Šiandien bandysime rasti atsakymą į klausimą„Šilumos perdavimas yra? ..“. Straipsnyje apžvelgsime, kas yra procesas, kokio tipo ji egzistuoja gamtoje, ir išsiaiškinti, koks yra ryšys tarp šilumos perdavimo ir termodinamikos.
Šilumos perdavimas yra fizinis procesas, esmėkuri yra šilumos energijos perdavimas. Keitimasis vyksta tarp dviejų įstaigų arba jų sistemos. Šiuo atveju prielaida bus šilumos perdavimas iš daugiau šildomų kūnų į mažiau šildomas.
Šilumos perdavimas yra pats fenomenaskurios gali atsirasti tiek tiesioginio sąlyčio, tiek dalinamų sienų metu. Pirmuoju atveju viskas yra aiški, antra, kūnai, medžiagos ir aplinka gali būti naudojami kaip kliūtys. Šilumos perdavimas vyksta tais atvejais, kai sistema, sudaryta iš dviejų ar daugiau kūnų, nėra terminio pusiausvyros būsenoje. Tai reiškia, kad vienas iš objektų turi aukštesnę ar žemesnę temperatūrą nei kita. Štai kai šilumos energijos perdavimas. Yra logiška manyti, kad ji baigsis, kai sistema pasiekia termodinaminės ar terminės pusiausvyros būseną. Procesas vyksta savaime, ką antrasis termodinamikos įstatymas gali mums pasakyti.
Šilumos perdavimas yra procesas, kuris galisuskirstyti į tris būdus. Jie turės pagrindinį pobūdį, nes jų viduje galima išskirti tikras subkategorijas, turinčias savo ypatumus, kartu su bendrais įstatymais. Šiandien yra įprasta išskirti tris šilumos perdavimo tipus. Tai šilumos laidumas, konvekcija ir spinduliuotė. Pradėkime nuo pirmojo, galbūt.
Tai yra to ar kito turto pavadinimasmaterialiojo kūno perduoti energiją. Tai darant, jis perkeliamas iš šiltesnės dalies į šaltesnę. Šis reiškinys pagrįstas chaotiško molekulių judėjimo principu. Tai vadinamasis Brauno judėjimas. Kuo aukštesnė kūno temperatūra, tuo aktyvesnės molekulės juda joje, nes jos turi daugiau kinetinės energijos. Šilumos laidumo procese dalyvauja elektronai, molekulės, atomai. Jis atliekamas kūnuose, kurių skirtingos dalys turi skirtingą temperatūrą.
Jei medžiaga gali praleisti šilumą, mes galimekalbėti apie kiekybinės charakteristikos buvimą. Šiuo atveju jo vaidmenį atlieka šilumos laidumo koeficientas. Ši charakteristika parodo, kiek šilumos praeis per ilgio ir ploto vieneto rodiklius per laiko vienetą. Tokiu atveju kūno temperatūra pasikeis lygiai 1 K.
Anksčiau buvo manoma, kad šilumos mainai įvairiuosekūnai (įskaitant uždarančių konstrukcijų šilumos perdavimą) siejami su tuo, kad vadinamieji kalorijų kiekiai teka iš vienos kūno dalies į kitą. Tačiau niekas nerado jos realaus egzistavimo požymių, o kai molekulinė-kinetinė teorija išsivystė iki tam tikro lygio, visi pamiršo galvoti apie kalorijas, nes hipotezė pasirodė nepatvirtinta.
Pagal šį šiluminės energijos mainų metodąsuprantamas perdavimas vidiniais srautais. Įsivaizduokime vandens virdulį. Kaip žinote, įkaitusio oro srautai kyla aukštyn. O šaltesni, sunkesni nusileidžia. Taigi kodėl viskas turėtų būti kitaip su vandeniu? Su ja viskas absoliučiai vienodi. Ir tokio ciklo metu visi vandens sluoksniai, kad ir kiek jų būtų, įkais iki šiluminės pusiausvyros būsenos pradžios. Tam tikromis sąlygomis, žinoma.
Šis būdas iš esmės yraelektromagnetinė radiacija. Jis atsiranda dėl vidinės energijos. Nesigilinsime į šiluminės spinduliuotės teoriją, tiesiog pažymime, kad čia priežastis yra įkrautų dalelių, atomų ir molekulių išsidėstymas.
Dabar pakalbėkime apie tai, kaip tai atrodo praktiškaišilumos perdavimo skaičiavimas. Išspręskime paprastą problemą, susijusią su šilumos kiekiu. Tarkime, kad vandens masė lygi pusei kilogramo. Pradinė vandens temperatūra yra 0 laipsnių Celsijaus, galutinė temperatūra yra 100. Raskime šilumos kiekį, kurį išleidome šiai medžiagos masei pašildyti.
Tam mums reikia formulės Q = cm (t2-t1), kur Q yra šilumos kiekis, c yra savitasis vandens šiluminis pajėgumas, m - medžiagos masė, t1 - pradinis, t2 - galutinė temperatūra. Vandeniui c vertė yra lentelė. Savitasis šilumos tūris bus lygus 4200 J / kg * C. Dabar šias reikšmes pakeičiame į formulę. Gauname, kad šilumos kiekis bus lygus 210 000 J arba 210 kJ.
Termodinamika ir šilumos perdavimas yra susijękai kurie įstatymai. Jie remiasi žiniomis, kad vidinės energijos pokyčius sistemoje galima pasiekti dviem būdais. Pirmasis yra mechaninis darbas. Antrasis yra tam tikro šilumos kiekio perdavimas. Beje, šiuo principu grindžiamas pirmasis termodinamikos dėsnis. Štai jo formuluotė: jei tam tikras šilumos kiekis buvo perduotas sistemai, ji bus išleista dirbant su išoriniais kūnais arba didinant jos vidinę energiją. Matematinis žymėjimas: dQ = dU + dA.
Visiškai visi kiekiai, kurie yra įtrauktimatematinis pirmojo termodinamikos dėsningumas, gali būti parašytas tiek su pliuso ženklu, tiek su minuso ženklu. Be to, jų pasirinkimą nulems proceso sąlygos. Tarkime, sistema gauna šiek tiek šilumos. Šiuo atveju kūnai jame įkaista. Vadinasi, dujos plečiasi, o tai reiškia, kad darbas yra atliktas. Dėl to vertės bus teigiamos. Jei šilumos kiekis atimamas, dujos atvėsinamos, dirbama su jomis. Vertės bus pakeistos.
Tarkime, mes turime tam tikrą periodiškaiveikiantis variklis. Jame darbinis skystis (arba sistema) atlieka žiedinį procesą. Paprastai tai vadinama ciklu. Todėl sistema grįš į pradinę būseną. Logiška būtų manyti, kad šiuo atveju vidinės energijos pokytis bus lygus nuliui. Pasirodo, kad šilumos kiekis taps lygus tobulam darbui. Šios nuostatos leidžia kitaip suformuluoti pirmąjį termodinamikos dėsnį.
Iš jo galime suprasti, kad gamtoje to negalimayra pirmosios rūšies amžinasis judesio aparatas. Tai yra, prietaisas, kuris atlieka darbą didesniu kiekiu, palyginti su iš išorės gaunama energija. Tokiu atveju veiksmai turėtų būti atliekami periodiškai.
Pradėkime nuo izohorinio proceso.Su juo garsumas išlieka pastovus. Tai reiškia, kad tūrio pokytis bus lygus nuliui. Todėl darbas taip pat bus nulis. Išmeskime šį terminą iš pirmojo termodinamikos dėsnio, po kurio gausime formulę dQ = dU. Tai reiškia, kad izochoriniame procese visa į sistemą tiekiama šiluma išleidžiama dujų ar mišinio vidinei energijai didinti.
Dabar pakalbėkime apie izobarinį procesą.Jame slėgis išlieka pastovus. Tokiu atveju vidinė energija keisis lygiagrečiai su darbo atlikimu. Čia yra originali formulė: dQ = dU + pdV. Mes galime lengvai apskaičiuoti atliekamą darbą. Jis bus lygus išraiškai uR (T2-T1).Beje, tai yra fizinė visuotinės dujų konstantos prasmė. Esant vienam moliui dujų ir vieno Kelvino temperatūros skirtumui, universali dujų konstanta bus lygi izobariniame procese atliktam darbui.
