Единицы тепла

Количество тепла

Большая калория (килограмм-калория) есть количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воды при 15° на 1° С.
Практически большая калория = средней калории = 1/10 количества тепла, необходимого для нагревания 1 кг воды от 0° до 100° С.
Малая калория (грамм-калория) есть количество тепла, необходимое для нагревания 1 г воды на 1° С., т. е. 1/1000 большой калории.
Английская тепловая единица (British Thermal Unit, В. Т. U.) есть количество тепла, необходимое для нагревания 1 англ. фунта воды на 1° Фаренгейта.
1 В. Т. U. = 0,2520 больш. калории.
Во французской системе М — Т — S единицей количества тепла служит термин — количество тепла, необходимое для нагревания 1 тонны воды при 15° на 1° С. В этой системе большая калория называется миллитермией, малая калория — микротермией.
В холодильной технике для измерения количества теряемого тепла применяется фригория, равная по абсолютной величине большой калории.

Теплота и работа эквивалентны. Значение одной единицы количества тепла в единицах работы называется механическим эквивалентом тепла. Значение одной единицы работы в тепловых единицах называется калорическим эквивалентом работы.
1 б. кал. = 4,186•1010 эргов = 426,9 килограммометрам = 4184 международн. джоулям = 3,968 В. Т. U.
1 англ. тепловая единица (В. Т. U.) = 0,2520 б. кал. = 778 фунто-футам (анг.) = 107,6 килограммометрам

Теплоемкость

Под теплоемкостью с данного вещества подразумевается число калорий, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1° С.
Для нагревания g кг вещества, имеющего теплоемкость с, на t градусов, требуется g. с. t калорий

Теплоемкость различных веществ при 15° С

Алкоголь 0,58 Алюминий 0,214 Бензол 0,41
Бронза 0,09 Вода 0,999 Водяной пар 0,48
Гипс 0,20 Гранит 0,20 Графит 0,2
Древесный уголь 0,2 Железо 0,111 Золото 0,031
Керосин 0,51 Латунь 0,090 Лед 0,463
Каменный уголь 0,31 Машинное масло 0,40 Медь 0,092
Мрамор 0,20 Никкель 0,105 Олово 0,054
Платина 0,032 Ртуть 0,0333 Свинец 0,031
Сера 0,17 Серная кислота 0,33 Серебро 0,055
Скипидар 0,42 Сталь 0,114 Стекло 0,19
Сурьма 0,050 Цинк 0,002 Эфир 0,56

Теплоемкость не постоянна: с увеличением температуры она немного возрастает для всех тел, кроме ртути, для которой она убывает

Изменение состояния тел с температурой

Точки плавления и отвердевания различных тел при нормальном атмосферном давлении

Азот -209,9 Алкоголь -114
Алюминий 657 Аммиак -78,2
Анилин -6,2 Боксит 1820
Бензол 5,50 Бор 2400
Бронза 900 Бура 878
Ванадий 1800 Висмут 267,5
Вода 0 Вода морская -2,5
Вольфрам 3400 Воск 64
Вуда сплав 60-70 Глинозем чистый 2010
Глицерин -20 Дельта-металл 950
Доменные шлаки 1300-1430 Железо 1530
Чугун серый 1200 Чугун белый 1130
Золото 1063 Инвар (никкелевая сталь) 1425
Иридий 2340 Кадмий 320,9
Калий 62,5 Кальций 113,5-119,5
Каучук 125 Кислород -218
Кобальт 1480 Кремний 1420
Латунь 900 Магналий 600-700
Магний 651 Марганец 1210
Масло льняное -20 Масло репное -3,5
Медь 1083 Молибден 2500
Натрий 97,5 Нафталин 80,0
Никкель 1450 Олово 231,8
Осмий 2700 Палладий 1557
Парафин 64 Платина 1764
Поваренная соль 800 Повар, соль, конц. раств 18
Припой мягкий 135-210 Припой с висмутом 94-125
Ртуть -38,89 Свинец 320,9
Сера 112,8 Сернистый ангидрид -72
Сероуглерод -112 Серебро 960,5
Скипидар -10 Спермацет 49
Сталь 1300-1400 Стеарин 68
Сурьма 630 Тантал 2850
Титан 1800 Толуол -94,5
Углекислота -78,5 Фарфор 1550
Фосфор 44 Хлористый кальций 720
Хлороформ -63,7 Хром 1520
Феррохром 2180 Цинк 419,4

Точки плавления конусов 3егера

° С ° С ° С ° С
022 600 07а 960 9 1280 29 1650
021 650 06а 980 10 1300 30 1670
020 670 05а 1000 11 1320 31 1690
019 690 04а 1020 12 1350 32 1710
018 710 03а 1040 13 1380 33 1730
017 730 02а 1060 14 1410 34 1750
016 750 01а 1080 15 1435 35 1770
015а 790 1100 16 1460 36 1790
013а 815 1120 17 1480 37 1825
012а 835 1140 18 1500 38 1850
011а 855 1150 19 1520 39 1880
010а 880 1180 20 1530 40 1920
00а 900 1200 26 1580 41 1960
09а 920 7 1230 27 1610 42 2000
08а 940 8 1250 28 1630

Керамические материалы и изделия, точка плавления которых соответствует № 26 и выше, называются огнеупорными

Точка кипения разных веществ при атмосферном давлении

Азот -196,8 Алкоголь -78,3
Алюминий 1800 Аммиак -33,4
Анилин 184,2 Ацетилен -83,6
Ацетон 66,7 Бензол 80,2
Бензофенон 305,9 Висмут 1420
Вода 100 Водород -252,8
Воздух -193 Гелий -268,8
Глицерин 290 Железо 2450
Кадмий 767 Кислород -183,0
Льняное масло 316 Магний 1120
Марганец 1900 Медь 2300
Метиловый алкоголь 64,7 Нафталин 218,0
Нитробензол 210 Окись углерода -190
Олово 2270 Парафин 300
Поваренная соль, нас. раствор 108 Ртуть 356,7
Свинец 1525 Сера 444,5
Сернистый ангидрид -10,0 Сероуглерод 46,2
Скипидар 161 Толуол 110,8
Углекислота -78,5 Уксусная кислота 118,5
Фосфор 287 Хлор 35,8
Хлористый кальц., нас. раст 180 Хлороформ 62
Цинк 906 Эфир 34,5

Скрытая теплота плавления

Скрытая теплота плавления какого-либо вещества есть число больших калорий, затрачиваемое для превращения 1 кг вещества из твердого состояния в жидкое без повышения температуры. То же самое количество тепла освобождается при отвердевании расплавленного вещества

Скрытые теплоты плавления различных веществ

Алюминий 94 Аммиак 33,4 Висмут 10,2
Доменные шлаки 50 Кадмий 10,8 Лед (вода) 79,7
Медь 41 Нафталин 36 Олово 13,8
Платина 27 Ртуть 2,8 Свинец 5,5
Сера 9 Серебро 26,0 Фосфор 5,0
Цинк 23,0 Бензол 30,4 Железо 49

Скрытая теплота кипения

Скрытая теплота кипения жидкости есть число больших калорий, затрачиваемое на превращение 1 кг жидкости при постоянном внешнем давлении в пар той же температуры. Такое же количество тепла освобождается при конденсации пара. Скрытая теплота кипения зависит от температуры

Скрытая теплота при температуре кипения

Алкоголь 202 Аммиак (при 0 ) 321 Анилин 104
Азот 48 Бензол 94 Вода 539,1
Водород 110 Кислород 51 Сера 362
Сернистый ангидрид 96 Сероводород 85 Скипидар 70
Толуол 87 Углекислота 142 Хлор 62
Хлористый метилен при (0) 97 Хлороформ 58 Эфир 90

Расширение тел от теплоты

Коэффициент линейного расширения α есть увеличение длины тела при увеличении температуры на 1° С и при первоначальной длине, равной 1.
Коэффициент объемного расширения = 3α для твердых однородных тел. Для всех газов при постоянном давлении расширение на 1° повышения температуры составляет почти одинаково 1/273 = 0,00366 первоначального объема

Коэффициент линейного расширения на 1°С

Алюминий 23,8.10-6 Бронза 17,5.10-6 Висмут 13,4.10-6
Гипс 25.10-6 Железо 11,5.10-6 Золото 14,4.10-6
Инвар (36% никкеля, 63,5% железа) 1,6.10-6 Иридий 6,5.10-6 Кварц плавленый 0,5.10-6
Кобальт 12,7.10-6 Константин 15,2.10-6 Магналий 24.10-6
Латунь 18,5.10-6 Медь 16,5.10-6 Магний 26.10-6
Нейзильбер 18.10-6 Никкель 13,1.10-6 Олово 23,0.10-6
Платина 9,0.10-6 Платино-иридий 8,8.10-6 Свинец 29,2.10-6
Сера 9.10-6 Серебро 19,7.10-6 Стекло 8.10-6
Тантал 6,5.10-6 Фарфор 3,0.10-6 Цинк 30.10-6

Железо и сталь имеют почти одинаковое расширение. Коэффициент расширения в среднем равен между 0° и 100° 11,5 • 10-6 • t, при более высоких температурах 11,5 • 10-6 + 0,08 • 10-6 • t (t повышение температуры в градусах). Литая сталь в закаленном состоянии обладает большим коэффициентом расширения до 0,000014, который, однако, при отпуске приходит к нормальной величине. У чугуна коэффициент расширения падает до 9 • 10-6

Усадка

При затвердевании и остывании размеры металлов изменяются. Возникающие натяжения, вызываемые неравномерным охлаждением и неодинаковым распределением материала, увеличивают или уменьшают размеры с одной или другой стороны отливки

Металл Линейная
относи-
тельная
Линейная
см на 1м
Поверхн
относи-
тельная
Поверхн
см3 на 1м3
Объемная
относи-
тельная
Объемная
см3 на 1м3
Алюминий 1:56 1,79 1:28 357 1:19 53590
Алюмин. бронза 1:53 1,89 1:27 377 1:18 56610
Бронза 1:63 1,59 1:32 317 1:21 47610
Колокольный мет. 1:65 1,54 1:33 308 1:22 46140
Латунь 1:65 1,54 1:32 313 1:22 46140
Медь 1:125 0,80 1:63 160 1:42 24000
Олово 1:128 0,78 1:64 156 1:43 23400
Сталь 1:50 2,00 1:25 400 1:17 60000
Свинец 1:92 1,09 1:46 217 1:31 32610
Цинк 1:62 1,61 1:32 313 1:21 48300
Чугун 1:96 1,04 1:48 208 1:32 31260

Примеры расчета усадки

Чугунный стержень длиной в 2,50 м усаживается на 2,5 х 1,04 см = 2,6 см.
Предмет из бронзы, модель которого имеет объем 300 см3 = 0,000300 м3, получит объем 300 см3 — 0,000300 . 47610 см3 = 300 см3 — 14,28 см3 = 285,72 см3.
В прокатных цехах считают усадку стали ок. 12 мм/м