Vandag sal ons probeer om die antwoord op die vraag “Hitte-oordrag is?…” te vind. In die artikel sal ons kyk wat die proses is, watter tipes daarvan in die natuur bestaan, en ook uitvind wat die verband tussen hitte-oordrag en termodinamika is.
Definisie
Hitte-oordrag is 'n fisiese proses, waarvan die kern die oordrag van termiese energie is. Die uitruiling vind plaas tussen twee liggame of hul sisteem. In hierdie geval sal 'n voorvereiste die oordrag van hitte van meer verhitte liggame na minder verhitte liggame wees.
Proseskenmerke
Hitte-oordrag is dieselfde tipe verskynsel wat beide met direkte kontak en met skei-afskortings kan voorkom. In die eerste geval is alles duidelik; in die tweede geval kan liggame, materiale en media as hindernisse gebruik word. Hitte-oordrag sal plaasvind in gevalle waar 'n sisteem wat uit twee of meer liggame bestaan nie in 'n toestand van termiese ewewig is nie. Dit wil sê, een van die voorwerpe het 'n hoër of laer temperatuur in vergelyking met die ander. Dit is waar die oordrag van hitte-energie plaasvind. Dit is logies om te aanvaar dat dit wanneer sal eindigwanneer die sisteem tot 'n toestand van termodinamiese of termiese ewewig kom. Die proses vind spontaan plaas, soos die tweede wet van termodinamika ons kan vertel.
Views
Hitte-oordrag is 'n proses wat in drie maniere verdeel kan word. Hulle sal 'n basiese aard hê, aangesien werklike subkategorieë binne hulle onderskei kan word, wat hul eie kenmerkende kenmerke saam met algemene patrone het. Tot op datum is dit gebruiklik om drie tipes hitte-oordrag te onderskei. Dit is geleiding, konveksie en straling. Kom ons begin miskien met die eerste.
Metodes van hitte-oordrag. Termiese geleidingsvermoë
Dit is die naam van die eienskap van 'n materiële liggaam om die oordrag van energie uit te voer. Terselfdertyd word dit van die warmer deel na die kouer een oorgedra. Hierdie verskynsel is gebaseer op die beginsel van chaotiese beweging van molekules. Dit is die sogenaamde Brownse beweging. Hoe hoër die temperatuur van die liggaam, hoe meer aktief beweeg die molekules daarin, aangesien hulle meer kinetiese energie het. Elektrone, molekules, atome neem deel aan die proses van hittegeleiding. Dit word uitgevoer in liggame, waarvan verskillende dele verskillende temperature het.
As 'n stof in staat is om hitte te gelei, kan ons praat oor die teenwoordigheid van 'n kwantitatiewe eienskap. In hierdie geval word die rol daarvan gespeel deur die koëffisiënt van termiese geleidingsvermoë. Hierdie eienskap wys hoeveel hitte deur eenheidsaanwysers van lengte en oppervlakte per tydseenheid sal gaan. In hierdie geval sal die liggaamstemperatuur presies met 1 K verander.
Voorheen is geglo dat hittewisseling inverskeie liggame (insluitend die hitte-oordrag van omsluitende strukture) is te wyte aan die feit dat die sogenaamde kalorie van een deel van die liggaam na 'n ander vloei. Niemand het egter tekens van sy werklike bestaan gevind nie, en toe die molekulêr-kinetiese teorie tot 'n sekere vlak ontwikkel het, het almal vergeet om aan kalorie te dink, aangesien die hipotese onhoudbaar geblyk het te wees.
Konveksie. Waterhitte-oordrag
Hierdie metode van hitte-energie-uitruiling word verstaan as oordrag deur middel van interne vloei. Kom ons stel ons 'n ketel water voor. Soos u weet, styg warmer lugstrome na bo. En koue, swaarder sink af. So hoekom moet water anders wees? Dit is presies dieselfde met haar. En in die proses van so 'n siklus sal alle lae water, maak nie saak hoeveel daar is nie, verhit totdat 'n toestand van termiese ewewig intree. Onder sekere voorwaardes, natuurlik.
Radiation
Hierdie metode is gebaseer op die beginsel van elektromagnetiese straling. Dit kom van interne energie. Ons gaan nie veel in op die teorie van termiese straling nie, ons sal bloot daarop let dat die rede hier in die rangskikking van gelaaide deeltjies, atome en molekules lê.
Eenvoudige hittegeleidingsprobleme
Kom ons praat nou oor hoe die berekening van hitte-oordrag in die praktyk lyk. Kom ons los 'n eenvoudige probleem op wat verband hou met die hoeveelheid hitte. Kom ons sê ons het 'n massa water gelyk aan 'n halwe kilogram. Aanvanklike watertemperatuur - 0 gradeCelsius, finaal - 100. Kom ons vind die hoeveelheid hitte wat ons spandeer om hierdie massa materie te verhit.
Hiervoor benodig ons die formule Q=cm(t2-t1), waar Q die hoeveelheid hitte is, c is die spesifieke hittekapasiteit van water, m is die massa van die stof, t1 is die aanvanklike temperatuur, t2 is die finale temperatuur. Vir water is die waarde van c tabelvormig. Die spesifieke hittekapasiteit sal gelyk wees aan 4200 J / kgC. Nou vervang ons hierdie waardes in die formule. Ons kry dat die hoeveelheid hitte gelyk sal wees aan 210000 J, of 210 kJ.
Die eerste wet van termodinamika
Termodinamika en hitte-oordrag word deur sommige wette verbind. Hulle is gebaseer op die kennis dat veranderinge in interne energie binne 'n sisteem op twee maniere bewerkstellig kan word. Die eerste is meganiese werk. Die tweede is die kommunikasie van 'n sekere hoeveelheid hitte. Terloops, die eerste wet van termodinamika is op hierdie beginsel gebaseer. Hier is die formulering daarvan: as 'n sekere hoeveelheid hitte aan die stelsel oorgedra is, sal dit bestee word om werk aan eksterne liggame te doen of om sy interne energie te verhoog. Wiskundige notasie: dQ=dU + dA.
Voor- of nadele?
Absoluut al die hoeveelhede wat in die wiskundige notasie van die eerste wet van termodinamika ingesluit is, kan beide met 'n "plus"-teken en met 'n "minus"-teken geskryf word. Boonop sal hul keuse bepaal word deur die voorwaardes van die proses. Aanvaar dat die stelsel 'n mate van hitte ontvang. In hierdie geval word die liggame daarin warm. Daarom is daar 'n uitbreiding van die gas, wat beteken datwerk word gedoen. As gevolg hiervan sal die waardes positief wees. As die hoeveelheid hitte weggeneem word, koel die gas af, en daar word daaraan gewerk. Die waardes sal omgekeer word.
Alternatiewe formulering van die eerste wet van termodinamika
Sê nou ons het een of ander intermitterende enjin. Daarin voer die werkende liggaam (of stelsel) 'n sirkelproses uit. Dit word algemeen 'n siklus genoem. As gevolg hiervan sal die stelsel terugkeer na sy oorspronklike toestand. Dit sal logies wees om aan te neem dat in hierdie geval die verandering in interne energie gelyk aan nul sal wees. Dit blyk dat die hoeveelheid hitte gelyk sal wees aan die werk wat gedoen word. Hierdie bepalings stel ons in staat om die eerste wet van termodinamika op 'n ander manier te formuleer.
Daaruit kan ons verstaan dat 'n ewigdurende bewegingsmasjien van die eerste soort nie in die natuur kan bestaan nie. Dit wil sê 'n toestel wat wel in 'n groter hoeveelheid werk in vergelyking met die energie wat van buite ontvang word. In hierdie geval moet handelinge periodiek uitgevoer word.
Eerste wet van termodinamika vir isoprosesse
Kom ons begin met die isochoriese proses. Dit hou die volume konstant. Dit beteken dat die verandering in volume nul sal wees. Daarom sal die werk ook gelyk wees aan nul. Kom ons gooi hierdie term weg van die eerste wet van termodinamika, waarna ons die formule dQ=dU kry. Dit beteken dat in 'n isochoriese proses, al die hitte wat aan die stelsel verskaf word, gaan om die interne energie van die gas of mengsel te verhoog.
Kom ons praat nou oor die isobariese proses. Die druk bly konstant. In hierdie geval sal die interne energie parallel met die werk verander. Hier is die oorspronklike formule: dQ=dU + pdV. Ons kan maklik die werk wat gedoen is, bereken. Dit sal gelyk wees aan die uitdrukking uR(T2-T1). Terloops, dit is die fisiese betekenis van die universele gaskonstante. In die teenwoordigheid van een mol gas en 'n temperatuurverskil van een Kelvin, sal die universele gaskonstante gelyk wees aan die werk verrig in 'n isobariese proses.
