Термодинамика және жылу беру. Жылуды есептеу және есептеу әдістері. Жылу тасымалдау - бұл ...

Бүгін біз «Жылумен тасымалдау дегеніміз ...» деген сұраққа жауап таба аламыз. Мақалада біз процестің қандай екендігін, табиғатта қандай түрлер бар екенін, сондай-ақ жылу және термодинамика арасындағы қатынастарды қарастырамыз.

Анықтау

Жылу беру - физикалық процесс, оның мәні жылу энергиясын беру болып табылады. Алмасу екі органның немесе олардың жүйелерінің арасында орын алады. Сонымен қатар жылу денелерінен қыздырылған денелерге жылу беру міндетті шарты болып табылады.

Процесс ерекшеліктері

Жылу беру - тікелей байланыс кезінде де, бөлу бөлімдерінің қатысуымен де болуы мүмкін құбылыс. Бірінші жағдайда, бәрі анық, екінші жағдайда дене, материалдар және бұқаралық ақпарат құралдары кедергілер ретінде қолданыла алады. Екі немесе одан да көп денеден тұратын жүйе жылу тепе-теңдігінде болмаған жағдайда жылу беру орын алады. Яғни объектілердің біреуі басқаларға қарағанда жоғары немесе төмен температураға ие. Содан кейін жылу энергиясын беру орын алады. Жүйе термодинамикалық немесе жылу тепе-теңдік жағдайына келгенде, ол аяқталады деген болжам бар. Процесс өздігінен, термодинамиканың екінші заңын айтуға болады .

Түрлері

Жылу беру - бұл үш тәсілге бөлуге болатын процесс. Олар негізгі сипатта болады, өйткені олардың ішінде жалпыға ортақ заңдармен қатар өздерінің жеке сипаттамалары бар нақты ішкі категорияларды ажыратуға болады. Қазіргі таңда жылу берудің үш түрін ажырата білуге болады . Бұл жылу өткізгіштік, конвекция және радиация. Мүмкін, біріншіден бастайық.

Жылу беру жолдары . Жылу өткізгіштік.

Міне, осындай немесе материалдық органның қасиеті энергияны беруді жүзеге асыруға шақырылады. Бұл жағдайда ол суық бөлігінен суыққа ауыстырылады. Бұл құбылыстың негізінде молекулалардың хаотикалық қозғалысы принципі жатыр. Бұл Броун деп аталатын қозғалыс. Дене температурасы неғұрлым жоғары болса, онда молекулалар неғұрлым белсенді болса, оларда кинетикалық энергия көп болады. Жылу өткізгіштік процесінде электрондар, молекулалар және атомдар қатысады. Әртүрлі бөліктерінде тең емес температура бар ағзаларда жүзеге асырылады.

Егер зат жылуды өткізе алатын болса, біз сандық сипаттаманың болуы туралы айтуға болады. Бұл жағдайда оның рөлі жылу өткізгіштік коэффициентімен жүзеге асырылады. Бұл сипат ұзындығы мен бірліктің уақытына бірлікпен қанша жылу өтетінін көрсетеді. Бұл жағдайда дененің температурасы 1 К-ге дейін өзгереді.

Бұрын әртүрлі органдардағы жылу алмасу (корпустық конструкциялардың жылу беруін қоса алғанда) дененің бір бөлігінен екіншісіне жылу деп аталатынына байланысты. Алайда, ешкім ешқашан өзінің нақты тіршілігінің белгілерін таппады және молекулалық-кинетикалық теория белгілі бір деңгейде дамыған кезде, барлық адамдар жылу туралы ойлауды ұмытып кетті, себебі гипотеза жарамсыз болып шықты.

Конвекция. Судың жылу беруі

Бұл әдіспен жылу алмасу әдісі арқылы ішкі ағындар арқылы беру түсініледі. Шайнекті сумен елестетіп көрейік. Белгілі болғандай, ауа ағынының көп қызуы жоғары көтеріледі. Және суық, ауыр, құлап. Неліктен судың өзгеше болуы керек? Бұл онымен бірдей. Енді мұндай цикл барысында судың барлық қабаттары жылулық тепе-теңдіктің басталуына дейін қанша қызады. Әрине, белгілі бір жағдайларда.

Радиация

Бұл әдіс электромагниттік сәулелену принципіне негізделген. Бұл ішкі энергиямен байланысты. Біз жылу сәулелену теориясына кіре бермейміз, мұнда зарядталған бөлшектердің, атомдардың және молекулалардың орналасуының себебі болып табылады.

Жылулық өткізудің қарапайым мәселелері

Енді жылуды есептеудің іс жүзінде қалай көрінетіні туралы әңгімелеп берейік. Жылу мөлшеріне байланысты қарапайым тапсырманы шешейік. Айта кетейік, судың салмағы жарты килограммға тең. Бастапқы су температурасы 0 градус Цельсий, соңғы температура 100. Бұл массаның массасын жылытуға жұмсаған жылу мөлшерін анықтайық.

Бұл үшін Q = см (t ₂ -t1) формуласы қажет, мұнда Q - жылу мөлшері, с - судың нақты жылуы, м - заттың массасы, t ₁ бастапқы, t ₂ - соңғы температура. Су үшін c мәні - табуляция. Нақты жылу қуаты 4200 J / кг * C болады. Енді бұл мәндерді формулаға ауыстырыңыз. Келтірейік, бұл жылу мөлшері 210000 J немесе 210 кДж тең болады.

Термодинамиканың бірінші заңы

Термодинамика және жылу беру белгілі бір заңдар бойынша бір-бірімен байланысты. Олар жүйеде ішкі энергетиканың өзгеруіне екі әдіс арқылы қол жеткізуге болатындығына негізделген. Бірінші - механикалық жұмыстың орындалуы. Екінші - белгілі бір жылу туралы хабар. Айтпақшы, бұл принцип термодинамиканың бірінші заңына негізделген. Міне, оның тұжырымдамасы: жүйе белгілі бір жылу туралы хабардар болған жағдайда сыртқы органдардың жұмысына немесе ішкі энергиясын көбейтуге жұмсалады. Математикалық белгілер: dQ = dU + dA.

Артықшылықтар немесе кемшіліктер?

Термодинамиканың бірінші заңының математикалық белгілеріне енетін барлық шамалар плюс белгісімен және минус белгісімен жазылуы мүмкін. Оларды таңдау процестің шарттарына байланысты болады. Жүйе жылудың белгілі бір мөлшерін алады делік. Бұл жағдайда, онда денелер қызады. Демек, газдың кеңеюі жүріп жатыр, яғни жұмыс жүргізілуде. Нәтижесінде құндылықтар оң болады. Егер жылу мөлшері алынып кетсе, газ салқындатылады, үстінен жұмыс орындалады. Мәндер қарама-қарсы мәндерге ие болады.

Термодинамиканың бірінші заңын баламалы тұжырымдау

Мысалы, бізде мерзімді қозғалтқыш бар. Онда жұмыс органы (немесе жүйе) дөңгелек процесін орындайды. Ол әдетте цикл деп аталады. Нәтижесінде жүйе өзінің бастапқы күйіне оралады. Бұл жағдайда ішкі энергияның өзгеруі нөлге тең болады деп болжауға болады. Жылу мөлшері керемет жұмысқа тең келеді. Бұл ережелер термодинамиканың бірінші заңын басқа жолмен қалыптастыруға мүмкіндік береді.

Одан табиғатта бірінші түрдегі үздіксіз қозғалыс машинасы болмайтынын түсінуге болады. Яғни сыртқы құрылғыдан алынған энергиямен салыстырғанда көп жұмыс істейтін құрылғы. Бұл жағдайда іс-әрекеттер мезгіл-мезгіл орындалуы керек.

Изопроцесстерге арналған термодинамиканың бірінші заңы

Алдымен изохорлық процесті қарастырайық. Бұл ретте көлем көлемі тұрақты болып қалады. Осылайша, дыбыс өзгерісі нөлге тең болады. Демек, жұмыс нөлге тең болады. Бұл терминді термодинамиканың бірінші заңынан түсіреміз, содан кейін dQ = dU формуласын аламыз. Демек, изохорлық процесте жүйеге жеткізілетін барлық жылу газдың немесе қоспаның ішкі энергиясын арттырады.

Енді изобариялық процесс туралы әңгімелеп берейік. Ондағы тұрақты мән қысым болып қалады. Бұл жағдайда ішкі энергия жұмысқа параллель өзгереді. Міне, бастапқы формула: dQ = dU + pdV. Біз атқарылған жұмыстарды оңай есептей аламыз. Бұл өрнек uR (T ₂ -T ₁ ) тең болады. Айтпақшы, әмбебап газ тұрақтылығының физикалық мағынасы. Бір гельдік газдың және бір Кельвинның температуралық айырмашылығының барлығында әмбебап газ константасы изобариялық процесте орындалған жұмысқа тең болады.