Termodinamika dan perpindahan panas. Metode perpindahan panas dan perhitungan. perpindahan panas - itu ...

Hari ini kita akan mencoba untuk menemukan jawaban atas pertanyaan "Panas - itu ..?". Pada artikel ini kita menganggap bahwa adalah proses, yang spesiesnya ada di alam, dan tahu apa hubungan antara perpindahan panas dan termodinamika.

definisi

Heat Transfer - proses fisik, esensi yang adalah untuk mentransfer energi panas. Pertukaran terjadi antara dua badan, atau sistem mereka. Jadi perpindahan panas prasyarat akan oleh tubuh dipanaskan sampai kurang dipanaskan.

Fitur proses

perpindahan panas - ini adalah jenis fenomena yang dapat terjadi melalui kontak langsung, dan di hadapan membagi dinding. Dalam kasus pertama, semua jelas, tapi dalam tubuh kedua yang akan digunakan sebagai bahan hambatan, lingkungan. perpindahan panas akan terjadi dalam kasus di mana sistem yang terdiri dari dua atau lebih badan, tidak dalam keadaan kesetimbangan termal. Artinya, salah satu objek memiliki suhu yang lebih tinggi atau lebih rendah dari yang lain. Berikut kemudian transfer tenaga panas. Adalah logis untuk mengasumsikan bahwa itu akan selesai ketika sistem datang ke dalam keadaan kesetimbangan termodinamika atau termal. Proses terjadi secara spontan, seperti yang kita dapat memberitahu hukum kedua termodinamika.

jenis

perpindahan panas - sebuah proses yang dapat dibagi menjadi tiga metode. Mereka akan memiliki sifat dasar, karena di dalamnya ada sub nyata dengan karakteristik sendiri setara dengan hukum-hukum umum. Hari ini dibagi menjadi tiga jenis perpindahan panas. konduksi ini, konveksi dan radiasi. Mari kita mulai dengan yang pertama, mungkin.

Metode perpindahan panas. konduktivitas termal.

Jadi adalah milik tubuh bahan untuk membuat transfer energi. Oleh karena itu ditransfer dari bagian panas yang sama yang lebih dingin. Dasar dari fenomena ini adalah prinsip gerak kacau molekul. Ini disebut-gerak Brown. Semakin besar suhu tubuh, semakin bergerak dalam molekul, karena mereka memiliki energi kinetik yang lebih besar. Proses ini melibatkan termal elektron konduksi, molekul, atom. Hal ini dilakukan dalam tubuh, bagian yang berbeda dari yang memiliki suhu yang tidak sama.

Jika zat ini mampu melakukan panas, kita dapat berbicara tentang karakteristik kuantitatif. Dalam hal ini, memainkan peran konduktivitas termal. Karakteristik ini menunjukkan berapa banyak panas melewati parameter individu panjang dan luas per satuan waktu. Dalam hal ini, suhu tubuh akan berubah dengan tepat 1 K.

Sebelumnya diyakini bahwa pertukaran panas dalam tubuh yang berbeda (termasuk struktur panas transmisi frame) karena fakta bahwa dari satu bagian tubuh ke tubuh lain yang disebut-arus kalori. Namun, tanda-tanda keberadaan sebenarnya, tidak ada yang ditemukan, dan ketika teori molekul-kinetik telah dikembangkan untuk tingkat tertentu, semua tentang kalori dan lupa untuk berpikir, karena hipotesis itu tidak dapat dipertahankan.

Konveksi. Transfer panas air

Dengan cara ini pertukaran energi panas dipahami perpindahan dengan benang internal. Mari kita bayangkan sebuah ketel air. Seperti diketahui, udara panas mengalir naik ke atas. Sebuah dingin, lebih berat jatuh ke bawah. Jadi mengapa semua air harus itu sebaliknya? Dia persis sama. Dan dalam perjalanan siklus ini, semua lapisan air, tidak peduli berapa banyak mereka mungkin, akan memanas sebelum keadaan kesetimbangan termal. Dalam kondisi tertentu, tentu saja.

radiasi

Metode ini adalah prinsip radiasi elektromagnetik. Hal ini karena energi internal. Sangat masuk ke teori radiasi panas tidak dimulai, cukup perhatikan bahwa alasan di sini adalah perangkat partikel bermuatan, atom dan molekul.

tugas-tugas sederhana pada konduktivitas termal

Sekarang mari kita bicara tentang bagaimana, dalam praktek terlihat seperti perhitungan perpindahan panas. Mari kita memecahkan masalah sederhana terkait dengan kuantitas panas. Mari kita asumsikan bahwa kita memiliki massa air sama dengan setengah kilogram. The mulai suhu air - 0 derajat Celcius, akhir - 100. Kami menemukan kuantitas panas menghabiskan massa kontak untuk memanaskan substansi.

Untuk melakukan hal ini kita perlu rumus Q = cm (t ₂ t _1), di mana Q - jumlah panas, c - spesifik panas air, m - massa bahan, t ₁ - awal, t ₂ - suhu akhir. tabel air adalah nilai karakter c. kapasitas panas spesifik adalah sama dengan 4200 J / kg * C. Sekarang kita mengganti nilai-nilai ini ke dalam rumus. Kami menemukan bahwa jumlah panas adalah sama dengan 210.000 J, atau 210 kJ.

Hukum pertama termodinamika

Termodinamika dan perpindahan panas dihubungkan oleh hukum-hukum tertentu. Dalam dasar mereka - pengetahuan bahwa perubahan energi internal dalam sistem dapat dicapai dengan dua metode. Asal - operasi scoring mekanik. Kedua - pesan sejumlah panas. Berdasarkan prinsip ini, dengan cara, hukum pertama termodinamika. Berikut adalah kata-kata: Jika sistem telah dilaporkan sejumlah panas, itu akan dihabiskan pada pekerjaan komisi pada tubuh eksternal atau untuk kenaikan energi internal. Ekspresi matematika adalah: dQ = dU + dA.

Plus atau minus?

Benar-benar semua nilai-nilai yang merupakan bagian dari rekaman matematika dari hukum pertama termodinamika dapat ditulis sebagai dengan "plus" dan dengan "minus" tanda. Pilihan proses akan ditentukan oleh kondisi. Mari kita berasumsi bahwa sistem menerima sejumlah panas. Dalam hal ini, tubuh panas nya. Akibatnya, ada ekspansi gas dan, akibatnya, pekerjaan dilakukan. Akibatnya, nilai akan positif. Jika jumlah panas diambil, gas didinginkan, pekerjaan dilakukan di atasnya. Nilai-nilai akan terbalik nilai-nilai.

Formulasi alternatif dari hukum pertama termodinamika

Misalkan kita memiliki mesin batch. Ini fluida kerja (atau sistem), melakukan proses siklik. Hal ini disebut siklus. Akibatnya, sistem akan kembali ke keadaan semula. Ini akan menjadi logis untuk mengasumsikan bahwa dalam kasus ini perubahan energi internal sama dengan nol. Ternyata bahwa jumlah panas akan sama dengan pekerjaan yang sempurna. Ketentuan ini memungkinkan untuk merumuskan hukum pertama termodinamika sudah berbeda.

Dari sini kita dapat memahami bahwa di alam tidak bisa menjadi mesin gerak abadi jenis pertama. Artinya, perangkat yang melakukan pekerjaan dalam jumlah yang lebih besar dibandingkan dengan energi yang diterima dari luar. Dalam hal ini, tindakan harus dilakukan secara berkala.

Hukum pertama termodinamika untuk izoprotsessov

Pertimbangkan, untuk memulai proses isokorik. Di bawahnya volume tetap konstan. Jadi, perubahan volume akan menjadi nol. Akibatnya, pekerjaan juga akan menjadi nol. Kami menghapus komponen ini dari hukum pertama termodinamika, dan kemudian mendapatkan rumus dQ = dU. Oleh karena itu, untuk proses isokorik semua panas dimasukkan ke dalam sistem, terus meningkatkan energi internal gas, atau campurannya.

Sekarang mari kita bicara tentang proses isobarik. Tetap tekanan konstan di dalamnya. Dalam hal ini, energi internal akan berubah dalam pekerjaan komisi paralel. Berikut adalah rumus asli: dQ = dU + PDV. Kita dapat dengan mudah menghitung melakukan pekerjaan. Ini akan sama dengan ekspresi uR (T ₂ -T _1). By the way, ini adalah arti fisik konstanta gas universal. Di hadapan satu mol gas dan perbedaan suhu, salah satu komponen Kelvin, konstanta gas universal sama dengan kerja yang dilakukan selama proses isobarik.