Termodinamika u trasferiment tas-sħana. Metodi ta 'trasferiment u kalkolu tas-sħana. It-trasferiment tas-sħana huwa ...

Illum se nippruvaw isibu t-tweġiba għall-mistoqsija "It-trasferiment tas-sħana hu ...?". Fl-artikolu ser nikkunsidraw x'inhu l-proċess, liema tip ta 'dan jeżisti fin-natura, u kif ukoll nitgħallem x'inhi r-relazzjoni bejn it-trasferiment tas-sħana u t-termodinamiċità.

Definizzjoni

It-trasferiment tas-sħana huwa proċess fiżiku, li l-essenza tiegħu hija t-trasferiment tal -enerġija tas-sħana. L-iskambju jseħħ bejn żewġ korpi jew is-sistema tagħhom. Fl-istess ħin, it-trasferiment tas-sħana minn korpi iktar sħan sa ġisem anqas imsaħħan huwa prerekwiżit.

Karatteristiċi tal-Proċess

It-trasferiment tas-sħana huwa t-tip ta 'fenomenu li jista' jseħħ kemm f'kuntatt dirett u kemm fil-preżenza ta 'diviżorji diviżorji. Fl-ewwel każ, kollox huwa ċar, fit-tieni każ, korpi, materjali u mezzi jistgħu jintużaw bħala ostakli. It-trasferiment tas-sħana se jseħħ f'każijiet fejn sistema li tikkonsisti f'żewġ korpi jew aktar mhix fi stat ta 'ekwilibriju termiku. Jiġifieri, wieħed mill-oġġetti għandu temperatura ogħla jew iktar baxxa mill-oħra. Imbagħad isir it-trasferiment tal-enerġija tas-sħana. Huwa loġiku li nassumu li se jintemm meta s-sistema tasal għal stat ta 'ekwilibriju termodinamiku jew termiku. Il-proċess huwa spontanju, kif nistgħu ngħidu lit- tieni liġi tat-termodinamiċità.

Tipi

It-trasferiment tas-sħana huwa proċess li jista 'jinqasam fi tliet modi. Dawn se jkunu ta 'natura bażika, peress li fi ħdanhom wieħed jista' jiddistingwi subkategoriji reali, li għandhom il-karatteristiċi karatteristiċi tagħhom stess f'parità mal-liġijiet ġenerali. Sal-lum, huwa komuni li ssir distinzjoni bejn tliet tipi ta 'trasferiment tas-sħana. Din hija konduttività termali, konvezzjoni u radjazzjoni. Nibdew bl-ewwel, forsi.

Modi ta ' trasferiment tas-sħana. Konduttività termali.

Hekk kif il-proprjetà ta 'dan jew dak il-korp materjali huwa msejjaħ biex iwettaq it-trasferiment ta' l-enerġija. F'dan il-każ, huwa trasferit mill-parti l-aktar imsaħħna għal dik li hija kiesħa. Fil-qalba ta 'dan il-fenomenu tinsab il-prinċipju tal-mozzjoni kaotika tal-molekuli. Din hija l-hekk imsejħa mozzjoni Brownian. Aktar ma tkun għolja t-temperatura tal-ġisem, aktar ikunu attivi l-molekuli jiċċaqalqu fiha, peress li għandhom iktar enerġija kinetika. Fil-proċess ta 'konduttività termali, jipparteċipaw elettroni, molekuli u atomi. Huwa mwettaq f'korpi, li partijiet differenti tagħhom għandhom temperatura inugwali.

Jekk is-sustanza tkun kapaċi tmexxi s-sħana, nistgħu nitkellmu dwar il-preżenza ta 'karatteristika kwantitattiva. F'dan il-każ ir-rwol tiegħu għandu l-koeffiċjent tal-konduttività termali. Din il-karatteristika turi kemm is-sħana tgħaddi mill-unità tat-tul u ż-żona għal kull unità ta 'ħin. F'dan il-każ, it-temperatura tal-ġisem tinbidel eżattament b'1 K.

Preċedentement kien maħsub li l-iskambju tas-sħana f'diversi korpi (inkluż it-trasferiment tas-sħana tal-istrutturi li jgħaqqdu) huwa dovut għall-fatt li minn parti waħda tal-ġisem għal ieħor jirriżulta l-hekk imsejjaħ sħana. Madankollu, ħadd qatt sab xi sinjal ta 'l-eżistenza reali tiegħu, u meta t-teorija tal-kinetika molekulari żviluppat għal ċertu livell, kulħadd sema' li jaħseb dwar is-sħana, billi l-ipoteżi rriżultat insostenibbli.

Konvezzjoni. Trasferiment tas-sħana ta 'l-ilma

Permezz ta 'dan il-metodu ta' skambju tas-sħana, it-trasmissjoni minn flussi interni tinftiehem. Immaġina kettle bl-ilma. Kif inhu magħruf, il-flussi ta 'l-arja aktar imsaħħna jitilgħu' l fuq. U l-kesħa, itqal, taqa '. Allura għaliex l-ilma għandu jkun differenti? Huwa assolutament l-istess magħha. U issa fil-proċess ta 'tali ċiklu, is-saffi kollha ta' l-ilma, kemm jista 'jkun, jisħnu qabel il-bidu ta' l-istat ta 'ekwilibriju termali. F'ċerti kundizzjonijiet, ovvjament.

Radjazzjoni

Dan il-metodu jikkonsisti fil-prinċipju tar-radjazzjoni elettromanjetika. Huwa minħabba l-enerġija interna. Mhux se nidħlu fit-teorija tar -radjazzjoni termali , aħna sempliċiment ninnotaw li r-raġuni hawnhekk hija l-arranġament ta 'partiċelli, atomi u molekuli ċċarġjati.

Problemi sempliċi tal-konduzzjoni tas-sħana

Issa ejja nitkellmu dwar kif il-kalkolu tat-trasferiment tas-sħana jidher fil-prattika. Ejja ssolvi kompitu sempliċi relatat ma 'l-ammont ta' sħana. Ejja ngħidu li għandna massa ta 'ilma ugwali għal nofs kilogramma. It-temperatura inizjali tal-ilma hija ta '0 gradi Celsius, it-temperatura finali hija 100. Ejja nsibu l-ammont ta' sħana li użajna biex insaħħu din il-massa tal-materja.

Għal dan neħtieġu l-formula Q = cm (t ₂ -t ₁ ), fejn Q hija l-ammont ta 'sħana, c hija s- sħana speċifika ta' ilma, m hija l-massa tas-sustanza, t ₁ hija l-inizjali, t ₂ hija t-temperatura finali. Għall-ilma, il-valur ta 'c huwa tabulari. Il-kapaċità tas-sħana speċifika se tkun 4200 J / kg * Ċ. Issa ssostitwixxi dawn il-valuri fil-formula. Ejja ngħidu li l-ammont ta 'sħana se jkun ugwali għal 210000 J, jew 210 kJ.

L-ewwel liġi tat-termodinamika

It-termodinamika u t-trasferiment tas-sħana huma relatati ma 'xulxin b'ċerti liġijiet. Dawn huma bbażati fuq l-għarfien li l-bidliet fl-enerġija interna fi ħdan is-sistema jistgħu jinkisbu b'żewġ metodi. L-ewwel - it-twettiq tax-xogħol mekkaniku. It-tieni huwa l-messaġġ ta 'ċertu ammont ta' sħana. Mill-mod, dan il-prinċipju huwa bbażat fuq l-ewwel liġi tat-termodinamika. Hawn hu l-kliem tiegħu: jekk is-sistema ġiet infurmata b'ċertu ammont ta 'sħana, se tintefa biex tagħmel xogħol fuq korpi esterni jew fuq żieda fl-enerġija interna tagħha. Notazzjoni matematika: dQ = dU + dA.

Vantaġġi jew kuntrarji?

Assolutament il-kwantitajiet kollha li jidħlu fil-notazzjoni matematika ta 'l-ewwel liġi ta' termodinamiċità jistgħu jinkitbu flimkien ma 'sinjal plus jew b'sinjal ta' tnaqqis. U l-għażla tagħhom tkun iddettata mill-kondizzjonijiet tal-proċess. Ejja ngħidu li s-sistema tirċievi ċertu ammont ta 'sħana. F'dan il-każ, il-korpi fihom huma msaħħna. Konsegwentement, l-espansjoni tal-gass isseħħ, li jfisser li qed isir xogħol. Bħala riżultat, il-valuri se jkunu pożittivi. Jekk l-ammont ta 'sħana jitneħħa, il-gass jibred, ix-xogħol jitwettaq fuqha. Il-valuri se jieħdu valuri opposti.

Formulazzjoni alternattiva tal-ewwel liġi tat-termodinamika

Ejja ngħidu li għandna magna li taġixxi perjodikament. Fiha, il-korp (jew is-sistema) tax-xogħol iwettaq proċess ċirkolari. Normalment jissejjaħ ċiklu. Bħala riżultat, is-sistema terġa 'lura għall-istat oriġinali tagħha. Ikun loġiku li wieħed jassumi li f'dan il-każ il-bidla fl-enerġija interna tkun żero. Jirriżulta li l-ammont ta 'sħana se jkun daqs ix-xogħol perfett. Dawn id-dispożizzjonijiet jagħmluha possibbli li titfassal l-ewwel liġi tat-termodinamika b'mod differenti.

Minnha nistgħu nifhmu li fin-natura ma jistax ikun hemm magna tal-moviment perpetwu ta 'l-ewwel tip. Jiġifieri, mezz li jaħdem aktar meta mqabbel ma 'l-enerġija rċevuta minn barra. F'dan il-każ, l-azzjonijiet għandhom jitwettqu perjodikament.

L-ewwel liġi ta 'termodinamika għal isoprocesses

Ejjew l-ewwel nikkunsidraw il-proċess isloroċiku. Ma 'dan, il-volum jibqa' kostanti. Allura, il-bidla fil-volum tkun żero. Konsegwentement, ix-xogħol se jkun ukoll żero. Neħdu dan it-terminu mill-ewwel liġi ta 'termodinamiċità, wara li nkisbu l-formula dQ = dU. Għalhekk, fi proċess isochoriku, is-sħana kollha pprovduta lis-sistema timxi biex iżżid l-enerġija interna tal-gass jew tat-taħlita.

Issa ejja nitkellmu dwar il-proċess isobariku. Il-valur kostanti fih jibqa 'l-pressjoni. F'dan il-każ, l-enerġija interna tinbidel b'mod parallel max-xogħol. Hawn hu l-formula oriġinali: dQ = dU + pdV. Nistgħu faċilment ikkalkulaw ix-xogħol li sar. Ser ikun ugwali għall-espressjoni uR (T ₂ -T ₁ ). Mill-mod, din hija t-tifsira fiżika tal-kost tal-gass universali. Fil-preżenza ta 'mole ta' gass u differenza fit-temperatura ta 'Kelvin wieħed, il-kostanti tal-gass universali tkun ugwali għax-xogħol imwettaq fil-proċess isobariku.