Dzisiaj postaramy się znaleźć odpowiedź na pytanie„Czy przenikanie ciepła? ..” W artykule zastanowimy się, czym jest proces, jakie jego rodzaje istnieją w przyrodzie, a także dowiemy się, jaki jest związek między przenoszeniem ciepła a termodynamiką.
Przenikanie ciepła jest procesem fizycznym, istotączyli transfer energii cieplnej. Wymiana odbywa się między dwoma organami lub ich systemem. W takim przypadku warunkiem koniecznym będzie przekazanie ciepła z cieplejszych ciał do ciał mniej podgrzanych.
Przenikanie ciepła jest tego samego rodzaju zjawiskiemktóre mogą wystąpić przy bezpośrednim kontakcie oraz w obecności dzielących się partycji. W pierwszym przypadku wszystko jest jasne, w drugim przypadku ciała, materiały i media mogą być wykorzystywane jako bariery. Przeniesienie ciepła nastąpi, jeśli układ składający się z dwóch lub więcej ciał nie znajduje się w stanie równowagi termicznej. Oznacza to, że jeden z obiektów ma wyższą lub niższą temperaturę w porównaniu do drugiego. Następnie następuje transfer energii cieplnej. Logiczne jest założenie, że zakończy się, gdy system znajdzie się w stanie równowagi termodynamicznej lub termicznej. Proces ten zachodzi spontanicznie, o czym mówi nam drugie prawo termodynamiki.
Теплопередача - это процесс, который можно podzielony na trzy sposoby. Będą miały charakter podstawowy, ponieważ w nich można wyróżnić prawdziwe podkategorie, które mają swoje własne cechy wraz z ogólnymi prawami. Do tej pory zwyczajowo wyróżnia się trzy rodzaje wymiany ciepła. Są to przewodnictwo cieplne, konwekcja i promieniowanie. Może zacznijmy od pierwszego.
To jest nazwa własności tego czy tamtegomaterialnego ciała do przenoszenia energii. W ten sposób jest przenoszona z cieplejszej części do zimniejszej. Zjawisko to opiera się na zasadzie chaotycznego ruchu cząsteczek. Jest to tak zwany ruch Browna. Im wyższa temperatura ciała, tym więcej aktywnych cząsteczek się w nim porusza, ponieważ mają więcej energii kinetycznej. Elektrony, cząsteczki, atomy biorą udział w przewodzeniu ciepła. Odbywa się w ciałach, których różne części mają różne temperatury.
Jeśli substancja jest zdolna do przewodzenia ciepła, możemymówić o obecności cechy ilościowej. W tym przypadku jego rolę odgrywa współczynnik przewodzenia ciepła. Ta charakterystyka pokazuje, ile ciepła przejdzie przez wskaźniki jednostkowe długości i powierzchni w jednostce czasu. W takim przypadku temperatura ciała zmieni się dokładnie o 1 K.
Wcześniej uważano, że wymiana ciepła w różnychciała (w tym przenoszenie ciepła otaczających struktur) wiąże się z tym, że tzw. kaloryczność przepływa z jednej części ciała do drugiej. Jednak nikt nie znalazł śladów jego faktycznego istnienia, a kiedy teoria kinetyki molekularnej rozwinęła się do pewnego poziomu, wszyscy zapomnieli o kaloryce, ponieważ hipoteza okazała się nie do utrzymania.
W ramach tej metody wymiany energii cieplnejrozumie się transmisję za pomocą strumieni wewnętrznych. Wyobraźmy sobie czajnik z wodą. Jak wiesz, bardziej ogrzane powietrze unosi się w górę. A te zimniejsze, cięższe schodzą. Dlaczego więc miałoby być inaczej z wodą? Z nią wszystko jest absolutnie takie samo. W trakcie takiego cyklu wszystkie warstwy wody, bez względu na to, ile z nich, nagrzeją się, aż do osiągnięcia stanu równowagi termicznej. Oczywiście pod pewnymi warunkami.
Tak jest w zasadziepromieniowanie elektromagnetyczne. Powstaje dzięki energii wewnętrznej. Nie będziemy zagłębiać się w teorię promieniowania cieplnego, po prostu zauważamy, że przyczyna leży w ułożeniu naładowanych cząstek, atomów i cząsteczek.
Porozmawiajmy teraz o tym, jak to wygląda w praktyceobliczenia wymiany ciepła. Rozwiążmy prosty problem związany z ilością ciepła. Powiedzmy, że mamy masę wody równą pół kilograma. Początkowa temperatura wody wynosi 0 stopni Celsjusza, a temperatura końcowa to 100. Znajdźmy ilość ciepła, które zużyliśmy na ogrzanie tej masy materii.
Do tego potrzebujemy wzoru Q = cm (t2-t1), gdzie Q to ilość ciepła, c to pojemność cieplna właściwa wody, m to masa substancji, t1 - początkowa, t2 - temperatura końcowa.Dla wody wartość c jest tabelaryczna. Ciepło właściwe będzie równe 4200 J / kg * C. Teraz podstawiamy te wartości do formuły. Otrzymujemy, że ilość ciepła będzie równa 210 000 J, czyli 210 kJ.
Termodynamika i wymiana ciepła są ze sobą powiązaneniektóre prawa. Opierają się na wiedzy, że zmiany energii wewnętrznej w systemie można osiągnąć na dwa sposoby. Pierwsza to praca mechaniczna. Drugi to przekazywanie pewnej ilości ciepła. Nawiasem mówiąc, pierwsza zasada termodynamiki opiera się na tej zasadzie. Oto jego sformułowanie: jeśli pewna ilość ciepła została przekazana do systemu, zostanie ona wydana na wykonanie pracy na ciałach zewnętrznych lub na zwiększenie jego energii wewnętrznej. Notacja matematyczna: dQ = dU + dA.
Absolutnie wszystkie ilości, które są zawarte wmatematyczny zapis pierwszej zasady termodynamiki można zapisać zarówno ze znakiem plus, jak i ze znakiem minus. Co więcej, ich wybór będzie podyktowany warunkami procesu. Powiedzmy, że system otrzymuje trochę ciepła. W tym przypadku ciała w nim się nagrzewają. W konsekwencji gaz rozszerza się, co oznacza, że praca jest wykonana. W rezultacie wartości będą dodatnie. Jeśli ilość ciepła zostanie odebrana, gaz jest schładzany, praca nad nim jest wykonywana. Wartości zostaną odwrócone.
Załóżmy, że mamy pewien okresowopracujący silnik. W nim płyn roboczy (lub system) wykonuje cykliczny proces. Zwykle nazywa się to cyklem. W rezultacie system powróci do swojego pierwotnego stanu. Logiczne byłoby założenie, że w tym przypadku zmiana energii wewnętrznej będzie równa zeru. Okazuje się, że ilość ciepła zrówna się z idealną pracą. Postanowienia te pozwalają inaczej sformułować pierwszą zasadę termodynamiki.
Z tego możemy zrozumieć, że w naturze nie możeistnieje perpetuum mobile pierwszego rodzaju. Czyli urządzenie, które wykonuje pracę w większej ilości w porównaniu do energii pobieranej z zewnątrz. W takim przypadku czynności należy wykonywać okresowo.
Zacznijmy od procesu izochorycznego.Dzięki temu głośność pozostaje stała. Oznacza to, że zmiana głośności będzie wynosić zero. Dlatego praca również będzie wynosić zero. Usuńmy ten termin z pierwszej zasady termodynamiki, po czym otrzymamy wzór dQ = dU. Oznacza to, że w procesie izochorycznym całe ciepło dostarczane do układu jest zużywane na zwiększenie energii wewnętrznej gazu lub mieszaniny.
Porozmawiajmy teraz o procesie izobarycznym.Ciśnienie w nim pozostaje stałe. W takim przypadku energia wewnętrzna będzie się zmieniać równolegle z wykonywaniem pracy. Oto oryginalny wzór: dQ = dU + pdV. Z łatwością możemy obliczyć wykonywaną pracę. Będzie równe wyrażeniu uR (T2-T1).Nawiasem mówiąc, takie jest fizyczne znaczenie uniwersalnej stałej gazowej. W przypadku obecności jednego mola gazu i różnicy temperatur jednego kelwina uniwersalna stała gazowa będzie równa pracy wykonanej w procesie izobarycznym.
