Теплопередача

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Теплопередача (теплообмен) - процесс изменения внутренней энергии без совершения работы.

Количественная характеристика - количество теплоты - часть изменения внутренней энергии, происходящего в процессе теплопередачи. Обозначается Q. Единицы измерения: Дж, кал (калория). 1 кал = 4,19 Дж.

1 кал = 4,19 Дж

Виды теплопередачи:

1. Теплопроводность - вид теплопередачи, при котором энергия передается от более нагретого участка тела к менее нагретому, благодаря движению и взаимодействию частиц тела. Характерна для твердых тел.
2. Конвекция - вид теплопередачи, при котором энергия передается потоками (струями) вещества. Характерна для жидкостей и газов.
3. Излучение - вид теплопередачи, при котором энергия передается с помощью электромагнитных волн (преимущественно инфракрасного диапазона). Может происходить в вакууме.

Расчет количества теплоты.

1. Изменение температуры. Q = cm(Т₂-Т₁) = cmΔТ.

Величина с наз. удельной теплоемкостью. Она характеризует тепловые свойства вещества по его способности к изменению температуры. Удельная теплоемкость показывает на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг данного вещества при изменении его температуры на 1 К. Единица измерения Дж/кг^.К.

Q=CΔT.  Величина С называется теплоемкостью тела. С=сm.

Q = c_νmΔT.  Величина c_ν называется молярной теплоемкостью (теплоемкость 1 моля вещества).

Изменение температуры:

Q = cm(t^°₂-t^°₁)=cm(Т₂-Т₁) = cmΔТ

Q = cmΔt^°.

2. Плавление и отвердевание вещества.  
 Q=λm.   
λ - удельная теплота плавления. Удельная теплота плавления показывает на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг данного вещества при его полном переходе из твердого состояния в жидкое (при температуре плавления). Зависит от внешних условий. Единица  λ  Дж/кг.
При плавлении и отвердевании (кристаллизации) температура остается неизменной пока вещество не перейдет в одну фазу. Энергия при плавлении тратится на разрушение кристаллической решетки.
При отвердевании Q = -λm.

Плавление и отвердевание вещества

Q=± λm

3. Парообразование и конденсация вещества. Q = Lm = rm. 
L (r) - удельная теплота парообразования. Удельная теплота парообразования показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг данного вещества при полном превращении жидкости в пар (при температуре кипения). Зависит от внешних условий. Единица  L (r) Дж/кг.
При кипении температура остается постоянной. Энергия тратится на разрыв связей между молекулами.
При конденсации Q = - Lm = - rm.

Q = ±Lm = ±rm

I – нагревание твердого тела;

II – плавление твердого тела;

III – нагревание жидкости;

IV – кипение;

V – нагревание газа;

VI – охлаждение газа;

VII – конденсация;

VIII – охлаждение жидкости;

IX – кристаллизация (отвердевание);

X – охлаждение твердого тела.

4. Сгорание топлива. Q = qm. q - удельная теплота сгорания топлива. Дельная теплота сгорания топлива показывает сколько энергии выделяется при полном сгорании 1 кг данного вещества. Единица  q Дж/кг. Сгорание - соединение с кислородом. При горении изменяется взаимное расположение частиц вещества, следовательно, меняется их потенциальная энергия, а значит, внутренняя энергия вещества. Вещества, при горении которых выделяется энергия, являются топливом.

Q_{полученное}>0,      Q_{выделенное}<0

Согласно закону сохранения энергии алгебраическая сумма всех количеств теплоты равна нулю (все переданное количество теплоты равно по модулю всему полученному):

Q₁ + Q₂ + Q₃ +...= 0 - уравнение теплового баланса.

С учетом потерь на нагревание окружающей среды: 

ηQ_{переданное} =  Q_{полученное}, где η - кпд нагревательного прибора.

Q = qm

Q₁ + Q₂ + Q₃ +...= 0        - уравнение теплового баланса.

ηQ_{переданное} = Q_{полученное}

Теплоемкости газа при постоянном объеме и постоянном давлении.

1.Молярная теплоемкость при постоянном объеме: .

Но при изохорном процессе работа не совершается, следовательно: .

2.      Молярная теплоемкость при постоянном давлении:
 .

3. Связь между теплоемкостями при постоянном давлении и постоянном объеме:

    - уравнение Майера для идеального одноатомного газа.

уравнекние Майера

4. Теплоемкость при изотермическом процессе: т.к. температура не меняется, то теплоемкость бесконечна.