תרמודינמיקה והעברת חום. שיטות העברת חום וחישוב. העברת חום היא ...

השכלה:
טוען ...

היום ננסה למצוא תשובה לשאלה"העברת חום היא ...?". במאמר נשקול מה התהליך, אילו סוגים הוא קיים בטבע, וגם ללמוד מה הקשר בין העברת חום תרמודינמיקה.

הגדרה

העברת חום

העברת חום היא תהליך פיזי, המהותאשר מורכב בהעברת אנרגיה תרמית. Exchange מתרחשת בין שני גופים או המערכת שלהם. תנאי החובה יהיה העברת חום מגופים מחוממים יותר לאלו המחוממים פחות.

תכונות תהליך

העברת חום - זה סוג של תופעה,אשר יכול להתרחש עם מגע ישיר, בנוכחות מחיצות חלוקת. במקרה הראשון, הכל ברור, במקרה השני, גופים, חומרים, התקשורת יכול לשמש מחסומים. העברת חום תתרחש במקרים שבהם מערכת המורכבת משני גופים או יותר אינה במצב של שיווי משקל תרמי. כלומר, אחד האובייקטים יש טמפרטורה גבוהה או נמוכה יותר מאשר אחרים. ואז העברת אנרגיה החום מתרחש. זה הגיוני להניח כי זה יסתיים כאשר המערכת מגיעה למצב של תרמודינמי, או שיווי משקל תרמי. התהליך הוא ספונטני, כפי שאנו יכולים לספר את החוק השני של התרמודינמיקה.

סוגים

העברת חום הוא תהליך שיכול להיותמחולק לשלוש דרכים. הם יהיו בעלי אופי בסיסי, שכן בתוכם ניתן להבחין בין קטגוריות משנה אמיתיות, שיש להן תכונות אופייניות משלהן על פי חוקים כלליים. עד כה, מקובל להבחין בין שלושה סוגים של העברת חום. זוהי מוליכות תרמית, הסעה וקרינה. ללא שם: נתחיל עם הראשון, אולי.

דרכים להעברת חום. מוליכות תרמית.

חישוב העברת חום

זהו שם רכושו של זה או אחרחומר הגוף לשאת את העברת האנרגיה. במקרה זה, הוא מועבר מן החלק מחומם יותר לזה הוא קר. בלב התופעה הזאת טמון עיקרון התנועה הכאוטית של המולקולות. זוהי התנועה הבראונית כביכול. ככל שהטמפרטורה בגוף גבוהה יותר, כך המולקולות פעילות יותר, כיוון שיש להן יותר אנרגיה קינטית. בתהליך מוליכות תרמית, אלקטרונים, מולקולות, ואת האטומים להשתתף. הוא מתבצע בגופים, חלקים שונים מהם יש טמפרטורה לא שווה.

אם החומר מסוגל לנהל חום, אנחנו יכוליםלדבר על הזמינות של מאפיין כמותי. במקרה זה תפקידו הוא שיחק על ידי מקדם מוליכות תרמית. מאפיין זה מראה כמה חום יעבור דרך יחידת אורך ואזור ליחידת זמן. במקרה זה, את הטמפרטורה של הגוף ישתנה על ידי בדיוק 1 K.

בעבר הוא האמין כי חילופי חום שוניםגופים (כולל העברת החום של מבנים סגורה) נובע מכך כי מחלק אחד של הגוף לזרימה אחרת שנקרא חום. עם זאת, אף אחד לא מצא סימנים של קיומו האמיתי, וכאשר התיאוריה המולקולרית-קינטית התפתחה לרמה מסוימת, כולם שכחו לחשוב על החום, שכן ההשערה התבררה כבלתי אפשרית.

הסעה. העברת חום של מים

תרמודינמיקה והעברת חום

תחת שיטה זו של חילופי חוםפירושו העברה באמצעות תזרים פנימי. בואו נדמיין קומקום במים. כידוע, זרימות אוויר מחוממות יותר מתרוממות כלפי מעלה. והקור, כבד יותר, נופל למטה. אז למה המים צריכים להיות שונים? זה בדיוק אותו הדבר. ובתהליך של מחזור כזה, כל שכבות המים, לא משנה כמה מהם, יחמם לפני תחילת מצב של שיווי משקל תרמי. בתנאים מסוימים, כמובן.

קרינה

העברת חום של מים

שיטה זו מורכבת באופן עקרוניקרינה אלקטרומגנטית. זה נובע אנרגיה פנימית. אנחנו לא נכנסים לתיאוריה של קרינה תרמית, אנחנו פשוט מציינים שהסיבה כאן היא הסדר של חלקיקים טעונים, אטומים ומולקולות.

בעיות פשוטות של הולכה חום

עכשיו בואו נדבר על איך זה נראהחישוב העברת חום. בואו לפתור משימה פשוטה הקשורה לכמות החום. נניח שיש לנו מסה של מים השווה לחצי קילו. טמפרטורת המים הראשונית היא 0 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה הסופית היא 100. בואו למצוא את כמות החום השקענו לחמם את המסה הזאת של החומר.

בשביל זה אנחנו צריכים את הנוסחה Q = cm (t2-t1), כאשר Q הוא כמות החום, c הוא החום הספציפי של המים, m הוא המסה של החומר, t1 - ראשוני, t2 האם הטמפרטורה הסופית. עבור מים, הערך של c הוא טבלאי. קיבולת החום הספציפית תהיה 4200 J / kg * C. עכשיו תחליף ערכים אלה בנוסחה. בואו לקבל את כמות החום יהיה שווה ל 210000 J, או 210 kJ.

החוק הראשון של התרמודינמיקה

דרכים של העברת חום

תרמודינמיקה והעברת חום קשורים זה בזהכמה חוקים. הם מבוססים על הידיעה כי השינויים באנרגיה הפנימית בתוך המערכת יכולה להיות מושגת בשתי דרכים. הראשון הוא ביצוע של עבודה מכנית. השני הוא המסר של כמות מסוימת של חום. אגב, עיקרון זה מבוסס על החוק הראשון של התרמודינמיקה. הנה ניסוח שלה: אם המערכת כבר הודיע ​​על כמות מסוימת של חום, זה יהיה בילה על עושה עבודה על גופים חיצוניים או על הגדלת האנרגיה הפנימית שלה. סימון מתמטי: dQ = dU + dA.

יתרונות או יתרונות?

בהחלט את כל כמויות להיכנסתיעוד מתמטי של החוק הראשון של התרמודינמיקה, ניתן לכתוב עם סימן פלוס או סימן מינוס. הבחירה שלהם תהיה מוכתבת על ידי תנאי התהליך. נניח שהמערכת מקבלת כמות מסוימת של חום. במקרה זה, הגופים בו מחוממים. כתוצאה מכך, יש התרחבות של גז, כלומר עבודה מתבצעת. כתוצאה מכך, הערכים יהיו חיוביים. אם כמות החום נלקחת משם, הגז מתקרר, העבודה מבוצעת מעל זה. ערכים ייקחו ערכים הפוכים.

ניסוח אלטרנטיבי של החוק הראשון של התרמודינמיקה

 העברת מבנים סגורים

נניח שיש לנו כמה מעת לעתמנוע פועל. בתוכה, הגוף העובד (או המערכת) מבצע תהליך מעגלי. זה נקרא מחזור. כתוצאה מכך, המערכת תחזור למצב המקורי שלה. יהיה זה הגיוני להניח שבמקרה זה השינוי באנרגיה הפנימית יהיה אפס. מתברר כי כמות החום יהיה שווה עבודה מושלמת. הוראות אלה מאפשרות לנו לנסח את החוק הראשון של התרמודינמיקה בצורה אחרת.

ממנו אנו יכולים להבין כי בטבע זה לא יכוליש מכונת תנועה מתמדת מהסוג הראשון. כלומר, מכשיר שעושה יותר עבודה מאשר אנרגיה שהתקבלה מבחוץ. במקרה זה, פעולות יש לבצע מעת לעת.

החוק הראשון של התרמודינמיקה עבור isoprocesses

קחו, ראשית, את התהליך האיזוכורי. עם זאת, נפח נשאר קבוע. לכן, השינוי בנפח יהיה אפס. כתוצאה מכך, העבודה תהיה גם אפס. אנו מסירים את המונח הזה מן החוק הראשון של התרמודינמיקה, לאחר מכן אנו מקבלים את הנוסחה dQ = dU. משמעות הדבר היא כי עם תהליך איזוכורי, כל החום המסופק למערכת הולך להגדיל את האנרגיה הפנימית של הגז או תערובת.

עכשיו בואו נדבר על התהליך האיזוברי. ערך קבוע בו נשאר לחץ. במקרה זה, האנרגיה הפנימית תשתנה במקביל לביצוע העבודה. הנה הנוסחה המקורית: dQ = dU + pdv. אנחנו יכולים בקלות לחשב את העבודה נעשה. זה יהיה שווה את הביטוי UR (T2-T1). אגב, זוהי המשמעות הפיזית של קבוע הגז האוניברסלי. עם שומה אחת של גז והפרש טמפרטורה של קלווין אחד, קבוע הגז האוניברסלי יהיה שווה לעבודה שבוצעה במהלך התהליך האיזוברי.

טוען ...
טוען ...