Sot do të përpiqemi të gjejmë përgjigjen e pyetjes "Transferimi i nxehtësisë është?…". Në artikull do të shqyrtojmë se cili është procesi, cilat lloje të tij ekzistojnë në natyrë dhe gjithashtu do të zbulojmë se cila është marrëdhënia midis transferimit të nxehtësisë dhe termodinamikës.
Përkufizim
Transferimi i nxehtësisë është një proces fizik, thelbi i të cilit është transferimi i energjisë termike. Shkëmbimi bëhet ndërmjet dy trupave ose sistemit të tyre. Në këtë rast, një parakusht do të jetë transferimi i nxehtësisë nga trupat më të nxehtë në ato më pak të nxehtë.
Veçoritë e procesit
Transferimi i nxehtësisë është i njëjti lloj fenomeni që mund të ndodhë si me kontaktin e drejtpërdrejtë ashtu edhe me ndarjet ndarëse. Në rastin e parë, gjithçka është e qartë, në të dytën, trupat, materialet dhe mediat mund të përdoren si barriera. Transferimi i nxehtësisë do të ndodhë në rastet kur një sistem i përbërë nga dy ose më shumë trupa nuk është në një gjendje ekuilibri termik. Domethënë, njëri prej objekteve ka temperaturë më të lartë ose më të ulët në krahasim me tjetrin. Këtu bëhet transferimi i energjisë termike. Është logjike të supozohet se do të përfundojë kurkur sistemi vjen në një gjendje ekuilibri termodinamik ose termik. Procesi ndodh spontanisht, siç mund të na thotë ligji i dytë i termodinamikës.
Shikime
Transferimi i nxehtësisë është një proces që mund të ndahet në tre mënyra. Ato do të kenë një natyrë bazë, pasi brenda tyre mund të dallohen nënkategoritë reale që kanë veçoritë e tyre karakteristike së bashku me modelet e përgjithshme. Deri më sot, është zakon të dallohen tre lloje të transferimit të nxehtësisë. Këto janë përçueshmëria, konvekcioni dhe rrezatimi. Le të fillojmë me të parën, ndoshta.
Metodat e transferimit të nxehtësisë. Përçueshmëri termike
Ky është emri i vetive të një trupi material për të kryer transferimin e energjisë. Në të njëjtën kohë, ai transferohet nga pjesa më e nxehtë në atë më të ftohtë. Ky fenomen bazohet në parimin e lëvizjes kaotike të molekulave. Kjo është e ashtuquajtura lëvizje Browniane. Sa më e lartë të jetë temperatura e trupit, aq më aktive lëvizin molekulat në të, pasi ato kanë më shumë energji kinetike. Elektronet, molekulat, atomet marrin pjesë në procesin e përcjelljes së nxehtësisë. Ajo kryhet në trupa, pjesë të ndryshme të të cilëve kanë temperatura të ndryshme.
Nëse një substancë është e aftë të përçojë nxehtësinë, mund të flasim për praninë e një karakteristike sasiore. Në këtë rast, roli i tij luhet nga koeficienti i përçueshmërisë termike. Kjo karakteristikë tregon se sa nxehtësi do të kalojë përmes treguesve njësi të gjatësisë dhe sipërfaqes për njësi të kohës. Në këtë rast, temperatura e trupit do të ndryshojë saktësisht me 1 K.
Më parë besohej se shkëmbimi i nxehtësisë nëtrupa të ndryshëm (duke përfshirë transferimin e nxehtësisë së strukturave mbyllëse) është për shkak të faktit se të ashtuquajturat kalori rrjedhin nga një pjesë e trupit në tjetrën. Megjithatë, askush nuk gjeti shenja të ekzistencës së saj aktuale dhe kur teoria molekulare-kinetike u zhvillua në një nivel të caktuar, të gjithë harruan të mendonin për kaloritë, pasi hipoteza doli të ishte e paqëndrueshme.
Konvekcion. Transferimi i nxehtësisë së ujit
Kjo metodë e shkëmbimit të energjisë termike kuptohet si transferim me anë të flukseve të brendshme. Le të imagjinojmë një kazan me ujë. Siç e dini, rrymat më të nxehta të ajrit ngrihen në majë. Dhe të ftohtit, më të rëndat zhyten poshtë. Pra, pse uji duhet të jetë ndryshe? Është saktësisht e njëjta gjë me të. Dhe në procesin e një cikli të tillë, të gjitha shtresat e ujit, pa marrë parasysh sa janë, do të ngrohen derisa të ndodhë një gjendje e ekuilibrit termik. Nën kushte të caktuara, sigurisht.
Rrezatimi
Kjo metodë bazohet në parimin e rrezatimit elektromagnetik. Ajo vjen nga energjia e brendshme. Ne nuk do të hyjmë shumë në teorinë e rrezatimit termik, thjesht do të vërejmë se arsyeja këtu qëndron në rregullimin e grimcave, atomeve dhe molekulave të ngarkuara.
Probleme të thjeshta të përcjelljes së nxehtësisë
Tani le të flasim se si duket në praktikë llogaritja e transferimit të nxehtësisë. Le të zgjidhim një problem të thjeshtë që lidhet me sasinë e nxehtësisë. Le të themi se kemi një masë uji të barabartë me gjysmë kilogrami. Temperatura fillestare e ujit - 0 gradëCelsius, përfundimtar - 100. Le të gjejmë sasinë e nxehtësisë së shpenzuar nga ne për të ngrohur këtë masë të materies.
Për këtë ne kemi nevojë për formulën Q=cm(t2-t1), ku Q është sasia e nxehtësisë, c është kapaciteti specifik i nxehtësisë së ujit, m është masa e substancës, t1 është temperatura fillestare, t2 është temperatura përfundimtare. Për ujin, vlera e c është tabelare. Kapaciteti specifik i nxehtësisë do të jetë i barabartë me 4200 J / kgC. Tani ne i zëvendësojmë këto vlera në formulë. Marrim se sasia e nxehtësisë do të jetë e barabartë me 210000 J, ose 210 kJ.
Ligji i parë i termodinamikës
Termodinamika dhe transferimi i nxehtësisë janë të ndërlidhura nga disa ligje. Ato bazohen në njohurinë se ndryshimet në energjinë e brendshme brenda një sistemi mund të arrihen në dy mënyra. E para është puna mekanike. E dyta është komunikimi i një sasie të caktuar nxehtësie. Nga rruga, ligji i parë i termodinamikës bazohet në këtë parim. Këtu është formulimi i tij: nëse një sasi e caktuar nxehtësie i është transmetuar sistemit, ajo do të shpenzohet për të kryer punë në trupa të jashtëm ose për të rritur energjinë e tij të brendshme. Shënimi matematik: dQ=dU + dA.
Pro apo kundër?
Absolutisht të gjitha sasitë që përfshihen në shënimin matematikor të ligjit të parë të termodinamikës mund të shkruhen si me shenjën "plus" dhe me një shenjë "minus". Për më tepër, zgjedhja e tyre do të diktohet nga kushtet e procesit. Supozoni se sistemi merr një sasi nxehtësie. Në këtë rast, trupat në të nxehen. Prandaj, ka një zgjerim të gazit, që do të thotë sepo punohet. Si rezultat, vlerat do të jenë pozitive. Nëse hiqet sasia e nxehtësisë, gazi ftohet dhe punohet në të. Vlerat do të kthehen të kundërta.
Formulimi alternativ i ligjit të parë të termodinamikës
Supozojmë se kemi një motor me ndërprerje. Në të, trupi (ose sistemi) i punës kryen një proces rrethor. Zakonisht quhet cikël. Si rezultat, sistemi do të kthehet në gjendjen e tij origjinale. Do të ishte logjike të supozohet se në këtë rast ndryshimi i energjisë së brendshme do të jetë i barabartë me zero. Rezulton se sasia e nxehtësisë do të jetë e barabartë me punën e bërë. Këto dispozita na lejojnë të formulojmë ligjin e parë të termodinamikës në një mënyrë tjetër.
Nga ajo mund të kuptojmë se një makinë lëvizjeje e përhershme e llojit të parë nuk mund të ekzistojë në natyrë. Kjo është, një pajisje që funksionon në një sasi më të madhe në krahasim me energjinë e marrë nga jashtë. Në këtë rast, veprimet duhet të kryhen periodikisht.
Ligji i parë i termodinamikës për izoproceset
Le të fillojmë me procesin izokorik. E mban volumin konstant. Kjo do të thotë se ndryshimi në vëllim do të jetë zero. Prandaj, puna do të jetë gjithashtu e barabartë me zero. Le ta heqim këtë term nga ligji i parë i termodinamikës, pas së cilës marrim formulën dQ=dU. Kjo do të thotë se në një proces izokorik, e gjithë nxehtësia e furnizuar në sistem shkon për të rritur energjinë e brendshme të gazit ose përzierjes.
Tani le të flasim për procesin izobarik. Presioni mbetet konstant. Në këtë rast, energjia e brendshme do të ndryshojë paralelisht me punën. Këtu është formula origjinale: dQ=dU + pdV. Ne mund të llogarisim lehtësisht punën e bërë. Do të jetë e barabartë me shprehjen uR(T2-T1). Nga rruga, ky është kuptimi fizik i konstantës universale të gazit. Në prani të një mol gazi dhe një ndryshimi të temperaturës prej një Kelvin, konstanta universale e gazit do të jetë e barabartë me punën e bërë në një proces izobarik.
