р. «Теплоемкость, температура тела и гипотермия». Дж. Хим. Образовательный 1998 : 75, 48.
  • Петруччи и др. Общие принципы химии и современные приложения . 9-е изд. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл, 2007 г.
  • Энгель и др. Физическая химия для наук о жизни . Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл, 2008 г.
  • Смит, Э. Брайан. Основная химическая термодинамика . 5-е изд. Лондон: Издательство Имперского колледжа, 2004 г.
  • .

  • Похищенный и др. Химическая термодинамика материалов Макроскопические и микроскопические аспекты . Западный Сассекс, Англия: John Wiley & Sons Ltd, 2004 г.
  • «тепло». Британская энциклопедия. 2008. Британская энциклопедия онлайн. 31 мая 2008 г.
  • «Удельная теплоемкость.» Британская энциклопедия. 2008 г. Британская энциклопедия онлайн. 31 мая 2008 г.
  • «Британская тепловая единица». Британская энциклопедия. 2008. Британская энциклопедия онлайн. 31 мая 2008 г. 
  • «Теплообмен», Интернет-энциклопедия Microsoft® Encarta®, 2008 г. uk.encarta.msn.com © 1997-2008
  • AP HS Химия . Веб. 11 марта 2010 г. http://aphschem.blogspot. com/2009/10…curve-lab.html Unit Operations in Food Processing — R. L. Earle». NZIFST — Новозеландский институт пищевых наук и технологий .Веб. 11 марта 2010 г.

Что такое тепло? — Урок

Предыстория урока и концепции для учителей

Демонстрационные материалы: Для этого урока предлагается несколько простых и эффективных демонстраций. Для демонстрации тепловой энергии требуются два прозрачных контейнера, в которых можно хранить горячую воду, а также горячую воду, воду со льдом и несколько капель пищевого красителя.Для демонстрации проводимости требуется одна свеча, три маленьких гвоздя/кнопки, прихватка и ножовочное полотно или металлический стержень (не из нержавеющей стали). Для дополнительной быстрой демонстрации проводимости требуется от 5 до 10 надутых баллонов. Инструкции по подготовке демонстрации и презентации приведены на слайдах и примечаниях к слайдам 4 и 14.

В разделе «Дополнительные справочные материалы » (ниже) содержится очень подробное обсуждение тепла.Хотя этот материал, как правило, рассчитан на уровень выше шестого класса, он представляет ключевую справочную информацию для учителя, чтобы он мог ответить на сложные вопросы учащихся.

Используйте 21-слайд Что такое тепло? Презентация, файл Microsoft PowerPoint®, для непосредственного представления содержания урока с использованием приведенных ниже указаний; в качестве альтернативы используйте презентацию для информирования других методов обучения. Обратите внимание, что каждый слайд содержит справочную информацию и информацию для обсуждения в разделах примечаний, которые не представлены ниже и недоступны в версии PDF.Кроме того, слайды анимированы, поэтому щелчок вызывает следующий текст или компонент на слайде.

( Слайд 1 ) Что такое тепло? Изображения на этом слайде дают вам какие-либо подсказки? Тепло — это энергия, имеющая некоторое отношение к температуре, и это важная концепция, используемая инженерами при разработке многих продуктов, которые мы используем каждый день.

( Слайд 2 ) Обсудите, что произойдет с температурой напитка в каждом случае (горячий шоколад, чай со льдом), если оставить его без присмотра на 30 минут.Почему одни вещи становятся теплее, а другие холоднее, когда их не учитывают? Со временем оба в конечном итоге становятся комнатной температуры. Горячий напиток высвобождает энергию; холодный напиток поглощает энергию.

( Slide 3 ) Напомните учащимся об энергии и некоторых ее формах. Ожидайте, что они вспомнят, что движущиеся объекты обладают кинетической энергией. Покажите анимацию, чтобы визуализировать взаимосвязь между температурой и кинетической энергией: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Translational_motion.гиф.

Движение молекул газа, авторское право

Copyright © 1995 Greg L., Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Translational_motion.gif

( Слайд 4 ) Проведите классную демонстрацию температуры и кинетической энергии с использованием пищевого красителя : Приготовьте отдельные прозрачные чашки с горячей и холодной водой (лучше всего подойдет вода со льдом; удалите лед для демонстрации). В каждую чашку поместите каплю пищевого красителя и предложите учащимся наблюдать за происходящим.Ожидайте, что они заметят, что пищевой краситель в горячей воде растекается быстрее, чем в холодной. Полезно повторить этот эксперимент после объяснения механизма. Альтернативный вариант: если провести эту демонстрацию невозможно, покажите видео продолжительностью 2:52 минуты «Движение молекул воды» (ссылка также представлена ​​в разделе «Дополнительная мультимедийная поддержка»).

( Слайд 5 ) Расскажите о том, что учащиеся наблюдали на демонстрации. Чем быстрее тряслась горячая вода, тем быстрее растворялся краситель.Затем покажите анимацию броуновского движения по адресу https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brownian_motion_large.gif. Мы можем думать о маленьких точках как о молекулах воды, а о желтой точке как о гораздо более крупной молекуле красителя, которая подпрыгивает под действием теплового колебания молекул воды. Это было обнаружено шотландским ботаником Робертом Брауном, который использовал микроскоп для изучения образцов пыльцы в воде. Он не мог видеть молекулы воды, но заметил, что пыльца в более горячей воде колеблется сильнее, чем в более холодной.Явление было названо в его честь: броуновское движение.

( Slide 6 ) Подчеркните, что тепловая энергия есть во всем, даже если это то, что мы считаем холодным.

( Слайд 7 ) Объясните определение тепла как текущей тепловой энергии и уточните направление потока тепла – от более горячего объекта к более холодному объекту. Передача энергии всегда происходит из высших состояний энергии в низшие.

( Slides 8-13 ) Используйте предоставленные изображения чашки горячего кофе, рожка мороженого и чайника на горелке в качестве примеров, чтобы рассказать о направлении теплового потока.Попросите учащихся нарисовать стрелки, чтобы показать направление теплового потока; ходить по комнате, чтобы проверить их понимание. Убедитесь, что учащиеся понимают, что 1) тепло – это форма энергии, которая передается за счет разницы температур; для движения тепла необходима разница температур, 2) тепло всегда течет от горячего к холодному, или, точнее, теплота течет от более высокой температуры к более низкой температуре, и 3) единицами теплоты являются джоули, как и кинетическая энергия. Три различных типа теплопередачи (движения тепловой энергии) — теплопроводность, конвекция и излучение.«Мысленные эксперименты» на слайде 13 с использованием примеров горячего супа и снежков позволяют учащимся попрактиковаться в использовании правильной терминологии и полных предложений для объяснения того, как течет тепло. Убедитесь, что учащиеся понимают, что между объектами с одинаковой температурой не происходит теплопередачи.

( Слайд 14 ) Познакомить с первым типом теплопередачи, теплопроводностью, которая представляет собой теплообмен внутри твердых тел или между ними. Нашими руками мы ощущаем теплопроводность каждый раз, когда прикасаемся к чему-то более горячему или холодному, чем наша кожа.

В этот момент продемонстрируйте проведение демонстрации, которую вы подготовили заранее . Перед занятием используйте капли свечного воска, чтобы «приклеить» два-три маленьких гвоздя или кнопки для большого пальца к лезвию ножовки или металлическому стержню. Разместите гвозди на расстоянии около 1 дюйма друг от друга, при этом первый расположите на расстоянии одного-двух дюймов от конца лезвия / стержня. Держите другой конец лезвия/стержня прихваткой или прибейте его к деревянному бруску. Нагрейте конец стержня пламенем свечи. По мере того, как тепло отводится вниз, воск, удерживающий гвозди, тает и последовательно роняет гвозди один за другим.Это показывает студентам тепло, проходящее по стержню.

Затем проведите еще одну демонстрацию класса по теплопроводности . Дайте каждому из пяти-десяти студентов-добровольцев по надутому воздушному шару и попросите их держать их вместе, соприкасаясь, в линию. Начните покачивать один конец лески и наблюдайте, как это покачивание распространяется по линии шариков.

( Slides 15-19 ) Расскажите о двух других способах передачи тепла от одного объекта к другому: конвекции и излучении.Каждый слайд начинается с обсуждения и примеров, а затем дается определение, которое можно использовать для расширения словарного запаса учащихся.

( Слайд 20 ) Познакомить с понятием изоляции, которое играет важную роль в теплопередаче, и необходимой базой знаний для понимания связанного с этим мероприятия Keep It Hot! . Помимо прихватки и консервной банки, другие примеры изоляции включают стены и крышу домов, окна с несколькими стеклами, термос для напитков, изоляцию вокруг автомобильных двигателей для охлаждения пассажиров, внутреннюю часть реактивного двигателя, материал снаружи помещения. челнок, пластиковый кожух на проводах, свитер или куртка, стенки холодильника и духовки.

( Slide 21 ) Завершите кратким обзором ключевых терминов: теплота, теплопроводность, конвекция, излучение, изоляция и то, что тепло переходит от горячего (или более высокой температуры) к холодному (или более низкой температуре).

Дополнительный справочный материал

Тепло в машиностроении: Тепло – это поток тепловой энергии, возникающий из-за разницы температур. Всякий раз, когда два предмета с разной температурой находятся рядом друг с другом, течет тепловая энергия. Эта текущая энергия называется теплом.Вентиляторы, слышимые в компьютерах, предназначены для отвода тепла, выделяемого электроникой. Без этих вентиляторов компьютеры расплавятся или загорятся. Зимним утром мы надеваем пальто, чтобы не замерзнуть. Тепло и то, как оно течет внутри и между объектами, — это то, с чем мы сталкиваемся каждый день, и это фундаментальная инженерная проблема.

Тепловая энергия и тепло: В каждом объекте во Вселенной хранится тепловая энергия. Тепловая энергия – это энергия, воплощенная в вибрациях, вращениях и перемещениях атомов и молекул.Это движение чрезвычайно быстрое, значительно быстрее, чем показано в обычно отображаемой анимации, и значительно быстрее, чем массовое перемещение (например, поток молекул воды в реке). Ожидайте, что присутствие энергии в системе покачивающихся, подпрыгивающих молекул будет очень очевидным для студентов, которые уже понимают концепцию кинетической энергии; действительно, лежащий в основе физический механизм аналогичен.

Энергия, содержащаяся в тепловом «колебании», является функцией многих факторов, таких как масса частиц и скорость их движения.Однако для данного материала более быстрое молекулярное движение означает наличие большего количества тепловой энергии.

Тепловая энергия практически не может быть ограничена местом. Скорее, это можно причинно наблюдать каждый день. Чашка чая, оставленная на прилавке, остывает. Прикосновение к крышке горячей кастрюли обжигает руку. Объекты, находящиеся в тепловом контакте, стремятся к тепловому равновесию, то есть обмениваются тепловой энергией до тех пор, пока оба объекта не будут иметь одинаковую температуру. Когда тепловая энергия перемещается, текущая тепловая энергия называется теплом.Это несколько сбивает с толку инженерная терминология «теплообмен» (изучение того, как это тепло перемещается), которая несколько избыточна, поскольку слово «тепло» уже передает движение тепловой энергии. В этом документе термины «тепло», «тепловой поток» и «теплопередача» означают поток тепловой энергии.

Одним из распространенных примеров теплового равновесия является чашка горячего чая. Тепловая энергия горячего чая будет течь (в виде тепла) в воздух, потому что температура чая выше, чем температура воздуха.Тепло, выходящее из чая, приводит к снижению температуры чая. Тепло, поступающее в воздух, вызывает повышение температуры воздуха. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температура чая и воздуха не станет точно одинаковой, то есть пока не будет достигнуто тепловое равновесие и не будет больше стимула для движения тепловой энергии в виде тепла. Это обсуждается далее в презентации с использованием аналогии с лыжником на холме.

Механизм теплового потока можно понять, вспомнив тепловое «колебание».» Представьте себе, что кастрюлю комнатной температуры кладут на горячую плиту. Изначально температура кастрюли составляет 25 °C, а температура нагревательного элемента может быть 600 °C. Мы знаем, что тепло передается от нагревательного элемента к кастрюле, потому что температура кастрюли повышается. Если У нас был достаточно мощный микроскоп, и мы могли наблюдать за атомами в элементе и в горшке. Атомы в горшке с более низкой температурой будут колебаться гораздо медленнее, чем атомы в элементе. сталкивается с более медленным трясущимся атомом горшка.Точно так же, как быстро движущийся биток сталкивается с шаром-восьмеркой и передает часть своей кинетической энергии, элемент передает свою тепловую энергию горшку посредством бесчисленных таких столкновений.

Очень тонкий момент. Медленно колеблющиеся атомы горшка в предыдущем примере могут столкнуться с быстро колеблющимися атомами элемента и передать некоторую кинетическую энергию ОТ горшка ЭЛЕМЕНТУ. Это совершенно противоположно установленному направлению теплопередачи, то есть от высокой температуры к низкой температуре (или «горячего к холодному», если использовать сокращенную фразу).Хотя этот «противоположный» механизм может проявляться в изолированных взаимодействиях, усреднение потока тепла по миллиардам и миллиардам столкновений всегда приводит к направлению «горячее к холодному», с которым мы все знакомы. Тепловое равновесие достигается, когда эти столкновения (опять же в среднем) включают в себя одинаковое количество энергии, втекающей в котел и вытекающей из него. В этот момент оба предмета имеют одинаковую температуру, и тепло перестает поступать. В этом смысле «холод» — это не текучая субстанция. То, что происходит, когда я держу банку с ледяной газировкой, это НЕ «холод, текущий в мою руку.» Человек, держащий банку, испытывает ощущение холодной руки, потому что тепловая энергия в руке перетекает в виде тепла в банку с газировкой с более низкой температурой, и через достаточное время они достигают теплового равновесия.

Типы теплопередачи: Тепло передается от объектов с более высокой температурой к объектам с более низкой температурой и происходит в трех формах, называемых инженерами теплопередачей: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Теплопроводность – это поток тепла внутри твердых тел или между ними.Если кто-то коснется верхнего края горшка в ранее описанном примере, он обожжется. Хорошо известно, что тепло идет от дна кастрюли к верхнему краю, крышке и ручке. Механизм этого теплового потока такой же, как описано в примере с горшком и элементом. Атомы на дне горшка раскачивают атомы более горячих элементов. Затем атомы горшка «передовой линии» сталкиваются со своими соседями, а затем со следующими соседями, в конечном итоге передавая тепловую энергию через весь сосуд.

Чугунная сковорода, оставленная на плите на достаточно долгое время, нуждается в прихватке. Тепло течет от элемента в кастрюлю, вверх по краю и вдоль ручки. Сковорода с деревянной или пластиковой ручкой не страдает от этой проблемы, потому что эти материалы имеют гораздо более низкую теплопроводность (свойство материалов, которое описывает, насколько хорошо что-то проводит тепловую энергию), чем ручка железной кастрюли. Изоляторы, такие как шерсть, дерево и пенополистирол, имеют низкую теплопроводность и полезны для замедления потока тепла.Материалы с высокой теплопроводностью, такие как медь, алюминий и стекло, используются для ускорения передачи тепла. Как видно из выбора материалов, используемых для электрических проводников и изоляторов, большинство материалов с высокой электропроводностью также обладают высокой теплопроводностью.

Конвекция – это поток тепла в газах или жидкостях; оба они называются инженерами «жидкостями». Фен является отличным примером конвекции. Так же, как и в печном элементе, кусок металла внутри фена нагревается электричеством.Представьте, если бы внутри фенов не было вентиляторов. Молекулы воздуха рядом с атомами горячих элементов будут сталкиваться с атомами, и к ним будет поступать тепло. В случае твердого горшка атомы горшка защищены от больших перемещений, потому что горшок является твердым. Атомы горшка могут покачиваться и вибрировать, но не могут разлететься по комнате (если только не нагреть до очень высокой температуры). В фене молекулы газообразного воздуха могут двигаться гораздо свободнее. Они делают это естественным образом в процессе, называемом свободной конвекцией, который можно описать знакомым механизмом «подъема горячего воздуха». Поднимающийся горячий воздух позволяет молекулам свежего холодного воздуха соприкасаться с атомами горячего элемента. В фене происходит принудительная конвекция — вентилятор с высокой скоростью обдувает горячий элемент молекулами воздуха. В обоих случаях конвекции колеблющиеся молекулы воздуха продолжают свое колебание, когда их отталкивают от элемента. В зависимости от того, насколько быстро новые молекулы воздуха проталкиваются мимо элемента, конвекция может перемещать тепло на гораздо большие расстояния и гораздо быстрее, чем теплопроводность. Лучшее средство от обожженного пальца заключается в том, чтобы поместить его под проточную воду из-под крана.Тонкости принудительной и свободной конвекции выходят за рамки шестого класса. В презентации вся теплопередача в жидкостях и газах просто упоминается как конвекция с приведенными примерами более простой принудительной конвекции с приводом от вентилятора.

Излучение — это поток тепла, переносимый небольшими порциями энергии, называемыми фотонами. Излучение может передавать тепло между двумя объектами даже в пустом пространстве, так энергия Солнца попадает на Землю. Хотя радиации не нужен воздух для распространения, она может проходить через газы, жидкости и даже некоторые твердые тела.Причина радиации довольно сложна. Когда заряженная частица ускоряется, она испускает небольшое количество излучения, называемого фотоном. Все во Вселенной излучает излучение, потому что тепловая энергия заставляет электроны ускоряться и излучать излучение (все во Вселенной имеет некоторую тепловую энергию). Количество излучения, испускаемого объектом, пропорционально его температуре в четвертой степени, поэтому излучение является доминирующей формой теплопередачи только при достаточно высоких температурах. Как и раньше, механизм теплового потока через излучение можно представить на примере столкновения бильярдного шара (хотя это не столь точное объяснение лежащей в основе физики с излучением, этого достаточно).Фотон от высокотемпературного объекта сталкивается с атомом объекта с более низкой температурой, заставляя его больше колебаться, повышая температуру более холодного объекта. Как и в случае с исходным обсуждением горшка/элемента, существует некоторая тонкость. Поскольку все объекты (даже кометы с температурой -400 °F) излучают некоторое количество радиации, кубик льда рядом с раскаленным докрасна куском железа передает энергию от себя к железу посредством излучения. Но на каждый фотон кубика льда, сталкивающийся с атомом железа, приходятся тысячи фотонов, передающих тепло от железа льду.Итак, в среднем тепло переходит от горячего к холодному.

Все три формы теплового потока возникают одновременно, хотя некоторые обычно доминируют, что позволяет инженерам игнорировать другие. Обдувание большим вентилятором куска металла с температурой 100 ° C почти полностью связана с конвекцией, но имеет место небольшая проводимость (скажем, в землю) и небольшое излучение (нагрев стен комнаты).

Простое введение в науку о тепловой энергии

Коснитесь радиатора, и он станет горячим. Окуните палец в воду из-под крана, и он станет холодным. Это не просто! Но что, если белый медведь, привыкший к арктическим морозам, прикоснется к тем же вещам? И то, и другое может показаться полярному медведю жарким, потому что он живет в гораздо более холодных условиях, чем мы. «Горячий» и «холодный» — это относительные термины, которые мы можем использовать для сравнения того, как вещи себя чувствуют, когда они обладают большей или меньшей энергией определенного вида, который мы называем теплом. Что это такое, откуда оно берется и как оно перемещается по нашему миру? Давайте узнаем больше!

Фото: Вот это я называю жарой! Температуру горячего выхлопа ракеты вы можете увидеть здесь,
во время запуска космического челнока, что-то вроде 3300°C (6000°F).Фото любезно предоставлено НАСА на Викискладе.

Что такое тепло?

Тепло – это сокращенный способ сказать «тепловая энергия». Когда что-то горячее, оно имеет много
тепловая энергия; когда холодно, меньше. Но даже вещи, которые кажутся холодными (например, белые медведи и айсберги), обладают гораздо большей тепловой энергией, чем вы можете предположить.

Объекты могут накапливать тепло, потому что атомы и молекулы внутри них толкаются и натыкаются друг на друга, как люди в толпе.Эта идея называется
кинетическая теория материи, потому что она описывает тепло как своего рода
кинетическая энергия (энергия, которой обладают вещи, потому что они движутся), хранящаяся в атомах и молекулах, из которых состоят материалы. Он был разработан в 19 веке разными учеными, в том числе австрийским физиком
Людвиг Больцман (1844–1906) и британский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879). Если вам интересно, вот более подробное введение в кинетическую теорию.

Рисунок: более горячие предметы имеют больше тепловой энергии, чем более холодные.Это потому, что атомы или молекулы движутся быстрее в горячих вещах (красный, справа), чем в холодных вещах (синий, слева). Эта идея называется
кинетическая теория.

Кинетическая теория помогает нам понять, куда уходит энергия, когда мы что-то нагреваем. Если вы поставите кастрюлю с холодной водой на горячую плиту, вы заставите молекулы воды двигаться быстрее. Чем больше тепла вы подаете, тем быстрее движутся молекулы и тем дальше они удаляются друг от друга. В конце концов, они так сильно натыкаются, что отрываются друг от друга.В этот момент жидкость, которую вы нагревали, превращается в газ: ваша вода превращается в пар и начинает испаряться.

Что происходит, когда что-то совсем не нагревается?

Теперь предположим, что мы попробуем противоположный трюк. Давайте возьмем кувшин с водой и поставим его в холодильник, чтобы охладить. Холодильник работает, систематически удаляя тепловую энергию из продуктов. Поместите воду в холодильник, и он сразу же начнет терять тепловую энергию. Чем больше тепла он теряет, тем больше кинетической энергии теряют его молекулы, тем медленнее они движутся и тем ближе подбираются. Рано или поздно они подходят достаточно близко, чтобы слиться в кристаллы; жидкость превращается в твердое вещество; и вы оказываетесь с кувшином льда!

Но что, если у вас есть супер-потрясающий холодильник, который постоянно охлаждает воду, и она становится все холоднее… и холоднее… и холоднее. Домашняя морозильная камера, если она у вас есть, может понизить температуру где-то между -10°C и -20°C (от 14°F до -4°F). Но что, если продолжать охлаждать ниже этого значения, забирая еще больше тепловой энергии? В конце концов вы достигнете температуры, при которой молекулы воды почти полностью перестанут двигаться, потому что у них совсем не останется кинетической энергии.По причинам, которые мы не будем здесь обсуждать, эта волшебная температура составляет −273,15.
° C (-459,67 ° F), и мы называем его абсолютным нулем.

Фото: Лед может показаться холодным, но он намного горячее абсолютного нуля.
Фотография Эриха Регера предоставлена ​​Службой охраны рыбных ресурсов и дикой природы США.

Теоретически абсолютный ноль — это самая низкая температура, которую когда-либо можно достичь. На практике настолько охладить что-либо практически невозможно — ученые очень старались, но так и не достигли такой низкой температуры.Удивительные вещи случаются, когда вы приближаетесь к абсолютному нулю. Некоторые материалы, например, могут потерять практически все свое сопротивление и стать удивительными проводниками электричества, называемыми сверхпроводниками. Есть отличный веб-сайт PBS, на котором можно узнать гораздо больше об абсолютном нуле и о замечательных вещах, которые там происходят.

Какая разница между теплом и температурой?

Теперь, когда вы знаете об абсолютном нуле, легко понять, почему что-то вроде айсберга (который может иметь холодную температуру около 3-4°C или около 40°F) является относительно горячим.По сравнению с абсолютным нулем все в нашем повседневном мире горячо, потому что его молекулы движутся и обладают хоть какой-то тепловой энергией. Все вокруг нас также имеет гораздо более высокую температуру, чем абсолютный ноль.

Вы можете видеть, что существует тесная связь между количеством тепловой энергии чего-либо и его температурой.
Значит, тепловая энергия и температура — это одно и то же? Нет! Давайте проясним это:

  • Тепло — это энергия, хранящаяся внутри чего-либо.
  • Температура — это показатель того, насколько горячим или холодным является объект.

Температура объекта не говорит нам, сколько у него тепловой энергии. Легко понять, почему нет, если подумать об айсберге и кубике льда. Оба имеют более или менее одинаковую температуру, но поскольку айсберг имеет гораздо большую массу, чем кубик льда, он содержит на миллиарды больше молекул и намного больше тепловой энергии. Айсберг может содержать даже больше тепловой энергии, чем чашка кофе или раскаленный докрасна железный стержень. Это потому, что он больше и содержит гораздо больше молекул, каждая из которых имеет некоторую тепловую энергию. Кофе и железный батончик более горячие (имеют более высокую температуру), но айсберг держит больше тепла, потому что он больше.

Работа: Айсберг намного холоднее чашки кофе, но он содержит больше тепловой энергии, потому что он намного больше.

Как мы можем измерить температуру?

Термометр измеряет, насколько что-то горячо, а не количество тепловой энергии, которое оно содержит. Два объекта с одинаковой температурой одинаково горячие, но один из них может содержать гораздо больше тепловой энергии, чем другой.Мы можем сравнивать температуры разных вещей, используя две распространенные (и довольно произвольные) шкалы, называемые Цельсия (или по Цельсию) и Фаренгейта, названные в честь шведского астронома Андерса Цельсия (1701–1744) и немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736).

Существует также научная температурная шкала, называемая шкалой Кельвина (или абсолютной шкалой), названная в честь британского физика Уильяма Томпсона (впоследствии лорда Кельвина, 1824–1907). Логически, шкала Кельвина имеет гораздо больше смысла для ученых, потому что она идет вверх от абсолютного нуля (который также известен как 0K, без символа степени между нулем и K).В физике вы встретите множество значений температуры Кельвина, но вы не найдете синоптиков, сообщающих вам температуру таким образом. Для справки, в достаточно жаркий день (20–30 °C) температура достигает примерно 290–300 К: вы просто добавляете 273 к цифре Цельсия, чтобы преобразовать ее в Кельвины.

Как распространяется тепло?

Одна вещь, которую вы, вероятно, заметили в отношении тепла, заключается в том, что оно обычно не остается там, где вы его поместили.
Горячее становится холоднее, холодное — горячее, и — по прошествии достаточного времени — большинство вещей
в конечном итоге такая же температура.Почему?

Есть основной закон физики, называемый вторым законом термодинамики, и он гласит:
по сути, чашки кофе всегда остывают, а мороженое всегда
таять: тепло течет от горячих предметов к холодным, а не наоборот
наоборот. Вы никогда не увидите, чтобы кофе кипел сам по себе или мороженое.
становится холоднее в солнечные дни! Второй закон термодинамики
также несет ответственность за болезненные счета за топливо, которые падают через ваши
почтовый ящик несколько раз в год. Короче говоря: чем горячее вы делаете свой
дома и чем холоднее на улице, тем больше тепла вы собираетесь
терять.Чтобы уменьшить эту проблему, вам нужно понять три
различные пути распространения тепла: теплопроводность,
конвекция и излучение. Иногда вы увидите, что они упоминаются
как три вида теплопередачи.

Проводимость

Теплопроводность — это то, как тепло течет между двумя твердыми телами, находящимися на разных
температуры и соприкосновения друг с другом (или между двумя частями
один и тот же твердый объект, если они находятся при разных температурах). Прогулка по
каменный пол в твоих босых ногах и кажется холодным, потому что течет тепло
быстро из вашего тела в пол по проводимости.Размешайте
кастрюлю супа с металлической ложкой, и вам скоро придется найти
деревянную: тепло быстро распространяется по ложке
проводимость из горячего супа в пальцы.

Анимация: когда вы держите железный прут в огне, тепло распространяется по металлу за счет
проводимость (красная стрелка). Почему? Атомы на горячем конце движутся быстрее, поскольку поглощают тепло огня.
Они постепенно передают свою энергию дальше по планке, в конечном итоге прогревая все это дело.

Конвекция

Конвекция — это основной способ передачи тепла через жидкости и газы.Ставим кастрюлю с холодной, жидкой
суп на плите и включите огонь. Суп на дне
сковорода, ближайшая к огню, быстро прогревается и становится менее плотной
(светлее), чем холодный суп выше. Более теплый суп поднимается вверх и
более холодный суп сверху падает, чтобы занять его место. Очень скоро
у вас есть циркуляция тепла, проходящего через кастрюлю, что-то вроде
невидимый тепловой конвейер, с подогревом, подъемом супа и охлаждением,
падающий суп. Постепенно вся сковорода нагревается. Конвекция тоже есть
один из способов, которым наши дома нагреваются, когда мы включаем отопление. Воздух
прогревается над обогревателями и поднимается в воздух, выталкивая холодный воздух
вниз с потолка. Вскоре происходит циркуляция
который постепенно прогревает всю комнату.

Анимация: Как конвекция накачивает тепло в кастрюлю. Схема нагревания, подъема супа (красные стрелки) и опускания, охлаждения супа (синие стрелки) работает как конвейер, который переносит тепло от плиты в суп (оранжевые стрелки).

Радиация

Изображение: Инфракрасные тепловизионные изображения (иногда называемые термографами или термограммами) показывают, что все объекты выделяют некоторую тепловую энергию путем излучения.На этих двух фотографиях вы можете увидеть ракету на стартовой площадке, сфотографированную обычной камерой (вверху) и инфракрасной тепловизионной камерой (внизу). Самые холодные части — фиолетовые, синие и черные; самые горячие области — красные, желтые и белые. Фото Р. Хёрта, НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт, предоставлено НАСА.

Излучение является третьим основным путем распространения тепла. Теплопроводность переносит тепло через
твердые вещества; конвекция переносит тепло через жидкости и газы; но
излучение может переносить тепло через пустое пространство — даже через вакуум.Мы знаем это просто потому, что мы живы: почти все, что мы делаем,
на Земле питается от солнечной радиации, направленной на нашу планету из
Солнце сквозь воющую пустую тьму космоса. Но есть
много теплового излучения на Земле тоже. Сядьте возле потрескивающего костра
и вы почувствуете, как жар исходит наружу и обжигает ваши щеки.
Вы не соприкасаетесь с огнём, так что тепло к вам не идёт
за счет теплопроводности, а если вы на улице, конвекции, вероятно, нет.
нести многое к вам тоже.Вместо этого все тепло, которое вы чувствуете
распространяется излучением — по прямой, со скоростью
свет, переносимый типом электромагнетизма, называемым
инфракрасная радиация.

Почему одни вещи нагреваются дольше, чем другие?

Различные материалы могут накапливать больше или меньше тепла в зависимости от их внутренней атомной или молекулярной структуры. Вода, например, может хранить огромное количество тепла — это одна из причин, по которой мы используем ее в системах центрального отопления, — хотя для ее нагрева также требуется относительно много времени.Металлы очень хорошо пропускают тепло и быстро нагреваются, но плохо сохраняют тепло. Говорят, что вещества, которые хорошо сохраняют тепло (например, вода), обладают высокой удельной теплоемкостью.

Идея удельной теплоемкости помогает нам по-другому понять разницу между теплом и температурой. Предположим, вы ставите пустую медную кастрюлю на горячую плиту определенной температуры. Медь очень хорошо проводит тепло и имеет относительно низкую удельную теплоемкость, поэтому она очень быстро нагревается и остывает (поэтому кастрюли, как правило, имеют медное дно).Но если вы наполните ту же кастрюлю водой, она нагреется до той же температуры гораздо дольше. Почему? Потому что вам нужно поставить гораздо больше тепловой энергии, чтобы поднять температуру воды на ту же величину. Удельная теплоемкость воды примерно в 11 раз выше, чем у меди, поэтому при одинаковой массе воды и меди требуется в 11 раз больше энергии, чтобы поднять температуру воды на то же число градусов.

Диаграмма: Бытовые материалы имеют очень разную удельную теплоемкость.Металлы (синего цвета) имеют низкую удельную теплоемкость: они хорошо проводят тепло и плохо его сохраняют, поэтому на ощупь они холодные. Керамические/минеральные материалы (оранжевые) имеют более высокую удельную теплоемкость: они не проводят тепло так хорошо, как металлы, лучше сохраняют его и при прикосновении к ним ощущаются немного теплее. Органические изоляционные материалы (зеленые), такие как дерево и кожа, очень плохо проводят тепло и хорошо его сохраняют, поэтому на ощупь они теплые. Обладая очень высокой удельной теплоемкостью, вода (желтая) находится в своем собственном классе.

Удельная теплоемкость может помочь вам понять, что происходит, когда вы отапливаете свой дом разными способами в зимнее время. Воздух нагревается относительно быстро по двум причинам: во-первых, потому что удельная теплоемкость воздуха составляет около четверти удельной теплоемкости воды; во-вторых, поскольку воздух представляет собой газ, он имеет относительно небольшую массу. Если в вашей комнате холодно и вы включаете вентилятор (конвекционный) обогреватель, вы обнаружите, что все нагревается очень быстро. Это потому, что вы, по сути, просто нагреваете воздух.Выключите тепловентилятор, и комната тоже довольно быстро остынет, потому что воздух сам по себе не имеет большой способности сохранять тепло.

Фото: Деревянная ложка на ощупь намного теплее металлической, хотя
оба имеют одинаковую температуру. Металлическая ложка легче отводит тепло от вашей руки, и именно это
заставляет чувствовать себя холоднее.

Так как же сделать комнату действительно теплой? Не забывайте, что в нем не только воздух, который нужно нагреть, но и добротная мебель, ковры, шторы и многое другое.Нагрев этих вещей занимает гораздо больше времени, потому что они твердые и гораздо более массивные, чем воздух. Чем больше у вас в комнате холодных и твердых предметов, тем больше тепловой энергии вы должны выделить, чтобы нагреть их все до определенной температуры. Вам нужно будет нагреть их, используя проводимость и излучение, а также конвекцию, а это требует времени. Но поскольку твердые предметы хорошо сохраняют тепло, им также требуется время, чтобы остыть. Таким образом, если у вас есть достойная изоляция, чтобы остановить утечку тепла от стен, окон и т. Д., Как только ваша комната достигнет определенной температуры, она должна оставаться теплой в течение некоторого времени без необходимости дополнительного нагрева.

Скрытая теплота

Всегда ли больше тепла делает более высокую температуру? Судя по тому, что мы сказали до сих пор, вы можете быть прощены за то, что думаете, что придать чему-то больше тепла
всегда вызывает повышение температуры. Обычно это так, но не всегда.

Предположим, у вас есть кусок льда, плавающий в кастрюле с водой, и вы ставите его на горячую плиту. Если вы наклеите
термометр в смеси ледяной воды, вы обнаружите, что она составляет около 0°C (32°F) —
нормальная температура замерзания воды. Но если вы продолжите нагревать, вы найдете температуру
остается прежним, пока почти весь лед не растает, даже если вы поставляете больше
все время греть.Как будто смесь льда и воды принимает тепло
вы даете его и прячете его где-то. Как ни странно, именно это и происходит!

Artwork: Обычно предметы нагреваются (температура повышается), когда вы выделяете больше тепловой энергии.
Этого не происходит в момент, когда что-то плавится (переходит из твердого состояния в жидкое) и испаряется (превращается в жидкое).
из жидкости в газ). Вместо этого энергия, которую вы поставляете, используется для изменения состояния материи.
Энергия никуда не исчезает: она хранится в виде скрытого тепла.

Когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газообразное, для изменения его состояния требуется энергия. Например, чтобы превратить твердый лед в жидкую воду, вам нужно толкнуть молекулы воды.
внутри еще дальше друг от друга и разбить каркас (или кристаллическую структуру), который держит
их вместе. Таким образом, пока лед тает (другими словами, во время изменения состояния из твердой воды в жидкий лед), вся подводимая вами тепловая энергия используется для разделения молекул, и ничего не остается.
для повышения температуры.

Теплота, необходимая для превращения твердого тела в жидкость, называется
скрытая теплота плавления. Скрытый означает скрытый и «латентный».
теплота плавления» относится к скрытому теплу, участвующему в изменении состояния вещества.
из твердого состояния в жидкое или наоборот. Точно так же вам нужно подавать тепло, чтобы изменить
жидкости в газ, и это называется скрытой теплотой парообразования.

Скрытая теплота — это вид энергии, и, хотя она может показаться «скрытой», она не растворяется в воздухе. Когда жидкая вода замерзает и снова превращается в лед, снова выделяется скрытая теплота плавления.Это можно увидеть, если систематически охлаждать воду. Начнем с того, что температура воды регулярно падает по мере того, как вы отбираете тепловую энергию. Но в точке, где жидкая вода превращается в твердый лед, вы обнаружите, что вода замерзает, не становясь холоднее. Это потому, что скрытая теплота плавления теряется из жидкости по мере ее затвердевания, и это не дает температуре так быстро падать.

Что такое теплопередача? | Документация SimWiki

В общем, теплопередача описывает поток тепла (тепловой энергии) из-за разницы температур и последующего распределения и изменений температуры.

Изучение явлений переноса касается обмена импульсом, энергией и массой в форме проводимости, конвекции и излучения. Эти процессы можно описать с помощью математических формул.

Основы этих формул лежат в законах сохранения количества движения, энергии и массы в сочетании с определяющими законами, соотношениями, которые описывают не только сохранение, но и поток величин, участвующих в этих явлениях. Для этого используются дифференциальные уравнения, которые наилучшим образом описывают упомянутые законы и определяющие соотношения. Решение этих уравнений является эффективным способом исследования систем и прогнозирования их поведения.

Рис. 1. Охлаждение радиатора с помощью SimScale, показывающее распределение температуры

История и терминология

Без внешней помощи тепло всегда будет перетекать от горячих объектов к холодным, что является прямым следствием второго закона термодинамики .

Мы называем это тепловым потоком . В начале девятнадцатого века ученые считали, что все тела содержат невидимую жидкость под названием калорий (безмассовая жидкость, которая, как считалось, перетекает от горячих объектов к холодным).Калорику были присвоены свойства, некоторые из которых оказались несовместимыми с природой (например, он имел вес и не мог быть создан или уничтожен). Но самой главной его особенностью было то, что она могла перетекать из горячих тел в холодные. Это был очень полезный способ думать о тепле.

Томпсон и Джоуль показали, что эта теория калорийности неверна. Теплота есть не вещество, как предполагалось, а движение на молекулярном уровне (так называемая кинетическая теория ).5\).

Поток тепла происходит все время от любого физического объекта к окружающим его объектам. Тепло постоянно течет от вашего тела к окружающему вас воздуху. Небольшое движение воздуха, вызванное плавучестью (или конвекцией), будет продолжаться в комнате, потому что стены никогда не могут быть идеально изотермическими, как в теории. Единственная область, свободная от теплового потока, должна быть изотермической и полностью изолированной от любой другой системы, обеспечивающей передачу тепла. Такую систему практически невозможно создать.1\).

Методы теплопередачи

Теплопередача — это передача тепловой энергии за счет градиента температуры. Ниже описаны различные режимы теплопередачи:

Рисунок 2: Проводимость, конвекция и излучение происходят одновременно.

Проводимость

Закон Фурье : Жозеф Фурье (см. рис. 3) опубликовал свою книгу «Аналитическая теория Шалёра» в 1822 году.

Рисунок 3: Жозеф Фурье – французский математик и физик.

В этой книге он сформулировал полную теорию теплопроводности.Он сформулировал эмпирический закон, т. закон Фурье, который утверждает, что тепловой поток (\(q\) в результате теплопроводности прямо пропорционален величине температурного градиента. Если мы назовем константу пропорциональности \(k\), это означает

$$ q = -k \frac{dT}{dx} \tag{1}$$

Константа \(k\) называется теплопроводностью с размерами \(\frac{W}{m*K}\) или \(\frac{J}{m*s*K} \).

Пожалуйста, имейте в виду, что тепловой поток является векторной величиной! Уравнение (1) говорит нам, что, если температура уменьшается с \(x\), \(q\) будет положительным i.е. он будет течь в положительном \(x\)-направлении. Если \(T\) увеличивается с \(x\), \(q\) будет отрицательным; он будет течь в отрицательном \(x\)-направлении. В любом случае \(q\) будет течь от более высоких температур к более низким, как уже упоминалось. Уравнение (1) представляет собой одномерную формулировку закона Фурье. Трехмерная эквивалентная форма:

$$ \overrightarrow{q} = -k \nabla T$$

, где \(\nabla\) указывает градиент.

В одномерных задачах теплопроводности нет проблемы определения направления теплового потока.1\).

Теплопроводность газов можно понять с помощью воображения молекул. Эти молекулы перемещаются за счет теплового движения из одного положения в другое, как показано на рисунке ниже:

Рисунок 4: Теплопроводность газа

внутренняя энергия молекул передается при ударе с другими молекулами. Области с низкими температурами будут заняты молекулами с высокими температурами и наоборот. Теплопроводность можно объяснить с помощью этого воображения и вывести с помощью кинетической теории газов :

.

$$ T = \frac{2}{3} \frac{K}{N k_B}$$

, в котором говорится, что «средняя молекулярная кинетическая энергия прямо пропорциональна абсолютной температуре идеального газа»\(^6\). Теплопроводность не зависит от давления и увеличивается пропорционально корню из температуры.

Эту теорию довольно сложно понять для объектов, отличных от металлов. А для жидкостей еще сложнее, потому что простой теории нет. В неметаллических компонентах теплопередача через колебаний решетки (фонон). Теплопроводность , переносимая фононами, также существует в металлах, но ее превосходит проводимость электронов.

Низкая теплопроводность изоляционных материалов, таких как полистирол или стекловата, основана на принципе низкой теплопроводности воздуха (или любого другого газа).В следующей таблице перечислены некоторые часто используемые элементы/материалы и их теплопроводность:

Материал

стали нелегированными

Меди чистых

Теплопроводность \ (Вт / (мК) \)
Кислород 0,023
Паровой 0,0248
Полистирол 0. 032-0.050
Вода 0,5562
Стекло 0,76
Бетон 2.1
Стали высоколегированные 15
48-58
Железного 80,2
401
Diamond, 2300

Таблица 1: Теплопроводность различных материалов

Аналогичные определения

Теплопередача: Плотность теплового потока \(\propto\) град Т (теплопроводность)

Диффузия: Парциальная плотность тока \(\propto\) град x (коэффициент диффузии)

Электрический провод: Плотность тока \(\propto\) град \(U_{el}\) (Электропроводность)

Радиация

Излучение описывает явление передачи энергии от одного тела к другому путем распространения независимо от среды. 1\).7\).

Электромагнитное излучение можно рассматривать как поток фотонов, каждый из которых движется волнообразно, движется со скоростью света и несет энергию. Различные электромагнитные излучения классифицируются по энергии фотонов в них. Важно иметь в виду, что если мы говорим об энергии фотона, поведение может быть поведением либо волны, либо частицы, называемой « корпускулярно-волновым дуализмом » света.

Каждый квант лучистой энергии имеет длину волны \(\lambda\) и частоту \(\nu\), связанные с ним.{-34} Js )\).

В таблице ниже показаны различные формы в диапазоне длин волн. Тепловое излучение от 0,1 до 1000 мкм.

Характеристики длина волны
Gamma Rays 0.3 100 \ (PM \)
x-лучи 0,01-30 \ (нм \)
Ультрафиолетовый свет 3-400 \(нм\)
Видимый свет 0,4-0,7 \(мкм м\)
Ближнее инфракрасное излучение 0. S\), одинаковые для всех длин волн.2\).

Конвекция

Рассмотрим ситуацию с конвективным охлаждением. Холодный газ обтекает теплое тело, как показано на рисунке ниже:

Рисунок 6: Конвективное охлаждение нагретого тела происходит в результате теплообмена между двумя телами, аналогичного теплопроводности.

Жидкость образует тонкую замедленную область, называемую пограничным слоем, непосредственно прилегающую к телу. В этот слой передается тепло, которое исчезает и смешивается с потоком. Мы называем этот процесс отвода тепла от тела движущейся жидкостью конвекцией .1\).

Стационарная форма Закона Ньютона охлаждения, определяющего свободную конвекцию, описывается следующей формулой:

$$ Q = h(T_{тело} – T_\infty)$$

где \(h\) — коэффициент теплопередачи . Этот коэффициент можно обозначить чертой \(\overline{h}\), которая указывает среднее значение по поверхности тела. \(h\) без черты обозначает «локальные» значения коэффициента.

В зависимости от того, как инициируется движение жидкости, мы можем классифицировать конвекцию как естественную (свободную) или принудительную конвекцию. Естественная конвекция вызвана, например, эффектом плавучести (теплая жидкость поднимается, а холодная опускается из-за разницы в плотности). В другом случае принудительная конвекция заставляет жидкость двигаться с помощью внешних средств, таких как вентилятор, ветер, охлаждающая жидкость, насос, всасывающие устройства и т. д.

Движение твердого компонента в жидкость также можно рассматривать как принудительную конвекцию. Естественная конвекция может создать заметную разницу температур в доме или квартире. Мы признаем это, потому что некоторые части дома теплее, чем другие.3\).