Тэрмадынаміка і цеплаперадачы. Спосабы цеплаперадачы і разлік. Цеплаперадача - гэта ...

Сёння мы паспрабуем знайсці адказ на пытанне "Цеплаперадача - гэта? ..". У артыкуле разгледзім, што ўяўляе сабой працэс, якія яго віды існуюць у прыродзе, а таксама даведаемся, якая сувязь паміж цеплаперадачы і тэрмадынамікі.

вызначэнне

Цеплаперадача - гэта фізічны працэс, сутнасць якога заключаецца ў перадачы цеплавой энергіі. Абмен адбываецца паміж двума целамі або іх сістэмай. Пры гэтым абавязковай умовай будзе перадача цяпла ад больш нагрэтых тэл да менш нагрэтым.

Асаблівасці працэсу

Цеплаперадача - гэта той самы выгляд з'явы, які можа адбывацца і пры прамым кантакце, і пры наяўнасці якія падзяляюць перагародак. У першым выпадку ўсё ясна, у другім жа ў якасці перашкодаў могуць быць выкарыстаны цела, матэрыялы, асяроддзя. Цеплаперадача будзе адбывацца ў выпадках, калі сістэма, якая складаецца з двух або больш тэл, не знаходзіцца ў стане цеплавога раўнавагі. Гэта значыць, адзін з аб'ектаў мае вялікую або меншую тэмпературу ў параўнанні з іншым. Вось тады адбываецца перадача цеплавой энергіі. Лагічна выказаць здагадку, што яна пераможа канчаткова, калі сістэма прыйдзе ў стан тэрмадынамічнай, або цеплавога раўнавагі. Працэс адбываецца самаадвольна, пра што нам можа расказаць другое пачатак тэрмадынамікі.

віды

Цеплаперадача - гэта працэс, які можна падзяліць на тры спосабу. Яны будуць мець асноўную прыроду, паколькі ўнутры іх можна вылучыць сапраўдныя падкатэгорыі, якія маюць свае характэрныя асаблівасці нароўні з агульнымі заканамернасцямі. На сённяшні дзень прынята вылучаць тры выгляду цеплаперадачы. Гэта цеплаправоднасць, канвекцыя і выпраменьванне. Пачнем з першай, мабыць.

Спосабы цеплаперадачы. Цеплаправоднасць.

Так называецца ўласцівасць таго ці іншага матэрыяльнага цела здзяйсняць перанос энергіі. Пры гэтым яна пераносіцца ад больш нагрэтай часткі да той, што халадней. У аснове гэтай з'явы ляжыць прынцып хаатычнага руху малекул. Гэта так званае броўнаўскі рух. Чым больш тэмпература цела, тым больш актыўна ў ім рухаюцца малекулы, паколькі яны валодаюць большай кінэтычнай энергіяй. У працэсе цеплаправоднасці ўдзельнічаюць электроны, малекулы, атамы. Ажыццяўляецца яна ў целах, розныя часткі якіх маюць неаднолькавых тэмпературу.

Калі рэчыва здольна праводзіць цяпло, мы можам казаць аб наяўнасці колькаснай характарыстыкі. У дадзеным выпадку яе ролю адыгрывае каэфіцыент цеплаправоднасці. Гэтая характарыстыка паказвае, якая колькасць цеплыні пройдзе праз адзінкавыя паказчыкі даўжыні і плошчы за адзінку часу. Пры гэтым тэмпература цела зменіцца роўна на 1 К.

Раней лічылася, што абмен цяплом у розных целах (у тым ліку і цеплаперадача агароджваюць канструкцый) звязана з тым, што ад адной часткі цела да іншай перацякае так званы теплорода. Аднак прыкмет яго сапраўднага існавання ніхто так і не знайшоў, а калі малекулярна-кінетычная тэорыя развілася да пэўнага ўзроўню, пра теплорода усё і думаць забыліся, паколькі гіпотэза аказалася нежыццяздольнай.

Канвекцыя. цеплаперадача вады

Пад гэтым спосабам абмену цеплавой энергіяй разумеецца перадача пры дапамозе ўнутраных патокаў. Давайце прадставім сабе чайнік з вадой. Як вядома, больш нагрэтыя паветраныя патокі падымаюцца наверх. А халодныя, больш цяжкія, апускаюцца ўніз. Дык чаму ж з вадой ўсё павінна быць інакш? З ёй усё абсалютна гэтак жа. І вось у працэсе такога цыклу усе пласты вады, колькі б іх ні было, нагрэюцца да наступлення стану цеплавога раўнавагі. У пэўных умовах, вядома.

выпраменьванне

Гэты спосаб складаецца ў прынцыпе электрамагнітнага выпраменьвання. Яно ўзнікае дзякуючы ўнутранай энергіі. Моцна ўдавацца ў тэорыю цеплавога выпраменьвання не станем, проста адзначым, што прычына тут заключаецца ў прыладзе зараджаных часціц, атамаў і малекул.

Простыя задачы на цеплаправоднасць

Зараз пагаворым пра тое, як на практыцы выглядае разлік цеплаперадачы. Давайце вырашым прасценькую задачу, звязаную з колькасць цеплыні. Дапусцім, што ў нас ёсць маса вады, роўная палове кілаграма. Пачатковая тэмпература вады - 0 градусаў па Цэльсіі, канчатковая - 100. Знойдзем колькасць цеплыні, затрачаны намі для награвання гэтай масы рэчыва.

Для гэтага нам спатрэбіцца формула Q = cm (t ₂ -t _1), дзе Q - колькасць цеплыні, c - удзельная цеплаёмістасць вады, m - маса рэчывы, t ₁ - пачатковая, t ₂ - канчатковая тэмпература. Для вады значэнне c носіць таблічны характар. Удзельная цеплаёмістасць будзе роўная 4200 Дж / кг * Ц. Цяпер падстаўляем гэтыя значэнні ў формулу. Атрымаем, што колькасць цеплыні будзе роўна 210000 Дж, або 210 кДж.

Першае пачатак тэрмадынамікі

Тэрмадынаміка і цеплаперадача звязаныя паміж сабой некаторымі законамі. У іх аснове - веданне аб тым, што змены ўнутранай энергіі ўнутры сістэмы можна дасягнуць пры дапамозе двух спосабаў. Першы - здзяйсненне механічнай працы. Другі - паведамленне пэўнага колькасці цеплыні. На гэтым прынцыпе грунтуецца, дарэчы, першы закон тэрмадынамікі. Вось яго фармулёўка: калі сістэме было паведамлена некаторы колькасць цеплыні, яно будзе выдаткавана на здзяйсненне працы над знешнімі целамі або на прырашчэнне яе ўнутранай энергіі. Матэматычная запіс: dQ = dU + dA.

Плюсы ці мінусы?

Абсалютна ўсе велічыні, якія ўваходзяць у матэматычную запіс першага закону тэрмадынамікі, могуць быць запісаныя як са знакам "плюс", так і са знакам "мінус". Прычым выбар іх будзе дыктавацца ўмовамі працэсу. Дапусцім, што сістэма атрымлівае некаторы колькасць цеплыні. У такім выпадку цела ў ёй награваюцца. Такім чынам, адбываецца пашырэнне газу, а значыць, здзяйсняецца праца. У выніку велічыні будуць станоўчымі. Калі ж колькасць цеплыні адымаюць, газ астуджаецца, над ім здзяйсняецца праца. Велічыні прымуць зваротныя значэння.

Альтэрнатыўная фармулёўка першага закону тэрмадынамікі

Выкажам здагадку, што ў нас ёсць нейкі перыядычна дзеючы рухавік. У ім рабочае цела (ці ж сістэма) здзяйсняюць кругавой працэс. Яго прынята называць цыклам. У выніку сістэма вернецца да першапачатковага стану. Лагічна было б выказаць здагадку, што ў такім выпадку змена ўнутранай энергіі будзе роўным нулю. Атрымліваецца, што колькасць цеплыні стане роўна дасканалай працы. Гэтыя палажэнні дазваляюць сфармуляваць першы закон тэрмадынамікі ўжо па-іншаму.

З яго мы можам зразумець, што ў прыродзе не можа існаваць вечны рухавік першага роду. Гэта значыць, прылада, якое здзяйсняе працу ў большай колькасці ў параўнанні з атрыманай звонку энергіяй. Пры гэтым дзеянні павінны здзяйсняцца перыядычна.

Першае пачатак тэрмадынамікі для изопроцессов

Разгледзім для пачатку изохорический працэс. Пры ім аб'ём застаецца пастаянным. А значыць, змяненне аб'ёму будзе роўна нулю. Такім чынам, праца гэтак жа будзе роўная нулю. Выкінем гэта складнік з першага пачатку тэрмадынамікі, пасля чаго атрымаем формулу dQ = dU. Значыць, пры изохорическом працэсе ўсе цяпла, падведзеныя да сістэмы, сыходзіць на павелічэнне ўнутранай энергіі газу або сумесі.

Зараз пагаворым аб изобарическом працэсе. Пастаяннай велічынёй у ім застаецца ціск. Пры гэтым унутраная энергія будзе змяняцца паралельна здзяйснення работы. Вось першапачатковая формула: dQ = dU + pdV. Мы можам лёгка вылічыць здзяйсняць працу. Яна будзе роўная выразе uR (T ₂ -T _1). Дарэчы, гэта ёсць фізічны сэнс універсальнай газавай пастаяннай. Пры наяўнасці аднаго молячы газу і розніцы тэмператур, якая складае адзін Кельвін, універсальная газавая пастаянная будзе роўная рабоце, якая здзяйсняецца пры изобарическом працэсе.