Která kapalina je nejvíce tepelně vodivá?

Vnitřní energie tělesa se může měnit, aniž by vykonávalo práci – v důsledku přenosu tepla. Když přivedeme kovovou tyčinku k plameni svíčky, zahřeje se i její konec.

Tento příklad ukazuje, že vnitřní energie může být přenášena z jednoho těla do druhého. Přenášet lze i vnitřní energii z jedné části těla do druhé – vždyť spodní část tyčinky se svíčky nedotýká, ale zahřívá.

Stejný jev můžeme pozorovat ponořením železné lžíce do vroucí vody. Brzy se konec lžíce, který není ponořen ve vodě, zahřeje (obrázek 1).

Jedním z typů přenosu tepla je tepelná vodivost. To je přesně to, co vidíme ve výše uvedeném příkladu. V této lekci se na tento jev podíváme podrobněji.

Stanovení tepelné vodivosti

Tepelná vodivost je jev přenosu vnitřní energie z jedné části tělesa do druhé nebo z jednoho tělesa na druhé při jejich přímém kontaktu.

• tepelná vodivost je charakteristická pro látky ve všech třech stavech agregace: pevné, kapalné a plynné
• různé látky mají různou tepelnou vodivost

Podívejme se blíže na poslední tvrzení. Přinesme konec dřevěné tyče k ohni (obrázek 2). Rozsvítí se. Druhý konec však zůstane studený. Proto má strom špatná tepelná vodivost.

Pokud dřevěnou hůl vyměníme za kovovou, celé se to celkem rychle zahřeje. Při držení takového předmětu se může snadno popálit.

To naznačuje kovy mají vysokou tepelnou vodivost. Stříbro, měď a zlato mají nejvyšší tepelnou vodivost.

Tepelná vodivost pevných látek

Zvažte experiment zobrazený na obrázku 3.

Připojte jeden konec silného měděného drátu ke stativu. Pod druhý konec drátu umístěte lihový hořák. Pomocí vosku připevníme na drát malé hřebíčky (obrázek 3, a).

Začněme ohřívat volný konec drátu pomocí alkoholové lampy (obrázek 3, b). Vosk se začne postupně rozpouštět.

Jeden po druhém začnou karafiáty odpadávat, počínaje těmi, které jsou blíže k ohni duchové lampy (obrázek 3, c).

Pojďme si vysvětlit, co se děje ze strany fyziky:

1. Kovové částice jsou velmi blízko u sebe. V určitých polohách kolísají
2. Rychlost oscilačního pohybu částic se při prvním zahřátí kovu zvyšuje v té části drátu, která je blíže ohni
3. V důsledku vzájemné interakce kovových částic se zvyšuje rychlost pohybu sousedních částic
4. Jak se jejich rychlost zvyšuje, teplota začíná stoupat

Tento proces bude postupně probíhat po celé délce drátu.

Při vedení tepla nedochází k přenosu látky z jednoho konce tělesa na druhý.

Zvažme další experiment (obrázek 3). Tentokrát na druhou stranu umístíme další stativ s drátem připevněným k hořáku. Rozdíl bude v jeho materiálu – drát je vyroben z oceli.

Během procesu zahřívání uvidíme, že kolíky na měděném drátu rychleji odpadnou. Měď se po celé délce rychleji zahřívá. To nám ukazuje, že tepelná vodivost různých kovů není stejná. Měď má vyšší tepelnou vodivost než ocel.

Tepelná vodivost kapalin

Udělejme jednoduchý experiment. Naplníme zkumavku vodou a začneme zahřívat její horní část (obrázek 4).

Voda v horní části zkumavky se rychle vaří a ve spodní části se jednoduše zahřeje. To naznačuje Kapaliny mají nízkou tepelnou vodivost (výjimky zahrnují rtuť a roztavené kovy).

Důvodem nízké tepelné vodivosti kapalin je uspořádání molekul v jejich struktuře. Vzdálenost mezi molekulami kapaliny je větší než u pevných látek.

Tepelná vodivost plynů

Pokusme se studovat tepelnou vodivost plynů experimentálně. Navlečeme si na prst zkumavku. Jeho dno nahřejeme v plameni lihové lampy (obrázek 5).

Na pocit tepla vzduchu ohřátého ve zkumavce si budeme muset ještě dlouho počkat. Vzdálenost mezi molekulami plynu je ještě větší než u kapalin a pevných látek. Prostředek, Tepelná vodivost plynů je ještě nižší.

Vlasy, vlna a peří ptáků mají špatnou tepelnou vodivost. Důvodem je, že mezi vlákny těchto látek je vzduch.

Tepelná vodivost se vysvětluje přenosem energie z jedné části těla do druhé, ke kterému dochází při interakci částic látky. Čím větší je vzdálenost mezi částicemi a čím slabší je interakce mezi nimi, tím menší tepelnou vodivost má těleso. Proto má nejnižší tepelnou vodivost vakuum (prostor bez vzduchu). Žádné částice – žádná tepelná vodivost.

přihláška

Někdy je potřeba chránit tělo před zahřátím nebo ochlazením. K tomuto účelu se používají tělesa s nízkou tepelnou vodivostí. Pokud jsou hrnce a pánve vyrobeny z kovu (umožňuje jim rychlejší zahřátí), pak jsou jejich rukojeti vyrobeny ze dřeva nebo plastu. To nám umožňuje nespálit se. Ze stejného důvodu se hrnky a sklenice vyrábějí hlavně z plastu, skla a porcelánu.

Materiály používané při stavbě domů (kulatina, cihly, beton) mají špatnou tepelnou vodivost. Budovy se tak méně ochlazují.

Termoska také využívá jevu tepelné vodivosti (obrázek 6). Vzduch je odčerpáván z prostoru mezi baňkou a pláštěm, takže nedochází téměř k žádnému přenosu tepla.

Sněhová pokrývka má špatnou tepelnou vodivost. To má pro živé organismy velký význam: mnoho přezimujících rostlin je chráněno před mrazem; velká zvířata tráví noc zahrabaná ve sněhu; malí mohou vést aktivní život v norách vyhrabaných pod sněhem.

Aby systémy vytápění a chlazení fungovaly bezchybně a s co největším efektem, je nutné používat pouze kvalitní zařízení. Zároveň je však důležité pamatovat na látku, která provádí výměnu tepla v systému mezi jeho různými složkami.

Chladiva jsou látka nebo směs sloužící k přenosu tepla, kterou lze také nazvat pracovní tekutinou, která ohřívá nebo ochlazuje pracovní předměty (místnosti, budovy apod.) nebo některé součásti zařízení.

Nejčastěji se používají dva hlavní typy chladicí kapaliny:

Glykolové chladicí kapaliny

Glykolové chladicí kapaliny jsou vyrobeny z etylenglykolu nebo propylenglykolu. Takové kompozice se velmi intenzivně používají v systémech souvisejících s klimatizací, chlazením a procesy přenosu tepla. Při správné volbě koncentrace může glykolová chladicí kapalina v parametrech přenosu tepla předčit běžnou demineralizovanou vodu – stávají se dokonalejšími. Chladicí kapaliny na bázi etylenglykolu jsou v průměru až 3x levnější než kapaliny na bázi propylenglykolu. Řešení jsou zákazníkům nabízena v hotové podobě, doplněná o antikorozní přísady. Každé z těchto řešení má individuální vlastnosti použití.

Jak je známo, vodné roztoky glykolu mají nižší tepelnou kapacitu a vyšší rychlost tepelné expanze. Proto důrazně doporučujeme obrátit se při návrhu topného systému na profesionály. Vzhledem k tomu, že tepelná kapacita glykolu je menší, množství chladicí kapaliny za jednotku času bude muset být čerpáno více. U topných systémů, kde se používá glykol, je často nutné instalovat oběhové čerpadlo s výkonovou rezervou.

Glykolové směsi mrznou při nižší teplotě než voda. Díky tomu jsou široce používány, když je třeba předměty nebo vzduch ochladit na teplotu pod nulou, zejména v mrazničkách a chladničkách. Pro zajištění dlouhodobého bezporuchového provozu takového zařízení je nutné průběžně sledovat koncentraci směsi, kterou je nutné udržovat na určité úrovni. Faktem je, že bod tuhnutí glykolu a jeho termofyzikální údaje jsou v nelineární závislosti na obsahu hlavní látky.

SVA nabízí široký výběr glykolových chladicích kapalin s různými rozsahy provozních teplot.

Teplonosné kapaliny na bázi etylenglykolu jsou nejběžnější díky své dostupnosti a snadnému použití. Používají se v systémech výměny tepla jako celoroční pracovní kapalina, která nevyžaduje sezónní výměnu, vytvářející nepřetržitý provoz zařízení, jakož i v systémech autonomního cirkulačního vytápění. Vzhledem k toxicitě etylenglykolu je třeba dodržovat určitá omezení, která spočívá v nepřípustnosti jeho použití při vytápění domácích prostor a v otevřených systémech. Pokud se dostane na pokožku, je nutné okamžité a vydatné opláchnutí. Pokud užíváte etylenglykol perorálně, měli byste se okamžitě poradit s lékařem.

Chladiva na bázi propylenglykolu jsou vodné roztoky propylenglykolu s různými koncentracemi a obsahující komplex aditiv, které zvyšují výkonnostní parametry celosezónních nízkotuhnoucích směsí (chladiva pro teplosměnné systémy – GOST 33341-2015). Mají důležitou výhodu – ekologickou bezpečnost, která umožňuje jejich použití ve dvouokruhových kotlích. Jsou použitelné pro absorpci, odvod a přenos tepla (chladu) v průmyslových podnicích, zařízeních na těžbu ropy a plynu, dolech, v topných a klimatizačních zařízeních bytových, kancelářských, veřejných budov a staveb, jakož i v technologických zařízeních v různá průmyslová odvětví.

Při výpočtu průtoku chladicí kapaliny je nutné vzít v úvahu tepelné zatížení a tepelné ztráty, které je třeba vzít v úvahu pro výběr požadovaného množství produktu pro systém zákazníka.

Vodní chladicí kapaliny

Voda slouží jako nejhojnější látka na Zemi, a tedy nejhojnější a nejlevnější chladivo. Nejznámější a nejpohodlnější odrůdou je destilovaná voda. Má všechny fyzikální vlastnosti požadované pro vysoce kvalitní chladicí kapalinu, ale má jednu nevýhodu – vysokou teplotu krystalizace.

Bod tuhnutí vody je 0°C. Tento indikátor je hlavní nedokonalostí vody jako chladicí kapaliny v zemích, kde okolní teplota zůstává v zimě pod nulou, což zahrnuje Rusko. Aby voda v otopném systému v zimě nezamrzala, je nutné, aby otopný systém neustále běžel, což je energeticky velmi náročné. Zejména pro lidi, kteří pravidelně využívají svůj dům nebo chatu. Krystalizace a zamrzání vody v systému mu může značně uškodit. Voda po zamrznutí zvětší svůj objem a vede k prasknutí potrubí, radiátorů nebo poruše součástí systému. Oprava systému po takovém extrémním rozšíření může být velmi nákladná.

Dalším důležitým faktorem, který je třeba zvážit, je úprava vody. Používání neupravené vody z vodovodu jako chladicí kapaliny je obrovská chyba. Taková voda obsahuje velké množství solí a kovů, které se postupně ukládají na stěnách systému, což následně vede k netěsnostem, poruchám a poruchám topného systému. Abyste se zdrželi drahých oprav zařízení nebo úplné výměny, je nutné propláchnout topný systém speciálními činidly.

Výhody

Teploty chladicích kapalin na bázi glykolu mají široký rozsah použití a taková chladicí kapalina jsou více žádaná a jsou schopna fungovat při provozních teplotách od -70 °C do +140 °C. Ačkoli mohou být taková chladiva v některých koncentracích v kapalné fázi až do teplot řádově –70 °C, jejich použití v této nízkoteplotní oblasti je neproveditelné kvůli jejich vysoké viskozitě.

Relativně vysoký stupeň účinnosti glykolových roztoků byl v praxi opakovaně prokázán. Jejich použití se ukazuje jako účelnější, i když není potřeba chladit předměty nebo vnější prostředí. To je vysvětleno přímým vztahem, který existuje mezi indikátory teploty chladicího média a chlazených předmětů.

Za určitých okolností platí nedotknutelný vzorec: pracovní kompozice ochlazená na 40 °C pod nulou může poměrně rychle realizovat požadovaný klimatický režim v okolním prostoru, ať už je to mrazák nebo místnost.

Důležitým ukazatelem rozsahu použití je teplota krystalizace chladicí kapaliny, která ukazuje okamžik, kdy je látka stále schopna cirkulovat systémem, ale nevede k důsledkům, které brání jejímu pohybu. Počáteční bod krystalizační teploty závisí na koncentraci glykolů ve vodném roztoku. Ve vodném roztoku se 45% obsahem ethylenglykolu je teplota, při které začíná krystalizace, fixována na mínus 30 °C. Do této teplotní hranice zůstává chladicí kapalina v kapalném stavu bez tvorby ledové struktury, která výrazně nabývá na objemu. Vzhledem k tomu, že glykolové chladicí kapaliny, na rozdíl od vody, nerozšíří svůj objem na kritické hodnoty, jediným problémem při zamrznutí chladicí kapaliny je nemožnost ji přečerpat. Po zvýšení okolní teploty zůstávají všechny původní vlastnosti a kvality chladicí kapaliny nedotčeny. Aby se minimalizovaly problémy při změně složení chladicí kapaliny, během provozu se provádí komplexní údržba inženýrských systémů pro kontrolu kvality a účinnosti složení, zabránění odtlakování inženýrských sítí a úniku pracovní kapaliny z výměníkových a procesních zařízení.

Omezení

Nedokonalost použití chladicí kapaliny na bázi etylenglykolu je její třetí třída nebezpečnosti, toxické a narkotické účinky. S možností úplného odpaření vody ze složení chladicí kapaliny a následného ochlazení krystalizuje etylenglykol při teplotě minus 16°C.

Chladicí kapaliny na bázi propylenglykolu jsou dražší než jiné typy chladicích kapalin.

Nevhodné kompozice na bázi ethylenu a propylenglykolu nelze po vyčerpání zdroje jednoduše vypustit, vyžadují povinnou likvidaci odpadního chladiva, kterou provádějí pouze licencované organizace.

srovnávací tabulka

Závěry

Pečlivý výběr chladicích kapalin je dán konkrétní výrobou a požadavky na kvalitu, environmentální ukazatele a fyzikálně-chemické ukazatele. Tento problém je řešen individuálně s manažery a specialisty společnosti, kteří poradí a pomohou s výběrem a objednáním chladicí kapaliny.

Doporučení pro výběr chladicí kapaliny

Provozní prostředí pro každý topný nebo chladicí systém se volí individuálně na základě provozních režimů zařízení a technických specifikací zákazníka.

Chladivo musí mít vysoký koeficient tepelné vodivosti. Minimální toxicita. Vysoká tekutost je jedním z klíčových kritérií, aby se během provozu nezvyšovalo zatížení oběhového čerpadla. Dlouhá životnost bez ztráty významných technických ukazatelů je důležitým ukazatelem při výběru chladicí kapaliny.