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, неодля 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	1а	1100	16	1460	36	1790
013а	815	2а	1120	17	1480	37	1825
012а	835	3а	1140	18	1500	38	1850
011а	855	4а	1150	19	1520	39	1880
010а	880	5а	1180	20	1530	40	1920
00а	900	6а	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