Termodinamika i prijenos topline. Metode prijenosa topline i proračuna. Prijenos topline je ...

Danas ćemo pokušati pronaći odgovor na pitanje "Prijenos topline ...?". U ovom članku ćemo uzeti u obzir da je proces, koji njegove vrste postoje u prirodi, i znati što je odnos između prijenosa topline i termodinamike.

definicija

Prijelaz topline je fizički proces, čija je bit leži u prijenosu toplinska energija. Razmjena se događa između dva tijela ili njihovog sustava. Obavezno stanje će biti prijenos topline iz više grijanih tijela na manje grijane one.

Značajke procesa

Prijenos topline je vrsta fenomena koja se može pojaviti kako u izravnom kontaktu tako iu prisutnosti particija. U prvom slučaju, sve je jasno, u drugom slučaju, tijela, materijali i mediji mogu se koristiti kao prepreke. Prijelaz topline će se dogoditi u slučajevima kada sustav koji se sastoji od dva ili više tijela nije u stanju termalne ravnoteže. To jest, jedan od objekata ima višu ili nižu temperaturu od druge. Tada dolazi do prijenosa toplinske energije. Logično je pretpostaviti da će završiti kada sustav dođe do stanja termodinamičke ili toplinske ravnoteže. Proces je spontan, kao što možemo reći drugi zakon termodinamike.

vrste

Prijenos topline je proces koji se može podijeliti na tri načina. Oni će biti osnovne prirode, jer unutar njih moguće je identificirati stvarne podkategorije koje imaju svoje karakteristike u skladu s općim uzorcima. Do danas je uobičajeno izdvojiti tri tip prijenosa topline. Ovo je toplinska vodljivost, konvekcija i zračenje. Počnimo s prvom, možda.

sredstva prijenos topline. Toplinska vodljivost.

Tako se zove ovo ili ono materijalno tijelo da izvrši prijenos energije. U tom slučaju, ona se prenosi s grijanog dijela na onu koja je hladnija. U središtu ovog fenomena leži načelo kaotičnog gibanja molekula. Ovo je tzv. Brownian pokret. Što je veća tjelesna temperatura, to su aktivnije molekule koje se kreću u njemu, budući da imaju više kinetičke energije. U procesu toplinske vodljivosti sudjeluju elektroni, molekule i atomi. To se provodi u tijelima, čiji različiti dijelovi imaju nejednaku temperaturu.

Ako je tvar sposobna provoditi toplinu, možemo govoriti o prisutnosti kvantitativne karakteristike. U ovom slučaju njegova uloga ima koeficijent toplinske vodljivosti. Ova karakteristika pokazuje koliko će topline proći kroz jedinicu duljine i površine po jedinici vremena. U tom se slučaju temperatura tijela mijenja za točno 1 K.

Ranije se vjerovalo da je razmjena topline u različitim tijelima (uključujući prijenos topline zatvorenih struktura) zbog činjenice da tzv. Toplina teče od jednog dijela tijela do drugog. Međutim, nitko nikad nije pronašao znakove njegova stvarnog postojanja, a kada se molekularno-kinetička teorija razvila na određenu razinu, svi su zaboravili razmišljati o toplini, jer je hipoteza pokazala neodrživom.

Konvekcija. Prijelaz topline vode

Ovom metodom izmjene toplinske energije podrazumijeva se prijenos unutarnjim tijekovima. Zamislimo čajnik s vodom. Kao što je poznato, grijani zračni tokovi rastu prema gore. A hladna, teža, pada. Pa zašto bi voda trebala biti drukčija? To je apsolutno isto s njom. I u procesu takvog ciklusa, svi slojevi vode, bez obzira koliko ih se, zagrijavaju prije početka termalne ravnoteže. U određenim uvjetima, naravno.

zračenje

Ova metoda se sastoji od načela elektromagnetskog zračenja. To je zbog unutarnje energije. Ulazite u teoriju toplinsko zračenje ne, samo napominjemo da razlog ovdje jest raspored nabijenih čestica, atoma i molekula.

Jednostavni problemi provođenja topline

Sada razgovarajmo o tome kako izračun prijenosnog grijanja izgleda u praksi. Neka riješi jednostavan zadatak koji se odnosi na količinu topline. Pretpostavimo da imamo mase vode jednaku pola kilograma. Početna temperatura vode je 0 Celzijevih stupnjeva, konačna temperatura je 100. Nađimo količinu topline koju smo potrošili za zagrijavanje ove mase tvari.

Za to nam je potrebna formula Q = cm (t₂-t₁), gdje je Q količina topline, c je specifična toplinski kapacitet vode, m je masa tvari, t₁ - početni, t₂ Je li konačna temperatura. Za vodu, vrijednost c je tablična. Specifični toplinski kapacitet će iznositi 4200 J / kg * C. Sada zamijenite te vrijednosti u formuli. Dajmo da će količina topline biti jednaka 210000 J ili 210 kJ.

Prvi zakon termodinamike

Termodinamika i prijenos topline su međusobno povezani određenim zakonima. Temelji se na znanju da se promjene unutarnje energije unutar sustava mogu postići na dva načina. Prva je komisija mehaničkog rada. Drugi je poruka određene količine topline. Usput, ovaj princip temelji se na prvom zakonu termodinamike. Evo riječi: Ako je sustav izvijestio određenu količinu topline, to će biti utrošeno na rad Komisije o vanjskim tijelima ili povećajte svoje unutarnje energije. Matematička notacija: dQ = dU + dA.

Pro ili kontra?

Apsolutno sve količine koje ulaze u matematičku notaciju prvog zakona termodinamike mogu se napisati znakom plus ili minus znakom. A njihov izbor će biti uvjetovan uvjetima procesa. Pretpostavimo da sustav prima određenu količinu topline. U tom slučaju tijela se zagrijavaju. Posljedično, postoji širenje plina, što znači da se radi. Kao rezultat toga, vrijednosti će biti pozitivne. Ako se količina topline odvede, plin se hladi, rad se izvodi iznad njega. Vrijednosti će imati suprotne vrijednosti.

Alternativna formulacija prvog zakona termodinamike

Pretpostavimo da imamo periodički djelujući motor. U njemu radno tijelo (ili sustav) obavlja kružni proces. Obično se zove ciklus. Kao rezultat toga, sustav će se vratiti u prvobitno stanje. Bilo bi logično pretpostaviti da će u ovom slučaju promjena unutarnje energije biti nula. Ispada da će količina topline biti jednaka savršenom radu. Ove odredbe omogućuju formuliranje prvog zakona termodinamike na drugačiji način.

Iz nje možemo shvatiti da u prirodi ne postoji postojani pokretni stroj prve vrste. To jest, uređaj koji više radi u usporedbi s energijom dobivenom izvana. U tom slučaju moraju se povremeno poduzimati radnje.

Prvi zakon termodinamike za izoprocese

Prvo razmotrimo izohorske postupke. Uz to, glasnoća ostaje konstantna. Dakle, promjena glasnoće bit će nula. Posljedično, posao će također biti nula. Ispustimo ovaj pojam iz prvog zakona termodinamike, nakon čega dobivamo formulu dQ = dU. Dakle, u izohoreznom procesu, sva toplina koja se isporučuje u sustav ide povećati unutarnju energiju plina ili mješavine.

Sada ćemo razgovarati o izobarskom procesu. Stalna vrijednost u njemu ostaje pritisak. U tom će slučaju unutarnja energija paralelno s radom. Ovdje je izvornu formulu: dQ = dU + pdV. Lako možemo izračunati obavljeni posao. Bit će jednako izrazu uR (T₂-T₁). Usput, to je fizičko značenje univerzalne konstante plina. U prisutnosti jednog mola plina i razlici temperature, jedna komponenta Kelvin, univerzalna plinska konstanta jednaka rad tijekom izobarična procesa.