Адгезия

Адгезия – это сила сцепления молекул различных материалов. Также адгезию называют силой притяжения. Адгезия объясняет, например, сцепление краски со стальной поверхностью фермы. Также и в растворном шве на плоскостях соприкосновения камня и раствора имеет место адгезия, в то время как внутри красочного слоя или раствора действует сила когезии.

Поверхностное натяжение, капиллярность

Поверхностное натяжение. Силы когезии обуславливают сцепление молекул как внутри, так и на поверхности жидкости. Силы, которые сцепляют молекулы на поверхности жидкости, называются силами поверхностного натяжения. Проявляются силы поверхностного натяжения, например, в каплях воды, которые имеют сферическую форму и не растекаются по поверхности. Также силы поверхностного натяжения можно наблюдать на примере простого фокуса, когда алюминиевая монета, осторожно положенная на воду. Удерживается на поверхности.

Капиллярность

Под капиллярностью понимают подъем жидкости в капиллярах (волосяных трубках). Чем тоньше капилляр, тем выше поднимается жидкость вверх. Пример капиллярности – сосуды в организме человека и животных, кровь в которых циркулирует именно при помощи капиллярности.

Огромное значение имеет капиллярность и в строительстве. Пористые строительные материалы, такие как пористый кирпич, бетон, раствор, дерево и многие виды утеплителей не только впитывают, но и всасывают воду. Это может привести к строительным повреждениям конструкций вследствие их увлажнения, и при замерзании разрушения. Также увлажнение конструкций может привести к оплесневению, появлению грибка и отслаиванию отделочных покрытий.

Механические свойства твердых тел

Применение твердых строительных материалов, как и их производство, должно учитывать их физические свойства. Различают твердые и мягкие, вязкие и хрупкие материалы.

Твердость

Твердость – это способность вещества сопротивляться проникновению в его структуру других веществ. Также под твердостью понимают сопротивление материала механическим воздействиям. Оценка твердости материалов производится по шкале Моса при помощи простого испытания на твердость методом царапания. Более мягкий материал будет царапаться более твердым материалом. Шкала Моса предусматривает десять степеней твердости материалов, самым мягким считается тальк, а самым твердым признан алмаз.

Твердые материалы применяются для производства режущих инструментов, а также деталей, подверженных истиранию, например полов в общественных зданиях с большой проходимостью или ступеней лестниц.

Мягкость

Мягкость материала заключается в том, насколько легко можно сжать его или процарапать более твердым материалом. Мягкими материалами являются свинец, гипс, вспененные синтетические материалы. Они применяются там, где они как прокладка должны разделять два других материала от повреждений.

 

Вязкость

Под вязкостью понимают способность материала поддаваться воздействию изгиба, удара и толчка, не разрушаясь при этом. Вязкими считаются материалы, как сталь, свинец, дерево, кожа, и многие виды пластмасс. В основном вязкие материалы имеют волокнистое строение.

Хрупкость

Хрупкость – это свойство материала под воздействием изгибающих, ударных и толчковых нагрузок не изменяя своей формы разрушаться. Хрупкие материалы это стекло, природный камень, бетон. Хрупкость считается недостатком материала.

Упругость

Упругость – это свойство материала поддаваться сжатию и растяжению, а также изгибу, после снятия нагрузки возвращаясь к первоначальной форме. Упругими материалами считается резина, рессорная сталь, их можно использовать для упругой звукоизоляции от корпусного шума. Некоторые сорта древесины являются также в определенной степени упругими. Некоторые материалы после значительных на них нагрузок не разрушаются, но не возвращаются к первоначальной форме. Это означает, что предел их упругости пройден. Нагружать такие материалы можно только в пределах их предела упругости.

Пластичность

Пластичность – это свойство материала под воздействием нагрузки изменять свою форму и сохранить ее после снятия нагрузки. Глина, свинец, оконная замазка – пластичные материалы.

Физические силы

На строительные конструкции в процессе их монтажа и последующей эксплуатации действует несколько сил. Это силы сжатия и растяжения.

Потянув рукой за пружину, можно наблюдать, как она удлинится. Так же растягивается пружина, если к ней подвесить груз. В обоих случаях на пружину воздействует сила F, в данном случае неважно, мускульная сила или же сила тяжести.

Международная единица измерения силы – ньютон (Н). Десятичные кратные единицы ньютона – это деканьютон, килоньютон и меганьютон. Соответственно 1 деканьютон равен 10 ньютонам, килоньютон равен 1000 ньютонам, а меганьютон – 1000 килоньютонам.

Кроме мускульной силы и силы тяжести, воздействующих на конструкции, существуют и другие силы, например сила ветра, воды, магнитная сила.

Сила тяжести и вес тела

Сила земного притяжения воздействует на массу тела. Такая сила называется силой тяжести. Чем больше масса тела. Тем больше воздействует на него сила тяжести. Также на силу тяжести влияет расстояние от центра теля до поверхности земли. Сила тяжести задается в единицах Н.

Вес тела измеряют при помощи пружинных весов (динамометра). Вес тела изменяется с удалением от центра Земли. При большом удалении от него вес тела уменьшается, и при значительном удалении от центра земли может равняться нулю. Это состояние называют состоянием невесомости. Но при этом масса тела остается неизменной.

Масса тела также измеряется с помощью рычажных весов. При этом масса тела сравнивается с оттарированными образцами массы. Эти образцы масс называются точными образцами веса. Поэтому в обиходе массу тела называют весом.

Действие и отображение сил

Сила всегда существует там, где тело не находится в состоянии покоя. При помощи силы тело приводится в движение, ускоряется, тормозится или меняет направление движения. Также сила необходима для изменения формы теля.

Действие силы зависит не только от ее величины, но и от ее направления и точки приложения силы. Кроме силы тяжести, которая всегда действует только вертикально, другие силы могут действовать и в других направлениях.

Силы отображаются в виде стрелок. Длина стрелки показывает величину силы. При помощи масштаба сил длина стрелок корректируется и отображается на схемах.

Одинаковые по величине действующие в противоположных направлениях силы взаимно компенсируют друг друга и уничтожаются. Такое состояние называется равновесием.

Сложение и разложение сил

Две и более силы могут действовать в одном направлении или под углом друг к другу. Величины сил складываются, если они действуют в одном направлении и вычитаются, если направления действия сил противоположные. В результате получается действующая результатирующая сила.

В случае, когда две силы действуют под углом друг к другу, например, в подкосах стропил, можно представить величину и направление сил как параллелограмм или треугольник сил. В параллелограмме сил результатирующая сила представлена в виде диагонали параллелограмма, в котором две стороны представлены силами F1 и F2.

В треугольнике сил обе отдельные силы как силовые стрелки с их данными величинами и направлениями складываются. Если соединить начальные и конечные точки силовых стрелок, то получится результатирующая сила.

Если силу необходимо разложить на две силы, действующие под углом, то их величины можно также получить при помощи параллелограмма сил или треугольника сил.

При помощи клина можно увеличить действие силы. Клинья применяются как для раскалывания материалов, так и для подъема грузов. Клин – это основная форма резца в режущих инструментах. При одностороннем клине действующая на клин ударная сила превращается в значительно большую силу напряжения. При двухстороннем клине действующая на клин ударная сила разлагается на две действующие перпендикулярно плоскостям клина расщепляющие силы. Величины расщепляющих сил зависят от угла клина и от силы удара.

Наклонная плоскость

Плоскость, наклонную к горизонтальной, называют наклонной плоскостью. По ней можно с относительно небольшим усилием перемещать вверх большой груз, то есть поднимать на высоту. Сила зависит от угла наклона наклонной плоскости и величины груза. Сэкономленная при применении наклонной плоскости сила должна выравниваться большей по сравнению с высотой подъема длиной пути перемещения груза.

Рычаг

Каждое тело, у которого сила создает вращательное движение, называется рычаг. Рычаг – это жесткое тело, вращающееся вокруг оси (точки вращения). Рычагами являются ломы, гаечные ключи и клещи. Вращательное действие рычага называется моментом. Момент растет с длиной плеча рычага и с величиной силы, которая действует на рычаг. При этом плечо рычага представляет собой перпендикулярное расстояние точки поворота от направления действия силы. На один рычаг действуют, по крайней мере, два момента. Моменты могут быть либо вращательными в левую сторону, либо вращательными в правую сторону.

В зависимости от положения моментов по отношению к центру вращения различают односторонний рычаг, как например, в тачке, и двухсторонний рычаг, например рычажные весы или гвоздодер. Рычаг находится в равновесии, когда вращающий вправо момент равен моменту, вращающему влево. Поскольку моменты у рычагов находятся в равновесии не всегда и создают вращательное движение, их называют вращающими моментами.

Нагрузки на здание

На каждое строительное сооружение действуют многочисленные силы, например, силы сжатия и растяжения. Эти силы нагружаю строительное сооружение. Поэтому их называют нагрузками. Нагрузки происходят за счет самого сооружения и могут быть обусловлены внешними воздействиями. Различают постоянные и временные нагрузки. Суммарная нагрузка на сооружение образуется суммой постоянной и временных нагрузок.

Постоянные нагрузки – это длительно действующие на конструкцию не изменяющиеся нагрузки. К ним относятся собственный вес отдельных строительных элементов, например, перекрытие, включая конструкцию поля, колонны, включая штукатурку. Также к конструкциям, влияющим на нагрузки, относятся и собственные веса других конструкций, которые действуют сверху и должны передаваться вниз, давление грунта, например, в подпорных стенах подвалов, или давление воды, например, в плавательных бассейнах.

Временные нагрузки – это нагрузки, которые могут меняться по своей величине и могут быть подвижными и неподвижными. К ним относятся нагрузки от веса людей и оборудования, складируемых материалов и автомобилей, ветер у зданий, создающий как силы давления, так и силы отсоса, снеговые нагрузки, которые встречаются на крышах, террасах и балконах.

На балку могут действовать сосредоточенные силы. Сосредоточенная сила приложена к одной точке балки, обозначается буквой F и дается в кН. Но на балку могут действовать также равномерно распределенные нагрузки. Они могут действовать как по всей длине балки, так и на отдельной ее части.

Равномерно распределенные нагрузки относятся к 1 м длины и даются в кН/м. Если равномерно распределенная нагрузка концентрируется в виде сосредоточенной силы в одной точке, то говорят о замененной нагрузке. Она действует для расчета опорных реакций (сил на опорах) как отдельная единичная нагрузка.

Прочность и напряжение

Если сила действует на какое-либо тело, то это тело нагружено. Силы сцепления молекул внутри нагруженного теля сопротивляются внешней силе. Чтобы все строительные конструкции могли выдержать действие на них внешних сил, они должны иметь соответствующую прочность.

Под прочностью понимают силу тела, которая противодействует изменению формы и разрушению этого тела внешней силой.

При действии внешней силы, например силы растяжения стального каната, тело будет находиться в напряженном состоянии, то есть в состоянии внутреннего сопротивления разрыву. Оно тем больше, чем меньше нагруженная площадь. В случае, например, сжатия или растяжения это называется напряжением.

Под напряжением понимают силу внутреннего сопротивления тела, отнесенную к площади ее сечения.

Напряжение = сила/площадь поперечного сечения.

Напряжение в теле увеличивается с увеличением внешней нагрузки. Если нагрузка на тело, а следовательно и напряжения в нем будут слишком велики, то тело разрушится. Достигнутое при разрушении тела напряжение называют разрывающим напряжением.

Строительные материалы можно нагружать только до определенного напряжения. Его называют допустимым напряжением. По соображениям безопасности существующее напряжение в материале должно быть меньше или равно допустимому напряжению.

По виду нагрузки разливают напряжения сжатия, изгиба, среза, сдвига и кручения.

Сжатие

Если фундамент нагружен, например, весом стен дома, то он должен воспринимать силы сжатия. В фундаменте возникают напряжения сжатия. Прочность на сжатие у различных материалов различна. Она увеличивается при увеличении плотности и вязкости материала. Для восприятия сжимающих усилий подходят такие материалы, как сталь, бетон, стеновые камни и дерево. Высокую прочность на сжатие должны иметь в основном фундаменты, несущие стены, опоры и колонны. Напряжение сжатия, которые должны восприниматься основанием (грунтом) называют напряжением в грунте.

Растяжение

Строительные конструкции, подверженные растяжению, это например анкеры растяжек, канаты растяжек, стальная арматура в железобетоне. Для восприятия таких напряжений применяют в основном сталь и дерево. Бетон и каменные материалы напротив, не подходят для восприятия растягивающих усилий. Если строительные конструкции подвергаются растяжению, то в их поперечном сечении возникают растягивающие напряжения. Если сечение ослаблено сверлениями, отверстиями для цапф и так далее, то при расчете напряжения необходимо исходить из минимальной площади материала в сечении.

Изгиб

Если силы действуют на балку перпендикулярно по длине, то балка подвергается изгибу, то есть прогибается. Балки, у которых сечение расположено большей стороной вверх, более прочны на изгиб и лучше несут нагрузку, чем те, у которых сечение расположено большей стороной горизонтально.

При изгибе на одной стороне сечения балки возникают сжимающие усилия, а на другой стороне – усилия растяжения. В середине балки растягивающие и сжимающие силы взаимно уничтожаются.

Эту область сечения балки называют нейтральной зоной или нулевой линией.

Работающим на изгиб является, например, балки, ригели, перемычки и стропила. Они должны выполняться из таких материалов, которые могут воспринимать растягивающие усилия. Так как бетон не может воспринимать растягивающие усилия, то в бетонных конструкциях предусматриваются стальные включения, там, где проявляются растягивающие усилия.

Продольный изгиб

Если колонны, стойки и раскосы нагружены по их длине сжимающей нагрузкой, то они могут изгибаться в сторону. При этом они ломаются при превышении напряжений прочности продольного изгиба. Прочность на продольный изгиб зависит от материала конструкции, от формы поперечного сечения и от длины продольного изгиба.Прочность на продольный изгиб зависит от материала конструкции, от формы поперечного сечения и от длины продольного изгиба. Нагруженными на продольный изгиб могут быть конструкции. Круглые и квадратные формы поперечного сечения конструкций являются наиболее целесообразными. Чем длиннее и тоньше, то есть, чем стройнее стойка, тем быстрее она сломается под нагрузкой.

Срез

Накладные соединения, как правило, подвергаются нагрузке на растяжение. Появляющиеся при этом усилия могут срезать соединительный элемент, например болт, поперек его длины. Эти усилия называют усилиями среза, а их максимальное значение – прочностью на срез. Напряжения среза могут появляться в гвоздях, шурупах, болтах, заклепках и дюбелях.

Сдвиг

Строительные конструкции, как например, балки, ригели и перекрытия, при нагружении подвергаются не только изгибу, но и сдвигу. Если, например, положить три бруска друг на друга и нагрузить их на изгиб, то можно установить, что они сдвигаются относительно друг друга вдоль продольной оси по направлению к опорам. Если эти бруски склеить между собой и нагрузить их таким же образом, то сдвига этих брусков относительно друг друга не будет. При этом в клеевых соединениях возникают напряжения сдвига. В железобетонных балках для восприятия напряжений сдвига необходима особая арматура.

Кручение

Если шуруп вкручивается в дерево, то вдоль оси шурупа действуют вращающие вправо вкручивающие силы и вращающие влево силы трения. Эти действующие в противоположном направлении силы нагружают шуруп на кручение. Кручение возникает во всех телах, которые должны передавать крутящий момент поперек своей продольной оси.

Опрокидывание и скольжение

Если, например, подпорные стенки или стены нагружены силами, действующими сбоку, например, давление земли, давление ветра или давление воды, то они не должны опрокидываться. Их устойчивость зависит от площади опорной части, от высоты и от собственного веса конструкции, а также от положения ее центра тяжести. Кроме того, под действием горизонтальных или наклонных сил такие конструкции не должны скользить по их основанию, например по грунту. Сила трения должна быть такой большой, чтобы конструкции не скользили.

Давление в жидкостях и газах

Давление в жидкостях

Жидкость практически не сжимаема. Давление, которое воздействует на закрытую в сосуде жидкость, распространяется по всем направлениям равномерно. Давление внутри жидкости везде одинаково.

Гидростатическое давление

Если заполнять жидкостью сосуд, имеющий ряд отверстий, расположенных друг над другом, то можно установить, что эта жидкость будет вытекать из верхнего отверстия слабой струей, а из нижнего – сильной струей. Это говорит о том, что в нижней части сосуда имеет место более высокое давление, чем в верхней части. Этот прирост давления возникает потому, что с увеличивающейся высотой столба жидкости и действующей вниз силы тяжести этого столба жидкости гидростатическое давление жидкости растет.

Под гидростатическим давлением понимают давление, создаваемое весом жидкости.

В строительстве это гидростатическое давление следует учитывать там, где жидкости воздействуют на сооружение, например, в плотинах и при укладке свежего бетона в опалубку.

Гидравлический пресс

В гидравлическом прессе с помощью малой силы, которая действует на поршень, в маленькой колбе с площадью давления А1, получается большая сила F2 в большой колбе с площадью давления А2.

Давление в газах

Газы – это те же тела и они имеют вес. Один кубический метр воздуха весит примерно 1,29 кг. Молекулы газа отталкиваются друг от друга. Поэтому газы занимают в отведенном для них пространстве весь оьъем и создают давление на плоскостях, ограничивающих это пространство. Между молекулами газа много свободного пространства. Поэтому газы можно легко сжимать. При сжимании газа его температура повышается.

Давление воздуха

Земля окружена оболочкой из воздуха высотой около 500 км. Она называется атмосферой. С увеличением высоты она становится все тоньше. Масса воздуха, например, на уровне моря, создает давление, зависящее от тяжести воздушного столба и при обычных атмосферных условиях составляет 1 Бар (атмосферное давление). Атмосферное давление тем меньше, чем выше местность над уровнем моря. Единицей давления воздуха является гектопаскаль. 1 Бар =1000 гектопаскалей.

Давление газов

В технике измеряется не давление относительно безвоздушного пространства, то есть абсолютное давление Р абс, а давление относительно существующего в данный момент атмосферного давления Р атм. Если в закрытом сосуде давление газа больше атмосферного, то говорят об избыточном давлении Р е. Избыточное давление – это разница между абсолютным давлением и имеющим место атмосферным давлением.

Если в сосуде давление меньше атмосферного, то имеет место отрицательное давление (разрежение).

Компрессоры

Компрессоры (сжиматели) производят для пневматических инструментов сжатый воздух. Различают поршневые и винтовые компрессоры.

В поршневых компрессорах воздух засасывается при возвратно-поступательном движении поршня и сжимается. Сжатый воздух накапливается в цилиндре для сжатого воздуха. Компрессор приводится в действие при помощи электромотора ли при помощи дизельного двигателя. При достижении максимального или минимального давления в накопительном цилиндре электромотор управляется прерыванием работы, а дизельный двигатель за счет свободного хода. При этом компрессор включается или отключается.

В винтовых компрессорах воздух сжимается между входящими в зацепление друг с другом винтовыми валами, потому что воздушные камеры все более сужаются к выходному отверстию. В случае винтового компрессора цилиндр для накопления сжатого воздуха не нужен, так как с помощью регулятора автоматически подается нужное количество сжатого воздуха при постоянном давлении. Привод осуществляется с помощью электромотора или дизельного двигателя. Винтовой компрессор имеет преимущество в том, что он создает меньше шума.

Тепло

Молекулы любого вещества находятся в перманентном движении. В телах с более высокой температурой они движутся быстрее, в телах с более низкой температурой – медленнее.

Таким образом, тепло является ничем иным, как энергией движения молекул. Повысить температуру тела – значит увеличить энергию движения молекул.

Температура и измерение температуры

Температура и тепло часто считают одним и тем же. Однако они имеют разный смысл. Тогда как температура дает представление о тепловом состоянии тела, под теплотой понимают содержащееся в теле количество тепла. Единицами измерения являются кельвин (К) и градус

Цельсия (С). 0 °С соответствует точке замерзания воды (точка таяния). 100°С соответствует точке кипения воды при нормальном давлении воздуха (точка испарения).

Самая низкая температура составляет примерно -273°С, ее называют абсолютным нулем. При этой температуре все вещества, в том числе и газы, находятся в твердом состоянии, так как при такой температуре прекращается всякое движение молекул.

При использовании единиц кельвин ведут отсчет от абсолютного нуля, 273К соответствует точке таяния, 373К соответствует точке кипения воды.

Приборы, измеряющие температуру, называются термометрами. Различают жидкостные и металлические термометры, а также электрические термометры и пироскопы или конусы Зегера.

Количество тепла

Чтобы установить, какой из двух источников поставляет большее количество тепла, с их помощью нагревают одинаковое количество воды. В той воде, которая за одно и то же время достигла более высокой температуры было отдано большее количество тепла или тепловой энергии. Наоборот, в десяти литрах воды содержится в 10 раз больше тепловой энергии, чем в одном литре воды при одинаковой температуре. Единицей тепловой энергии является джоуль (Дж).

Джеймс Джоуль в 1843 году доказал, что каждому количеству тепловой энергии соответствует определенная механическая работа. Поэтому работа, энергия и количество тепла рассматриваются как величины одного вида. Единицами служат джоуль, ньютон-метр и ватт-секунда.

Удельная теплоемкость

Различные материалы одинаковой массы требуют для своего нагревания различное количество тепла. Покрытия из алюминия, например, при одинаковом подводе тепла от солнечного излучения будут иметь более высокую температуру, чем дерево и штукатурка.

Необходимое для определенного повышения температуры количество тепла зависит не только от массы, но также и от вида материала.

Удельная теплоемкость – это то количество тепла, которое необходимо, чтобы повысить температуру одного килограмма вещества на 1К (=1°С).

Для нагревания древесины требуется примерно в два раза большее количество тепла, чем для такой же массы газобетона, то есть при подводе одинакового количества тепла газобетон нагревается до температуры большей, чем дерево. Это отражается, например, на различном температурном удлинении конструкций из этих материалов.

Теплонакопительная способность 

Строительная конструкция при нагревании принимает определенное количество тепла, которое накапливается в конструкции. Теплонакопительная способность строительной конструкции, например, стены, зависит от плотности, от удельной теплоемкости материала а также от толщины конструкции.

Достаточная теплоаккумулирующая способность стен и перекрытий важна для обеспечения комфортности в помещениях.

Действиетепла Температурное расширение

При нагревании тела расширяются во всех направлениях.

Изменение объема твердых тел

Все строительные конструкции расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении, то есть они изменяют при изменении температуры свой объем. В строительных конструкциях особенно важно учитывать изменение длины.

Изменение длины зависит от длины конструкции, разности температур, как прирост температуры, или ее уменьшение, а также от коэффициента линейного расширения материала, из которого состоит строительная конструкция.

Коэффициент линейного расширения показывает, на сколько миллиметров увеличивается или укорачивается тело длиной 1 метр при разнице температур в 1К.

Синтетический материал полиэтилен расширяется в 17 раз больше, а алюминий – в 2 раза больше, чем сталь. Только потому, что бетон имеет такое же температурное расширение как сталь, строительство из такого материала как железобетон стало вообще возможным. Если в строительстве используются вместе материалы с различным температурным расширением, как например устройство покрытия из кровельной жести на стеновой кладке, то необходимо следить за тем, чтобы материалы могли свободно перемещаться относительно друг друга. В протяженных строительных конструкциях должны предусматриваться деформационные швы.

Изменение объема жидких тел

Жидкие тела расширяются значительно больше, чем твердые тела. Ацетон имеет очень большое, а вода и ртуть имеют наименьшее температурное расширение. В правиле о том, что каждое тело при охлаждении сжимается, вода имеет исключение (аномалия воды). Ее объем при охлаждении уменьшается, однако при дальнейшем охлаждении от +4 до 0°С он снова увеличивается. Поэтому вода при +4°С имеет наибольшую плотность. Это также является причиной плавания льда в воде и разрыва замерзших водопроводных труб.

Изменение объема газообразных тел

Газы при нагревании расширяются значительно больше, чем жидкости. Их расширение при повышении температуры на каждый градус Цельсия составляет 1/273 их объема при 0°С. Если, например, воздух нагревать в каком-либо объеме, то он расширяется. Его плотность по отношению к не нагретому воздуху становится все меньше, поэтому нагретый воздух поднимается кверху.

Газ, находящийся в замкнутом сосуде, например в бутылке, не может расширяться при нагревании. Давление газа растет, что может привести к разрыву сосуда.

Плавление и испарение

Материалы встречаются в трех формах своего состояния – твердом, жидком и газообразном, которые называют агрегатными состояниями. Переход из одного состояния в другое происходит при определенных температурах.

Твердые вещества становятся жидкими, когда приход тепла заставляет молекулы двигаться так сильно, что они внутри смеси начинают в определенных местах терять связи между собой. Температура, при которой это происходит, называется точкой плавления, или температурой плавления.

Чтобы перевести 1 кг вещества из твердого состояния в жидкое, необходимо определенное количество тепла, которое называется теплом плавления. У воды оно составляет 335 кДж/кг.

При возрастающем нагревании жидкостей движение молекул настолько возрастает, что их взаимные силы когезии полностью преодолеваются и жидкость превращается в газ. Этот процесс называют испарением.

При этой температуре достигается точка кипения или температура кипения жидкости. Количество тепла, которое необходимо для перевода 1 кг жидкости из жидкого состояния в газообразное называется теплотой испарения. Оно составляет для воды 2250 кДж/кг.

Конденсация и твердение

Если у газообразного тела, например у водяного пара, отбирать тепло, то при определенной температуре оно уплотняется до жидкого состояния, например вода. Эту температуру называют точкой конденсации, а необходимое для этого количество тепла – конденсационным теплом.

Конденсационное тепло равно теплоте испарения. В строительстве необходимо в основном учитывать конденсацию водяного пара на внутренней стороны наружных стен или внутри конструкций. Влажность в конструкции ведет к строительным повреждениям и уменьшает теплоизоляцию.

Когда жидкость охлаждается, она затвердевает. Имеющая при этом место температура называется точкой затвердевания. В случае с водой она называется точкой замерзания или таяния.

Точки плавления и затвердевания совпадают. Освобождающееся при затвердевании количество тепла равно теплоте плавления.

Тогда как затвердевшие тела уменьшаются в объеме, вода при замерзании расширяется. Пористые материалы, поры которых заполнены водой, при морозе могут разрушаться за счет разрывающего действия льда.

Испарение

Жидкость может превращаться в газ и ниже точки кипения. Правда испарение происходит только у ее поверхности. Этот процесс называют образованием тумана. Образование тумана происходит тем быстрее, чем суше и подвижнее окружающий воздух и чем ближе температура жидкости к точке кипения. Поэтому при комнатной температуре жидкость испаряется тем быстрее, чем температура ее ближе к температуре кипения, например, у спирта, нитроразбавителей и бензина.

При испарении молекулы вещества вырываются с поверхности жидкости и воспринимаются воздухом. Требуемую для этого энергию движения забирается из жидкости в форме тепловой энергии. Связанное с этим понижение температуры называют испарительным охлаждением. Процесс испарения можно ускорить путем увеличения площади испарения, например путем разрезания древесины для ее сушки.

Источники тепла

Важнейшим источником тепла для земли является солнце. Оно передает тепло за счет излучения, при перпендикулярном падении солнечных лучей оно поставляет энергию, равную 80 кДж/(м2хМИН). Другими источниками тепла являются находящиеся в земле твердые, жидкие и газообразные вещества. Они, как правило, растительного или животного происхождения и при сжигании образуют тепло.

Передача тепла

Каждое тело, которое теплее окружающей среды, является источником тепла для более холодных тел. Передача тепла может осуществлятья путем радиации, конвекции и теплопроводности.

Тепловое излучение

Тепловые лучи ведут себя подобно световым лучам. Они передают тепловую энергию как излучение через воздушное пространство и отдают ее, только попав на какое-либо тело. При попадании на тело энергия излучения переходит в тепловую энергию – тепловое движение молекул. Способность восприятия тепла в таких случаях зависит от характера поверхности тела, принимающего тепло. Тела с темной и шероховатой поверхностью воспринимают тепловую энергию значительно лучше, поэтому нагреваются гораздо быстрее тел с гладкой и светлой поверхностью. В строительстве тепловое излучение применяется для отопления помещений.

Конвекция

В противоположность тепловому излучению конвекция возможна только в жидкостях и газах. Если эти газы или жидкости нагреваются в отопительной системе, они расширяются. За счет того, что плотность их при расширении уменьшается, они поднимаются вверх, и более холодные, а значит, более холодные массы газа или жидкости поступают на их место. Образуется поток газа или жидкости, который отдает тепло более холодной окружающей среде.

Теплопроводность

Теплопроводностью называется передача тепла в одном материале от молекулы к молекуле, без смены местоположения молекул. Тепло между молекулами передается лишь за счет их колебаний. Молекулы, которые ближе к источнику тепла, передают колебания тем молекулам, которые расположены дальше.

Наиболее теплопроводными материалами считаются металлы. Дерево, синтетические материалы и пористые строительные материалы проводят тепло плохо. Материалы, которые плохо проводят тепло, в промышленности и строительстве называются теплоизоляционными материалами. Они находят свое применение для уменьшения потерь энергии.

Теплопроводность снижается, чем меньше плотность материала, чем более пористым он является, чем меньше поры, чем меньше содержание влаги.

Влажность воздуха

Воздух содержит определенное количество водяного пара. Содержащееся в одном объеме воздуха количество водяного пара называют абсолютной влажностью воздуха. Способность воздуха воспринимать водяной пар зависит от его температуры. Воздух более теплый всегда способен воспринимать больше влаги, чем холодный.

Звук

Возникновение звука

Звук является ничем иным, как звуковыми волнами, которые распространяются на расстояние. Особенно заметно это на примере простого камертона. Достигая уха человека или животного, или прибора, воспринимающего звук, например, микрофона, волны преобразуются в звук. В ухе животного и человека, как и в микрофоне, расположена чуткая мембрана, которая принимает звуковые колебания и отправляет их на обработку и анализ, в организме человека эту функцию выполняет мозг, а в микрофоне – специальная электронная схема, преобразующая колебания в электрические импульсы.

Распространение звука

Для распространения звука необходима среда, которая могла бы передавать звуковые колебания. Звукопроводящая среда может быть как твердой, так и жидкой и газообразной. В воздухе звук распространяется посредством передачи колебаний молекулами воздуха.

Корпусной звук – это звук, который передается по твердым телам, например в стеновой кладке, по балкам перекрытий. Чтобы избежать передачи такого шума на значительные расстояния, при строительстве закладывают специальные прокладки между деталями, которые не дают корпусному шуму распространяться дальше.