Oggi proveremo a trovare la risposta alla domanda"Il trasferimento di calore è? ..". Nell'articolo considereremo qual è il processo, quali tipi esiste in natura e scopriremo anche qual è la relazione tra trasferimento di calore e termodinamica.
Il trasferimento di calore è un processo fisico, l'essenzache è il trasferimento di energia termica. Lo scambio avviene tra due corpi o il loro sistema. In questo caso, un prerequisito sarà il trasferimento di calore da corpi più riscaldati a corpi meno riscaldati.
Il trasferimento di calore è lo stesso tipo di fenomenoche può avvenire sia a contatto diretto sia in presenza di partizioni separate. Nel primo caso, tutto è chiaro, nel secondo, corpi, materiali e ambienti possono essere usati come barriere. Il trasferimento di calore avverrà nei casi in cui un sistema costituito da due o più corpi non è in uno stato di equilibrio termico. Cioè, uno degli oggetti ha una temperatura più alta o più bassa dell'altro. Quindi ha luogo il trasferimento di energia termica. È logico supporre che finirà quando il sistema raggiungerà uno stato di equilibrio termodinamico o termico. Il processo avviene spontaneamente, come ci può dire la seconda legge della termodinamica.
Il trasferimento di calore è un processo che puòdiviso in tre modi. Avranno una natura di base, poiché al loro interno si possono distinguere vere sottocategorie, che hanno le loro caratteristiche proprie insieme a schemi generali. Oggi è consuetudine distinguere tre tipi di trasferimento di calore. Questi sono conduttività termica, convezione e radiazione. Cominciamo con il primo, forse.
Questo è il nome della proprietà di questo o quellodel corpo materiale per trasferire energia. In tal modo, viene trasferito dalla parte più calda a quella più fredda. Questo fenomeno si basa sul principio del movimento caotico delle molecole. Questo è il cosiddetto movimento browniano. Maggiore è la temperatura del corpo, più attivamente le molecole si muovono al suo interno, poiché hanno più energia cinetica. Elettroni, molecole, atomi sono coinvolti nel processo di conduzione del calore. Viene effettuato in corpi, parti diverse delle quali hanno temperature diverse.
Se la sostanza è in grado di condurre calore, possiamoparlare della presenza di una caratteristica quantitativa. In questo caso, il suo ruolo è svolto dal coefficiente di conducibilità termica. Questa caratteristica mostra la quantità di calore che passerà attraverso gli indicatori di unità di lunghezza e area per unità di tempo. In questo caso, la temperatura corporea cambierà esattamente di 1 K.
In precedenza si credeva che lo scambio di calore in varicorpi (incluso il trasferimento di calore di strutture chiuse) è associato al fatto che i cosiddetti flussi calorici da una parte del corpo a un'altra. Tuttavia, nessuno ha trovato segni della sua esistenza reale e quando la teoria molecolare-cinetica si è sviluppata ad un certo livello, tutti hanno dimenticato di pensare al calorico, poiché l'ipotesi si è rivelata insostenibile.
Con questo metodo di scambio di energia termicala trasmissione mediante flussi interni è compresa. Immaginiamo un bollitore d'acqua. Come sapete, più flussi di aria riscaldata salgono verso l'alto. E quelli più freddi, quelli più pesanti, scendono. Allora perché le cose dovrebbero essere diverse con l'acqua? Tutto è esattamente lo stesso con lei. E nel processo di tale ciclo, tutti gli strati di acqua, indipendentemente da quanti di essi, si riscaldano fino a quando si verifica uno stato di equilibrio termico. A certe condizioni, ovviamente.
In questo modo è sostanzialmenteradiazioni elettromagnetiche. Sorge a causa dell'energia interna. Non approfondiremo la teoria della radiazione termica, notiamo solo che la ragione sta nella disposizione di particelle, atomi e molecole cariche.
Ora parliamo di come appare in praticacalcolo del trasferimento di calore. Risolviamo un semplice problema relativo alla quantità di calore. Diciamo che abbiamo una massa d'acqua pari a mezzo chilo. La temperatura iniziale dell'acqua è di 0 gradi Celsius, la temperatura finale è di 100. Troviamo la quantità di calore che abbiamo speso per riscaldare questa massa di materia.
Per questo abbiamo bisogno della formula Q = cm (t2-t1), dove Q è la quantità di calore, c è il calore specifico dell'acqua, m è la massa di una sostanza, t1 - iniziale, t2 - temperatura finale.Per l'acqua, il valore di c è tabulare. La capacità termica specifica sarà pari a 4200 J / kg * C. Ora sostituiamo questi valori nella formula. Otteniamo che la quantità di calore sarà pari a 210.000 J, o 210 kJ.
La termodinamica e il trasferimento di calore sono correlatialcune leggi. Si basano sulla consapevolezza che i cambiamenti nell'energia interna all'interno del sistema possono essere raggiunti in due modi. Il primo è il lavoro meccanico. Il secondo è la comunicazione di una certa quantità di calore. A proposito, la prima legge della termodinamica si basa su questo principio. Ecco la sua formulazione: se una certa quantità di calore è stata comunicata al sistema, sarà spesa per eseguire lavori su corpi esterni o per aumentare la sua energia interna. Notazione matematica: dQ = dU + dA.
Assolutamente tutte le quantità incluse inregistrazione matematica del primo principio della termodinamica, può essere scritta sia con il segno più che con il segno meno. Inoltre, la loro scelta sarà dettata dalle condizioni del processo. Diciamo che il sistema riceve un po' di calore. In questo caso, i corpi in esso contenuti si riscaldano. Di conseguenza, il gas si espande, il che significa che il lavoro è fatto. Di conseguenza, i valori saranno positivi. Se la quantità di calore viene sottratta, il gas viene raffreddato, si lavora su di esso. I valori saranno invertiti.
Supponiamo di avere un certo periodicamentemotore funzionante. In esso, il fluido di lavoro (o sistema) esegue un processo circolare. Di solito è chiamato un ciclo. Di conseguenza, il sistema tornerà al suo stato originale. Sarebbe logico supporre che in questo caso la variazione di energia interna sarà pari a zero. Si scopre che la quantità di calore diventerà uguale al lavoro perfetto. Queste disposizioni consentono di formulare in modo diverso il primo principio della termodinamica.
Da esso possiamo capire che in natura non puòesiste una macchina del moto perpetuo del primo tipo. Cioè, un dispositivo che esegue il lavoro in una quantità maggiore rispetto all'energia ricevuta dall'esterno. In questo caso, le azioni devono essere eseguite periodicamente.
Iniziamo con il processo isocoro.Con esso, il volume rimane costante. Ciò significa che la variazione di volume sarà pari a zero. Pertanto, anche il lavoro sarà zero. Eliminiamo questo termine dalla prima legge della termodinamica, dopo di che otteniamo la formula dQ = dU. Ciò significa che nel processo isocoro, tutto il calore fornito al sistema viene speso per aumentare l'energia interna del gas o della miscela.
Parliamo ora del processo isobarico.La pressione rimane costante in esso. In questo caso, l'energia interna cambierà in parallelo con l'esecuzione del lavoro. Ecco la formula originale: dQ = dU + pdV. Possiamo facilmente calcolare il lavoro svolto. Sarà uguale all'espressione uR (T2-T1).A proposito, questo è il significato fisico della costante universale dei gas. In presenza di una mole di gas e di una differenza di temperatura di un Kelvin, la costante universale dei gas sarà uguale al lavoro svolto nel processo isobarico.
