Теплові явища
Клькість теплоти - це енергія, яку одержує або втрачає тіло при теплопередачі.
Внутрішня енергія визначається швидкістю теплового руху частинок: якщо температура тіла зросла, то тіло одержало деяку кількість теплоти, якщо понизилася — то віддало. Таким чином, кількість теплоти залежить від зміни температури тіла:
Q ~ Δt
Чим більше маса тіла, тим більша кількість теплоти буде потрібна для нагрівання тіла до однієї й тієї самої температури. Звідси можна зробити висновок, що кількість теплоти пропорційна масі тіла:
Q ~ m
При однаковій зміні температури кількість теплоти, отримана або віддана різними тілами, буде різною. Таким чином можна ввести поняття питомої теплоємності речовини
Питома теплоємність речовини показує, яка кількість теплоти необхідна, щоб змінити температуру 1 кг даної речовини на 1 °С. Ця така характеристика речовини, яка не залежить від маси тіла й зміни його температури. Питома теплоємність позначається буквою с , її одиницею в СІ є Дж/кг*°С
Таким чином, кількість теплоти Q залежить від теплоємності речовини.
Q ~ с
Кількість теплоти, передана тілу при нагріванні, залежить від теплоємності речовини, з якої воно складається, від маси цього тіла і від зміни його температури.
Q=cmΔt
Одиниця вимірювання кількості теплоти: Джоуль (ДЖ), калорія (кал)
1 Дж = 0, 24 кал
1 кал = 4,19 Дж
Вода має дуже велику питому теплоємність. Тому вода в морях й океанах, нагріваючись повільно, поглинає значну кількість теплоти. В таких місцях улітку не буває так спекотно, як у місцях, віддалених від води. Узимку вода, повільно остигаючи, віддає велику кількість теплоти, тому зима в цих умовах менш сувора.
Завдяки великій питомій теплоємності вода широко використовується в системі водяного опалення, у побуті й медицині, наприклад у грілках.
Слід пам'ятати, що питома теплоємність речовини, що перебуває в різних агрегатних станах, різна.
Рівняння теплового балансу
Коли тіла знаходяться у тепловому контакті, то тепло передається від більш нагрітого до менш нагрітого тіла. З часом між цими тілами встановлюється теплова рівновага, тобто у всіх тілах встановлюється однакова температура. Часто виникає потреба визначати величини, котрі характеризують теплообмінні процеси тіл, наприклад, - визначити температуру суміші гарячої і холодної води або встановити кількість теплоти, котру необхідно надати тілам різної температури для встановлення певної загальної температури тіл та ін.
В усіх цих випадках складають і розв'язують рівняння, які містять шукані величини. За умови, коли над тілами не виконується механічна робота, керуються такими правилами:
1) усі тіла досягають теплової рівноваги, коли їх температури вирівнюються.
2) перебуваючи у теплообміні, одні тіла віддають таку ж кількість теплоти, котру отримують інші. Ця умова називається тепловим балансом, а рівняння – рівнянням теплового балансу. Воно є виразом закону збереження енергії при теплообміні.
3) прийнято вважати кількість теплоти додатною, якщо тіло приймає теплову енергію, і від'ємною, якщо тіло віддає її.
Тому рівняння теплового балансу має відображати те, що сума кількості теплоти, котру отримали тіла, рівна сумі кількості теплоти, котру віддали інші тіла в результаті теплообміну:
При проведенні розрахунків теплообмінних процесів, розв'язуванні задач корисно дотримуватись такої послідовності дій;
- виявити, які тіла перебувають у теплообміні;
- яка температура теплової рівноваги. Якщо вона є шуканою, позначити її літерою t.
- виявити, котрі тіла віддають теплоту, а котрі отримують її;
- записати формулу для кількості теплоти кожного з тіл;
- скласти рівняння теплового балансу. У його лівій частині зазначити суму кількості теплоти, що її отримували тіла, перебуваючи у теплообміні;
- в правій частині записати суму кількості теплоти, котру віддали тіла у результаті теплообміну;
- розв'язати рівняння відносно шуканої величини.
|
