Termodinamica și transfer de căldură. Metode de transfer de căldură și de calcul. Transferul de căldură - este ...

Astăzi, vom încerca să găsească un răspuns la întrebarea „Heat - asta ..?“. În acest articol considerăm că este un proces care există specii sale în natură, și știu ce este relația dintre transferul de căldură și termodinamica.

definiție

Transferul de căldură - un proces fizic, a cărei esență este de a transfera energia termică. Schimbul are loc între cele două organisme, sau sistemul lor. Astfel, transferul de căldură condiție va fi de un corpuri încălzite la o mai puțin încălzită.

Caracteristici de proces

Transferul de căldură - acesta este un fel de fenomen care poate avea loc prin contact direct, și în prezența pereților despărțitori. În primul caz, toate clare, dar în al doilea corp pentru a fi utilizate ca materiale de bariere, de mediu. Transferul de căldură va avea loc în cazurile în care sistemul format din două sau mai multe corpuri, nu este într-o stare de echilibru termic. Cu alte cuvinte, unul dintre obiectele are o temperatură mai mare sau mai mică decât cealaltă. Aici apoi transferă puterea termică. Este logic să presupunem că acesta va fi finalizat atunci când sistemul intră într-o stare de echilibru termodinamic sau termic. Procesul are loc spontan, așa cum putem spune a doua lege a termodinamicii.

tipuri

Transferul de căldură - un proces care poate fi împărțit în trei metode. Ei vor avea un caracter de bază, pentru că în ele există un sub real, cu propriile sale caracteristici pe picior de egalitate cu legile generale. Astăzi este împărțit în trei tipuri de transfer de căldură. Această conducție, convecție și radiație. Să începem cu prima, probabil.

Metode de transfer de căldură. Conductivitatea termică.

Deci, este proprietatea unui corp material pentru a face transferul de energie. Astfel, acesta este transferat din părțile fierbinți ale aceluiași care este mai rece. Baza acestui fenomen este principiul de mișcare haotică a moleculelor. Această așa-numita mișcare browniană. Cea mai mare temperatura corpului, cu atât mai mult se mișcă în moleculă, deoarece acestea au o energie cinetică mai mare. Procesul implică termici electronilor de conducție, molecule, atomi. Aceasta se realizează în corpurile, din care diferite părți au temperaturi inegale.

În cazul în care substanța este în măsură să efectueze căldură, putem vorbi de o caracteristică cantitativă. În acest caz, joacă rolul de conductivitatea termică. Această caracteristică arată cât de mult de căldură trece prin parametrii individuali de lungime și zona de pe unitatea de timp. În acest caz, temperatura corpului se va schimba de exact 1 K.

Anterior, se credea că schimbul de căldură în diferite organe (inclusiv structuri de cadru de transmisie a căldurii), datorită faptului că de la o parte a corpului la alta așa-numitele fluxuri calorice. Cu toate acestea, semne ale existenței sale actuale, nimeni nu a găsit, iar în cazul în care teoria moleculară-cinetică a dezvoltat la un anumit nivel, totul despre caloric și a uitat să se gândească, pentru că ipoteza era de neconceput.

Convectie. Apa de transfer de căldură

Prin acest fel schimbul de energie termică înțeleasă prin transfer cu filet interior. Să ne imaginăm un ibric de apă. După cum se știe, un aer încălzit curge urcare în sus. O răceală, cad mai greu în jos. Deci, de ce toată apa ar trebui să fie altfel? Ea este exact la fel. Și în cursul acestui ciclu, toate straturile de apă, indiferent de cât de multe pot fi, se va încălzi înainte de starea de echilibru termic. În anumite condiții, desigur.

radiație

Această metodă este principiul radiației electromagnetice. Aceasta se datorează energiei interne. du - te ferm în teoria de radiații de căldură nu începe, pur și simplu rețineți că motivul pentru care aici este dispozitivul de particule încărcate, atomi și molecule.

sarcini simple cu privire la conductivitate termică

Acum, hai sa vorbim despre modul în care, în practică arată calculele de transfer termic. Să rezolva o problemă simplă legată cu cantitatea de căldură. Să presupunem că avem o masă de apă egală cu o jumătate de kilogram. Temperatura de pornire a apei - 0 grade Celsius, final - 100. găsim cantitatea de căldură petrecut în masă de contact pentru încălzirea substanței.

Pentru a face acest lucru avem nevoie de formula Q = cm (t ₂ -t _1), unde Q - cantitatea de căldură, c - specifică căldura apei, m - masa materialului, t ₁ - inițial, t ₂ - temperatura finală. Apa de masă este valoarea caracterului c. Capacitatea termică specifică este egală cu 4200 J / kg * C. Acum înlocuim aceste valori în formula. Considerăm că cantitatea de căldură este egală cu 210000 J, sau 210 kJ.

Prima lege a termodinamicii

Termodinamica și transfer de căldură sunt legate de anumite legi. În baza lor - cunoștințele pe care schimbarea internă a energiei în sistem se poate realiza prin două metode. Origine - operație mecanică de notare. Al doilea - un mesaj de o anumită cantitate de căldură. Pe baza acestui principiu, de altfel, prima lege a termodinamicii. Iată textul: În cazul în care sistemul a fost raportată anumită cantitate de căldură, acesta va fi cheltuit pe activitatea Comisiei privind organismele externe sau pentru a incrementa energia sa internă. Expresia matematică este: dQ = dU + dA.

Plus sau minus?

Absolut toate valorile care fac parte din înregistrarea matematică a primei legi a termodinamicii poate fi scris ca cu „plus“ și cu semnul „minus“. Alegerea procesului va fi dictată de condițiile. Să presupunem că sistemul primește o anumită cantitate de căldură. În acest caz, organismul în căldura ei. Prin urmare, există o expansiune a gazelor și, în consecință, munca se face. Ca urmare, valoarea va fi pozitiv. În cazul în care cantitatea de căldură luat, gazul este răcit, se lucrează la ea. Valorile se vor inversa valori.

O formulare alternativă a primei legi a termodinamicii

Să presupunem că avem un motor de lot. Este fluid de lucru (sau sistem), efectuați un proces ciclic. Acesta se numește ciclu. Ca rezultat, sistemul va reveni la starea inițială. Ar fi logic să se presupună că, în acest caz, variația energiei interne este egală cu zero. Se pare că cantitatea de căldură va fi egală cu lucrarea perfectă. Aceste dispoziții fac posibilă formularea primei legi a termodinamicii este deja diferită.

Din aceasta putem înțelege că în natură nu poate fi o mașină de mișcare perpetuă a primului tip. Adică, un dispozitiv care efectuează munca într-o cantitate mai mare în comparație cu energia primită din exterior. În acest caz, acțiunea ar trebui să fie efectuate periodic.

Prima lege a termodinamicii pentru izoprotsessov

Luați în considerare, pentru a începe procesul de izocoră. Sub el volumul rămâne constant. Deci, schimbarea de volum va fi zero. În consecință, lucrarea va fi, de asemenea zero. Scoatem această componentă din prima lege a termodinamicii, și apoi se obține formula dQ = dU. Prin urmare, pentru procesul de izocoră toată căldura pus într-un sistem, merge pe creșterea energiei interne a gazului, sau amestecuri ale acestora.

Acum, hai sa vorbim despre un proces izobară. Rămâne o presiune constantă în aceasta. În acest caz, energia internă se va schimba în munca de comision paralel. Iată formula originala: dQ = dU + PDV. Putem calcula cu ușurință efectua munca. Acesta va fi egal cu Ur expresie (T ₂ -T _1). Apropo, acest lucru este sensul fizic al constanta universală a gazelor. În prezența unui mol de gaz și diferența de temperatură, un component Kelvin, constanta universală a gazelor este egal cu lucrul mecanic efectuat în timpul unui proces izobară.