Kalkulator bilansu cieplnego

Zgodnie z zasadami termodynamiki cieplejsze ciało oddaje energię zimniejszemu, ilość przekazywanej energii nazywa się bilansem cieplnym.

Jak działa kalkulator bilansu cieplnego?

Użytkownik podaje ciepło właściwe w stanie ciekłym cw, ciepło topnienia ct oraz ciepło właściwe w stanie stałym cs do dwóch przeznaczonych do tego pól. Jednostki to odpowiednio [J/(kg*K)] oraz [J/kg]. Do tego użytkownik podaje masę substancji mm [kg] oraz temperaturę początkową tp w stopniach Celsjusza, a także uzupełnia jedno z pól: dostarczona energia Q [J] lub temperatura końcowa tk>tp. Kalkulator automatycznie sam uzupełnia w tym przypadku drugie pole.

Ciepło właściwe w stanie ciekłym:

\( c_w = \) J/(kg*K)

Ciepło topnienia:

\( c_t = \) J/kg

Ciepło właściwe w stanie stałym:

\( c_s = \) J/(kg*K)

Masa substancji:

\( m = \) kg

Temperatura początkowa:

\( t_p = \) °C

Uzupełnij przynajmniej jedno pole

Dostarczona energia:

\( Q = \) J

Temperatura końcowa:

\( t_k = \) °C

Czym jest bilans cieplny?

Bilans cieplny to zagadnienie z zakresu termodynamiki, które opisuje ilość energii cieplnych danego układu termodynamicznego. Bilans cieplny uwzględnia zawsze ilość ciepła dostarczanego do układu, wydzielanego z układu na zewnątrz oraz efekt procesów w tym układzie. Mówiąc prościej, jeśli ma my dwa ciała o różnych temperaturach, po pewnym czasie te temperatury się wyrównają (o czym mówi zasada zachowania energii, cieplejsze ciało oddaje energię zimniejszemu), bilans zaś to ilość energii przekazywanych między nimi. Każdy bilans cieplny można zapisać na dwa różne sposoby – „z punktu widzenia” układu (to metoda tradycyjna, w której dostarczana energia ma wartości dodatnie, a wydzielana ujemne) lub też „z punktu widzenia” otoczenia (to metoda stosowana w inżynierii, tam wartości są odwrotne do tradycyjnej).
Obrazowym przykładem zastosowania bilansu cieplnego może być to, ile lodu trzeba wrzucić do wrzątku, by jego temperatura obniżyła się do pokojowej. Oczywiście praktyczne zastosowania są o wiele poważniejsze i dotyczą, chociażby rozwiązań inżynieryjnych związanych z ogrzewaniem, termoizolacją, termostatami itp. Bilans cieplny jest także wykorzystywany w meteorologii czy klimatologii leśnej. Najwięcej pożytku z niego jest natomiast prawdopodobnie w technologii chemicznej, przy wytwarzaniu produktów na różne rynki, od farmaceutycznego, po rolnictwo.

Pojęcia używane w bilansie cieplnym

W bilansie cieplnym pojawiają się pojęcia ciepła właściwego i ciepła topnienia. To pierwsze (w stanie ciekłym bądź stałym) to ilość ciepła, jaką trzeba dostarczyć do ciała jednostkowego, by zmienić jego temperaturę o jedną jednostkę. W zależności, czy masę ciała określamy w kilogramach, czy w molach, mówimy o cieple właściwym wagowym lub molowym. Ciepło topnienia to z kolei ilość ciepła, jaką trzeba dostarczyć, by ciało zmieniło się z ciała stałego w ciecz.