Dnes sa pokúsime nájsť odpoveď na otázku„Je to prenos tepla?“. V článku sa budeme zaoberať tým, čo je to proces, aké druhy existujú v prírode a tiež zistíme, aký je vzťah medzi prenosom tepla a termodynamikou.
Prenos tepla je fyzikálny proces, podstatačo je prenos tepelnej energie. Výmena prebieha medzi dvoma orgánmi alebo ich systémom. V tomto prípade bude predpokladom prenos tepla z viac vyhrievaných telies na menej vyhrievané telá.
Prenos tepla je rovnaký druh javuktoré môžu nastať tak s priamym kontaktom, ako aj za prítomnosti oddeľovacích priečok. V prvom prípade je všetko jasné, v druhom prípade je možné ako bariéry použiť telá, materiály a prostredie. K prenosu tepla dôjde v prípadoch, keď systém pozostávajúci z dvoch alebo viacerých telies nie je v stave tepelnej rovnováhy. To znamená, že jeden z predmetov má vyššiu alebo nižšiu teplotu ako druhý. Potom dochádza k prenosu tepelnej energie. Je logické predpokladať, že sa skončí, keď systém dosiahne termodynamickú alebo tepelnú rovnováhu. Tento proces prebieha spontánne, keďže nám o ňom môže povedať druhý zákon termodynamiky.
Prenos tepla je proces, ktorý dokážerozdelená na tri spôsoby. Budú mať základnú povahu, pretože v rámci nich je možné rozlíšiť skutočné podkategórie, ktoré majú svoje charakteristické znaky spolu so všeobecnými vzormi. Dnes je obvyklé rozlišovať tri typy prenosu tepla. Ide o tepelnú vodivosť, prúdenie a žiarenie. Začnime pravdepodobne prvým.
Toto je názov majetku toho alebo onohohmotného tela vykonať prenos energie. Zároveň sa prenáša z teplejšej časti do chladnejšej. Tento jav je založený na princípe chaotického pohybu molekúl. Toto je takzvaný Brownov pohyb. Čím vyššia je teplota tela, tým aktívnejšie sa v ňom molekuly pohybujú, pretože majú viac kinetickej energie. Elektróny, molekuly, atómy sú zapojené do procesu vedenia tepla. Vykonáva sa v telách, ktorých rôzne časti majú rôzne teploty.
Ak je látka schopná viesť teplo, môžemehovoriť o prítomnosti kvantitatívnej charakteristiky. V tomto prípade jeho úlohu zohráva koeficient tepelnej vodivosti. Táto vlastnosť ukazuje, koľko tepla prejde jednotkovými ukazovateľmi dĺžky a plochy za jednotku času. V takom prípade sa teplota tela zmení presne o 1 K.
Predtým sa verilo, že výmena tepla v rôznychtelies (vrátane prenosu tepla uzatváracích štruktúr) súvisí so skutočnosťou, že takzvaná kalorický prúdi z jednej časti tela do druhej. Nikto však nenašiel známky jej skutočnej existencie, a keď sa molekulárno-kinetická teória vyvinula na určitú úroveň, každý zabudol myslieť na kalorickú hodnotu, pretože sa hypotéza ukázala ako neudržateľná.
Podľa tohto spôsobu výmeny tepelnej energierozumie sa prenos prostredníctvom vnútorných tokov. Predstavme si kanvicu s vodou. Ako viete, viac ohriateho vzduchu prúdi nahor. A chladnejšie, ťažšie klesajú. Prečo by to teda malo byť inak s vodou? U nej je všetko úplne rovnaké. A v priebehu takéhoto cyklu sa všetky vrstvy vody, bez ohľadu na to, koľko z nich, zahrejú až do nástupu stavu tepelnej rovnováhy. Za určitých podmienok, samozrejme.
Tento spôsob je v zásadeelektromagnetická radiácia. Vzniká vďaka vnútornej energii. Nebudeme sa hlbšie venovať teórii tepelného žiarenia, stačí si uvedomiť, že dôvod tu spočíva v usporiadaní nabitých častíc, atómov a molekúl.
Teraz si povieme, ako to vyzerá v praxivýpočet prestupu tepla. Vyriešime jednoduchý problém súvisiaci s množstvom tepla. Povedzme, že máme hmotnosť vody rovnajúcu sa pol kilogramu. Počiatočná teplota vody je 0 stupňov Celzia, konečná teplota je 100. Poďme nájsť množstvo tepla, ktoré sme vynaložili na ohriatie tejto masy hmoty.
Potrebujeme na to vzorec Q = cm (t2-t1), kde Q je množstvo tepla, c je špecifická tepelná kapacita vody, m je hmotnosť látky, t1 - začiatočný, t2 - konečná teplota.Pre vodu je hodnota c tabuľková. Špecifická tepelná kapacita bude 4200 J / kg * C. Teraz tieto hodnoty dosadíme do vzorca. Zistíme, že množstvo tepla sa bude rovnať 210 000 J alebo 210 kJ.
Termodynamika a prenos tepla spolu súvisianiektoré zákony. Vychádzajú z poznatku, že zmeny vnútornej energie v systéme je možné dosiahnuť dvoma spôsobmi. Prvou sú mechanické práce. Druhým je komunikácia určitého množstva tepla. Mimochodom, prvý zákon termodynamiky je založený na tomto princípe. Tu je jeho formulácia: ak sa do systému prenieslo určité množstvo tepla, bude sa vynakladať na vykonávanie práce na vonkajších telesách alebo na zvyšovanie jeho vnútornej energie. Matematický zápis: dQ = dU + dA.
Absolútne všetky množstvá, ktoré sú zahrnuté vmatematický záznam prvého zákona termodynamiky, je možné písať so znamienkom plus aj so znamienkom mínus. Ich výber bude navyše závisieť od podmienok procesu. Povedzme, že systém prijíma určité teplo. V takom prípade sa telá v ňom zahrievajú. V dôsledku toho sa plyn rozširuje, čo znamená, že sa pracuje. Vo výsledku budú hodnoty kladné. Ak sa odoberie množstvo tepla, plyn sa ochladí, pracuje sa na ňom. Hodnoty budú obrátené.
Predpokladajme, že máme určité pravidelneprevádzkový motor. V ňom pracovná tekutina (alebo systém) vykonáva kruhový proces. Spravidla sa nazýva cyklus. Vďaka tomu sa systém vráti do pôvodného stavu. Bolo by logické predpokladať, že v tomto prípade bude zmena vnútornej energie rovná nule. Ukazuje sa, že množstvo tepla sa rovná dokonalej práci. Tieto ustanovenia umožňujú formulovať prvý zákon termodynamiky iným spôsobom.
Z toho môžeme pochopiť, že v prírode nemôžeexistuje večný pohybový stroj prvého druhu. Teda zariadenie, ktoré vykonáva prácu vo väčšom množstve v porovnaní s energiou prijatou zvonka. V takom prípade je potrebné akcie vykonávať pravidelne.
Začnime s izochorickým procesom.S ním zostáva objem konštantný. To znamená, že zmena objemu bude rovná nule. Preto bude práca tiež nulová. Vylúčme tento pojem z prvého zákona termodynamiky, po ktorom dostaneme vzorec dQ = dU. To znamená, že v izochorickom procese sa všetko teplo dodávané do systému vynakladá na zvýšenie vnútornej energie plynu alebo zmesi.
Teraz si povieme niečo o izobarickom procese.Tlak v ňom zostáva konštantný. V takom prípade sa bude vnútorná energia meniť súbežne s výkonom práce. Tu je pôvodný vzorec: dQ = dU + pdV. Vykonanú prácu môžeme ľahko vypočítať. Bude sa rovnať výrazu uR (T2-T1).Mimochodom, toto je fyzický význam univerzálnej plynovej konštanty. V prítomnosti jedného molu plynu a teplotného rozdielu jedného Kelvina sa bude univerzálna plynová konštanta rovnať práci vykonanej v izobarickom procese.
