Ngayon ay susubukan naming hanapin ang sagot sa tanong na “Heat transfer is?..”. Sa artikulo, isasaalang-alang natin kung ano ang proseso, anong mga uri nito ang umiiral sa kalikasan, at malalaman din kung ano ang kaugnayan sa pagitan ng paglipat ng init at thermodynamics.
Definition
Ang paglipat ng init ay isang pisikal na proseso, ang esensya nito ay ang paglipat ng thermal energy. Ang palitan ay nagaganap sa pagitan ng dalawang katawan o ng kanilang sistema. Sa kasong ito, isang paunang kinakailangan ay ang paglipat ng init mula sa mas maiinit na katawan patungo sa mas kaunting init.
Mga Tampok ng Proseso
Ang paglipat ng init ay ang parehong uri ng phenomenon na maaaring mangyari sa parehong direktang pakikipag-ugnayan at sa paghihiwalay ng mga partisyon. Sa unang kaso, ang lahat ay malinaw; sa pangalawa, ang mga katawan, materyales, at media ay maaaring gamitin bilang mga hadlang. Ang paglipat ng init ay magaganap sa mga kaso kung saan ang isang sistema na binubuo ng dalawa o higit pang mga katawan ay wala sa isang estado ng thermal equilibrium. Iyon ay, ang isa sa mga bagay ay may mas mataas o mas mababang temperatura kumpara sa isa pa. Dito nagaganap ang paglipat ng enerhiya ng init. Ito ay lohikal na ipagpalagay na ito ay magtatapos kung kailankapag ang sistema ay dumating sa isang estado ng thermodynamic o thermal equilibrium. Kusang nangyayari ang proseso, gaya ng masasabi sa atin ng pangalawang batas ng thermodynamics.
Views
Ang
Heat transfer ay isang proseso na maaaring hatiin sa tatlong paraan. Magkakaroon sila ng isang pangunahing likas na katangian, dahil sa loob ng mga ito ang mga tunay na subcategory ay maaaring makilala, na may sarili nilang mga tampok na katangian kasama ang mga pangkalahatang pattern. Sa ngayon, kaugalian na makilala ang tatlong uri ng paglipat ng init. Ito ay conduction, convection at radiation. Magsimula tayo sa una, marahil.
Mga paraan ng paglipat ng init. Thermal conductivity
Ito ang pangalan ng pag-aari ng isang materyal na katawan upang isagawa ang paglipat ng enerhiya. Kasabay nito, inililipat ito mula sa mas mainit na bahagi patungo sa mas malamig. Ang kababalaghan na ito ay batay sa prinsipyo ng magulong paggalaw ng mga molekula. Ito ang tinatawag na Brownian motion. Kung mas mataas ang temperatura ng katawan, mas aktibong gumagalaw ang mga molekula dito, dahil mayroon silang mas maraming kinetic energy. Ang mga electron, molekula, atomo ay nakikilahok sa proseso ng pagpapadaloy ng init. Isinasagawa ito sa mga katawan, ang iba't ibang bahagi nito ay may iba't ibang temperatura.
Kung ang isang substance ay may kakayahang magsagawa ng init, maaari nating pag-usapan ang pagkakaroon ng isang quantitative na katangian. Sa kasong ito, ang papel nito ay nilalaro ng koepisyent ng thermal conductivity. Ang katangiang ito ay nagpapakita kung gaano karaming init ang dadaan sa mga unit indicator ng haba at lugar sa bawat yunit ng oras. Sa kasong ito, eksaktong magbabago ang temperatura ng katawan ng 1 K.
Dati pinaniniwalaan na pumapasok ang initiba't ibang mga katawan (kabilang ang paglipat ng init ng mga nakapaloob na istruktura) ay dahil sa ang katunayan na ang tinatawag na caloric ay dumadaloy mula sa isang bahagi ng katawan patungo sa isa pa. Gayunpaman, walang nakakita ng mga palatandaan ng aktwal na pag-iral nito, at nang umunlad ang teorya ng molekular-kinetic sa isang tiyak na antas, nakalimutan ng lahat na mag-isip tungkol sa caloric, dahil ang hypothesis ay naging hindi mapanghawakan.
Convection. Paglipat ng init ng tubig
Ang pamamaraang ito ng pagpapalitan ng enerhiya ng init ay nauunawaan bilang paglipat sa pamamagitan ng mga panloob na daloy. Isipin natin ang isang takure ng tubig. Tulad ng alam mo, ang mas mainit na agos ng hangin ay tumataas sa itaas. At lumubog ang malamig, mas mabibigat. Kaya bakit dapat iba ang tubig? Ganun din sa kanya. At sa proseso ng naturang cycle, ang lahat ng mga layer ng tubig, gaano man karami ang mayroon, ay magpapainit hanggang sa mangyari ang isang estado ng thermal equilibrium. Sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon, siyempre.
Radiation
Ang paraang ito ay batay sa prinsipyo ng electromagnetic radiation. Ito ay nagmumula sa panloob na enerhiya. Hindi na tayo tatalakay sa teorya ng thermal radiation, mapapansin lang natin na ang dahilan dito ay nakasalalay sa pag-aayos ng mga naka-charge na particle, atoms at molecule.
Mga simpleng problema sa pagpapadaloy ng init
Ngayon, pag-usapan natin kung ano ang hitsura ng pagkalkula ng paglipat ng init sa pagsasanay. Lutasin natin ang isang simpleng problema na may kaugnayan sa dami ng init. Sabihin nating mayroon tayong masa ng tubig na katumbas ng kalahating kilo. Paunang temperatura ng tubig - 0 degreesCelsius, final - 100. Hanapin natin ang dami ng init na ginugol natin sa pag-init nitong masa ng matter.
Para dito kailangan natin ang formula na Q=cm(t2-t1), kung saan ang Q ay ang dami ng init, c ay ang tiyak na kapasidad ng init ng tubig, m ay ang masa ng sangkap, t1 ay ang paunang temperatura, t2 ang panghuling temperatura. Para sa tubig, ang halaga ng c ay tabular. Ang tiyak na kapasidad ng init ay magiging katumbas ng 4200 J / kgC. Ngayon ay pinapalitan namin ang mga halagang ito sa formula. Nakuha namin na ang dami ng init ay magiging katumbas ng 210000 J, o 210 kJ.
Ang unang batas ng thermodynamics
Thermodynamics at heat transfer ay magkakaugnay ng ilang batas. Ang mga ito ay batay sa kaalaman na ang mga pagbabago sa panloob na enerhiya sa loob ng isang sistema ay maaaring makamit sa dalawang paraan. Ang una ay mekanikal na gawain. Ang pangalawa ay ang komunikasyon ng isang tiyak na halaga ng init. Sa pamamagitan ng paraan, ang unang batas ng thermodynamics ay batay sa prinsipyong ito. Narito ang pormulasyon nito: kung ang isang tiyak na halaga ng init ay ibinibigay sa system, ito ay gagastusin sa paggawa ng trabaho sa mga panlabas na katawan o sa pagtaas ng panloob na enerhiya nito. Matematika na notasyon: dQ=dU + dA.
Mga kalamangan o kahinaan?
Ganap na lahat ng mga dami na kasama sa mathematical notation ng unang batas ng thermodynamics ay maaaring isulat sa parehong "plus" sign at may "minus" sign. Bukod dito, ang kanilang pagpili ay ididikta ng mga kondisyon ng proseso. Ipagpalagay na ang sistema ay tumatanggap ng kaunting init. Sa kasong ito, ang mga katawan sa loob nito ay umiinit. Samakatuwid, mayroong isang pagpapalawak ng gas, na nangangahulugang iyonginagawa ang trabaho. Bilang resulta, ang mga halaga ay magiging positibo. Kung ang dami ng init ay inalis, ang gas ay lumalamig, at ang trabaho ay tapos na dito. Ang mga halaga ay mababaligtad.
Alternatibong pagbabalangkas ng unang batas ng thermodynamics
Ipagpalagay na mayroon tayong ilang pasulput-sulpot na makina. Sa loob nito, ang gumaganang katawan (o sistema) ay nagsasagawa ng isang pabilog na proseso. Ito ay karaniwang tinatawag na cycle. Bilang resulta, babalik ang system sa orihinal nitong estado. Magiging lohikal na ipagpalagay na sa kasong ito ang pagbabago sa panloob na enerhiya ay magiging katumbas ng zero. Ito ay lumalabas na ang dami ng init ay magiging katumbas ng gawaing ginawa. Nagbibigay-daan sa amin ang mga probisyong ito na bumalangkas ng unang batas ng thermodynamics sa ibang paraan.
Mula rito ay mauunawaan natin na ang isang walang hanggang motion machine ng unang uri ay hindi maaaring umiral sa kalikasan. Iyon ay, isang aparato na gumagana sa mas malaking halaga kumpara sa enerhiya na natanggap mula sa labas. Sa kasong ito, ang mga aksyon ay dapat na isagawa nang pana-panahon.
Unang batas ng thermodynamics para sa mga isoprocess
Magsimula tayo sa prosesong isochoric. Pinapanatili nitong pare-pareho ang volume. Nangangahulugan ito na ang pagbabago sa volume ay magiging zero. Samakatuwid, ang gawain ay magiging katumbas din ng zero. Itapon natin ang terminong ito mula sa unang batas ng thermodynamics, pagkatapos nito makuha natin ang formula dQ=dU. Nangangahulugan ito na sa isang isochoric na proseso, ang lahat ng init na ibinibigay sa system ay napupunta sa pagtaas ng panloob na enerhiya ng gas o pinaghalong.
Ngayon pag-usapan natin ang prosesong isobaric. Ang presyon ay nananatiling pare-pareho. Sa kasong ito, ang panloob na enerhiya ay magbabago nang kahanay sa trabaho. Narito ang orihinal na formula: dQ=dU + pdV. Madali nating makalkula ang gawaing ginawa. Ito ay magiging katumbas ng expression na uR(T2-T1). Sa pamamagitan ng paraan, ito ang pisikal na kahulugan ng unibersal na pare-pareho ng gas. Sa pagkakaroon ng isang mole ng gas at pagkakaiba sa temperatura ng isang Kelvin, ang unibersal na gas constant ay magiging katumbas ng gawaing ginawa sa isang isobaric na proseso.
