Abychom rozdílnost fyzikálně rozlišili, zavedeme veličinu nazvanou tepelná kapacita C. Jednotkou tepelné kapacity je J K-1. Daleko výhodnější je stanovit, kolik tepla je potřeba k ohřátí látky o známé hmotnosti m. Měrná tepelná kapacita je veličina charakteristická pro danou látku.
Měrná tepelná kapacita pevných a kapalných látek se mění s teplotou. Proto v tabulkách MFChT najdeme hodnoty udané při jediné teplotě. U plynů a par je situace složitější. Měrná tepelná kapacita závisí nejen na teplotě, ale také na tlaku a zejména na podmínkách, za kterých se teplo plynu předává.
U všech látek se s klesající teplotou měrná tepelná kapacita zmenšuje a při teplotách blízkých 0 K má velmi malou hodnotu. Z běžně známých látek má největší měrnou tepelnou kapacitu voda (4180 J K-1 kg-1). Důsledkem je řada jevů.
Přímořské podnebí vykazuje menší teplotní rozdíly v atmosféře než vnitrozemské, a to jak denní a noční, tak letní a zimní. Je to tím, že voda má vyšší měrnou tepelnou kapacitu než vrstvy pevné zemské kůry. Proto se pobřežní vrstvy vody v moři pomaleji ohřívají a pomaleji ochlazují než povrch pevniny. To má vliv i na ochlazování a ohřívání vzduchu.
V technické praxi je voda vhodná jako chladicí kapalina (k chlazení motorů, jaderných reaktorů), nebo jako kapalina vhodná k přenosu energie (např. v ústředním topení). S měrnou tepelnou kapacitou vody se setkáme také u starých úsloví: „Únor bílý, pole sílí,“. Sníh totiž izoluje a tím brání, aby příliš nevymrzla.
Čtěte také: Měrná váha betonu: klíčové vlastnosti a využití
Malou tepelnou kapacitu mají kovy (železo 452 J K-1 kg-1). Nejvhodnější jednotkou k vyjádření množství látky je v mnoha případech mol: 1 mol = 6,02 · 1023 částic zkoumané látky. Je-li látkové množství vyjádřeno v molech, je tepelná kapacita vztažena na 1 mol (a ne na hmotnost 1 kg).
Na ohřátí různého množství stejných látek potřebujeme vždy rozdílné množství tepla. Tato rozdílnost se nazývá jako tepelná kapacita. Při ohřátí látky o známé hmotnosti se používá tzv. měrná tepelná kapacita. U pevných a kapalných látek se měrná tepelná kapacita mění s teplotou. Proto v tabulkách najdete vždy hodnoty udané při jediné teplotě.
Teorie pro stavebníky
Ještě nedávno se za základní kritérium, které ovlivňuje výslednou kvalitu objektu z hlediska pohody prostředí a z hlediska tepelných ztrát považoval tepelný odpor. Dnes normy vyžadují počítat a zjišťovat součinitel prostupu tepla. Norma pro každou konstrukci udává požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla a rovněž hodnotu doporučenou. Stavba tedy musí vyhovovat minimálně požadované hodnotě.
Pro začátek stačí vědět, že základní veličinou vypovídající o tepelně izolačních schopnostech stavební konstrukce (o schopnosti materiálu vést teplo) je součinitel tepelné vodivosti λ (lambda) s jednotkou W/m.K, watt na metr kelvin (která se píše častěji W.m-1.K-1, popř. Wm-1K-1).
Jinou důležitou veličinou je součinitel prostupu tepla U (jednotkou je W/m2.K), jímž se vyjadřuje tepelně izolační schopnost ohraničující konstrukce domu. Pro součinitel prostupu tepla U platí, že čím nižší je jeho hodnota, tím lepší tepelně izolační vlastnosti konstrukce má (na rozdíl od dříve užívané hodnoty R, což je tepelný odpor).
Čtěte také: Jak měřit měrnou hmotnost betonu?
Součinitel prostupu tepla vyjadřuje, kolik tepla projde 1 m2 konstrukce při rozdílu teplot na obou stranách konstrukce 1 °C. Požadovaná minimální hodnota součinitele prostupu tepla U (W/m2.K) musí pro obvodovou zeď dosahovat hodnoty 0,38 (W/m2.K). Pro obvodové zdivo z cihel je doporučená hodnota 0,25 (W/m2.K).
Ještě před několika roky se součinitel prostupu označoval „k“; norma pak určovala požadovaný tepelný odpor konstrukce R (R = 1/k). Tepelný odpor R udává, jaké množství tepla prochází jedním čtverečním metrem konstrukce určité tloušťky a z daného materiálu v každé vteřině, jestliže jsou na obou stranách této konstrukce jiné teploty.
Tento tepelný odpor konstrukce (jednotka je m2K W-1) se vypočte ze vztahu R = d / λ (tloušťka izolace v metrech se vydělí výpočtovou hodnotou součinitele tepelné vodivosti materiálu). Výsledný tepelný odpor je součtem všech vrstev konstrukce; ty se (po přepočtu na tloušťku) sečtou. Hodnota, kterou normy požadují pro vnější stěnu, je 3 m2KW-1; přípustná hodnota, která platí pro rekonstrukce, je 2 m2KW-1.
Další parametry stavebních materiálů
Měrná tepelná kapacita c vyjadřuje množství tepla, které je třeba dodat 1 kg materiálu, aby se ohřál o 1 °C.
Měrná hmotnost ρ vyjadřuje hmotnost 1 m3 materiálu; udává se v kilogramech.
Čtěte také: Beton a kamenivo
Tepelná jímavost b (jednotka: W2/sm4K2) je součinem λ . p . c; charakterizuje schopnost materiálu o definované vlhkosti teplo akumulovat a opět postupně uvolňovat.
Součinitel teplotní vodivosti (jednotka: m2/s) vyjadřuje schopnost materiálu o definované vlhkosti vyrovnávat rozdílné teploty při neustálém vedení tepla.
Tepelná pohltivost (jednotka: W/m2K) je definována jako schopnost materiálu pohlcovat nebo uvolňovat teplo.
Teplotní útlum konstrukce vyjadřuje schopnost konstrukce tlumit harmonické změny teploty vnějšího vzduchu v zimním (letním) období na vnitřním povrchu konstrukce.
Měrná tepelná kapacita (J/kgK) vyjadřuje množství tepelné energie, kterou je třeba dodat materiálu o definované vlhkosti a hmotnosti = 1 kg, aby se ohřál o 1 K.
Kromě toho se ve stavebnictví používá množství dalších veličin; ty se týkají zejména vlhkosti ve stavebních materiálech (např. faktor difúzního odporu, součinitel difúzní vodivosti, hmotnostní vlhkost materiálu, objemová vlhkost materiálu, atd.).
Hodnoty tepelné vodivosti vybraných materiálů při teplotě 20 °C
(materiály jsou seřazeny od „nejlepšího“ k nejhoršímu)
| Látka | Tepelná vodivost λ[W•m-1•K-1] |
|---|---|
| Vzduch | 0,024 |
| Skelná vata | 0,04-0,042 |
| Čedičová vlna | 0,039-0,042 |
| Pěnový polystyren | 0,035 až 0,16 |
| Cihla | 0,28-1,2 |
| Pórobeton | 0,15-0,2 |
| Desky OSB | 0,13 |
| Liapor | 0,14-0,77 |
| Sklo | 0,60-1,0 |
| Škvárobeton | 0,70 |
| Voda | 1,0 |
| Beton | 1,5 |
| Čedič | 1,4 |
| Žula | 4,1 |
| Křemen | 8,4 |
Pro získání stejného tepelného odporu R = 2,5 m2KW-1 jako má 10cm vrstva minerální vlny o tepelné vodivosti 0,04 W/mK by bylo nutno tepelnou izolaci vytvořit ze dřeva o tloušťce 30 až 45 cm (podle druhu dřeva). Stejně izoluje zeď ze dvou řad (80 cm) cihelných bloků nebo 200 cm silná zeď z klasických plných cihel. Kdyby jako tepelná izolace měl sloužit železobeton, pak by stěna z něj musela mít tloušťku přes 3 m.
tags: #měrná #tepelná #kapacita #betonu #hodnoty