Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Міністерство регіонального розвитку, будівництва та

житлово-комунального господарства України

Державна академія житлово-комунального господарства

КАФЕДРА КОМУНАЛЬНОЇ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКИ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ

ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни

“ТЕПЛОМЕТРІЯ”

для студентів напряму підготовки “Екологія”

денної та заочної форм навчання

освітньо-кваліфікаційного рівня "бакалавр"

Київ – 2011

УДК 536 (076)

ББК 31.3я73

Т34

Теплометрія. Опорний конспект лекцій. – К.: ДАЖКГ, 2010. – 27 с.

Укладач: доктор технічних наук Огородник Станіслав Станіславович

Описані методи і засоби традиційних теплових вимірювань (термометрії і калориметрії), наукові засади побудови температурних шкал, принципи дії термометрів різних типів, принципи дії і умови вимірювання кількості теплоти калориметрами.

Розглянуті 1-й і 2-й закони термодинаміки, механізми теплопередачі, теорема Остроградського-Гауса. Обґрунтовано принцип дії перетворювача теплового потоку (ПТП) – сучасного приладу для вимірювання густини теплового потоку. Описані конструкції різних типів ПТП, методи градуювання і застосування у теплоенергетиці, будівництві, при вирішенні завдань з енергозбереження та екології, зокрема, у процесі контролю і моніторингу стану аварійного 4-го блоку Чорнобильської АЕС.

Рецензент: доктор технічних наук Грищенко Тетяна Георгіївна

Розглянуто і схвалено на засіданні кафедри комунальної теплоенергетики та енергозбереження 15 червня 2010, протокол № 12

Рекомендовано до друку Навчально-методичною радою Державної академії житлово-комунального господарства 22 червня 2010, протокол №

Відповідальний за випуск: завідувач кафедри комунальної теплоенергетики та енергозбереження, доктор технічних наук Огородник С.С.

© Огородник С.С., 2011

© ДАЖКГ, 2011

ЗМІСТ

Модуль 1. Традиційні теплові вимірювання 4

Тема 1. Теплова енергія. Теплові вимірювання. 4

Тема 2. Термометрія 7

Тема 3. Калориметрія 12

Модуль 2. Сучасна теплометрія 15

Тема 4. Вимірювання теплопровідності 15

Тема 5. Вимірювання теплового потоку 18

Список рекомендованої літератури 27

Основна література 27

Додаткова література 27

Модуль 1. Традиційні теплові вимірювання Тема 1. Теплова енергія. Теплові вимірювання.

План.

1. Теплова енергія – фізична природа, властивості, характеристики.

2. Закон збереження і перетворення енергії. Перший закон термодинаміки.

3. Вимірювання температур і кількості тепла. Термометри і калориметри.

4. Теплові потоки. Електро-тепло-гідравлічна аналогія.

5. Теплометрія як наука.

6. Мета і завдання курсу теплометрії.

1. Теплова енергія – фізична природа і використання

Теплова енергія – це енергія хаотичного руху (коливань) атомів і молекул твердого тіла, рідини або газу, яка дорівнює сумі кінетичних енергій всіх атомів і молекул тіла чи певної маси газу або рідини. Швидкості хаотичного руху атомів і молекул в тілі мають певний розподіл, вид якого був визначений Максвеллом. Середня швидкість (v_ср) руху атомів чи молекул визначає температуру (Т) тіла за формулою:

3/2кТ = mv²/2, (1)

де к – стала Больцмана (к = 1,380662 х 10^-23 Дж/К), m – маса атома чи молекули.

Кількість теплової енергії Q тіла пропорційна його масі М і температурі Т (за абсолютною шкалою температур Кельвіна) і дорівнює:

Q = сМТ, (2)

де с – питома теплоємність.

Тепловий рух атомів і молекул хаотичний, тому практичне використання теплової енергії є досить складною проблемою. Розвиток промислових технологій суттєво прискорився саме тоді, коли людство опанувало процеси перетворення теплової енергії в механічну. Створення парової машини, а потім парових і газових турбін, двигунів внутрішнього згоряння, реактивних двигунів обумовило виникнення і розвиток промисловості й транспорту - залізничного, водного, автомобільного, повітряного. Виробництво електроенергії на теплових і атомних електростанціях відбувається також на основі застосування процесів переносу і перетворення теплової енергії.

2. Закон збереження і перетворення енергії. Перший закон термодинаміки

Технологічний прогрес стимулював прискорення і поглиблення наукових досліджень, розвиток нових галузей знань, зокрема, термодинаміки, тепломасопереносу, гідравліки, хімії тощо. Потреби вимірювання температури і кількості тепла обумовили створення методів і засобів термометрії і калориметрії.

Дослідження процесів перетворення теплової енергії в механічну дозволили встановити Закон збереження і перетворення енергії, який у сфері тепломеханічних процесів отримав назву Першого закону термодинаміки. Закон збереження енергії стверджує, що в замкнутій системі кількість енергії зберігається незмінною і може лише перетворюватися з однієї форми в іншу в еквівалентній кількості: хімічна – в теплову, теплова – в механічну, механічна – в електричну, електрична – в механічну або теплову і т. д. Перший закон термодинаміки полягає в тому, що кількість механічної роботи, яку виконує парова машина, турбіна, іншій тепломеханічний двигун чи перетворювач енергії, дорівнює різниці між тепловою енергією, яка підводиться до тепломеханічної установки ззовні (за рахунок хімічної енергії органічного палива і кисню або ядерного палива) і тепловою енергією, яка відводиться від системи у навколишнє середовище.