Реферат теплота и работа

Обновлено: 07.07.2024

ТЕПЛОТА, кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой, а в ведре с холодной водой его может быть больше, чем в чашке с горячей водой (хотя температура воды в ведре и ниже).

Содержание

1. Введение. Понятие теплоты
2. Теплопередача
3. Три основных вида передачи тепла
4. Роль теплоты и её использование
5. Список используемой литературы.

Работа содержит 1 файл

РЕФЕРАТ теплота.doc

Работа Бирюковой А.В.

Уфимский политехнический техникум

1. Введение. Понятие теплоты

3. Три основных вида передачи тепла

4. Роль теплоты и её использование

5. Список используемой литературы.

Теплота играет важную роль в жизни человека, в том числе и в функционировании его организма. Часть химической энергии, содержащейся в пище, превращается в теплоту, благодаря чему температура тела поддерживается вблизи 37 градусов Цельсия. Тепловой баланс тела человека зависит также от температуры окружающей среды, и люди вынуждены расходовать много энергии на обогрев жилых и производственных помещений зимой и на охлаждение их летом. Большую часть этой энергии поставляют тепловые машины, например котельные установки и паровые турбины электростанций, работающих на ископаемом топливе (угле, нефти) и вырабатывающих электроэнергию.

Теплопередача – это процесс переноса теплоты внутри тела или от одного тела к другому, обусловленный разностью температур. Интенсивность переноса теплоты зависит от свойств вещества, разности температур и подчиняется экспериментально установленным законам природы. Чтобы создавать эффективно работающие системы нагрева или охлаждения, разнообразные двигатели, энергоустановки, системы теплоизоляции, нужно знать принципы теплопередачи. В одних случаях теплообмен нежелателен (теплоизоляция плавильных печей, космических кораблей и т.п.), а в других он должен быть как можно больше (паровые котлы, теплообменники, кухонная посуда).

Три основных вида передачи тепла

Существуют три основных вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен.

Теплопроводность. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью; при достаточно высоких температурах в твердых телах его можно наблюдать визуально. Так, при нагревании стального стержня с одного конца в пламени газовой горелки тепловая энергия передается по стержню, и на некоторое расстояние от нагреваемого конца распространяется свечение (с удалением от места нагрева все менее интенсивное).

Интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности зависит от градиента температуры, т.е. отношения Т/x разности температур на концах стержня к расстоянию между ними. Она зависит также от площади поперечного сечения стержня (в м2) и коэффициента теплопроводности материала [в соответствующих единицах Вт/(мК)]. Соотношение между этими величинами было выведено французским математиком Ж.Фурье и имеет следующий вид:

Из закона Фурье следует, что тепловой поток можно понизить, уменьшив одну из величин – коэффициент теплопроводности, площадь или градиент температуры. Для здания в зимних условиях последние величины практически постоянны, а поэтому для поддержания в помещении нужной температуры остается уменьшать теплопроводность стен, т.е. улучшать их теплоизоляцию.

В таблице представлены коэффициенты теплопроводности некоторых веществ и материалов. Из таблицы видно, что одни металлы проводят тепло гораздо лучше других, но все они являются значительно лучшими проводниками тепла, чем воздух и пористые материалы.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

Вещества и материалы

Теплопроводность, Вт/(м К)

Гагачий пух (неплотный)

Теплопроводность металлов обусловлена колебаниями кристаллической решетки и движением большого числа свободных электронов (называемых иногда электронным газом). Движение электронов ответственно и за электропроводность металлов, а потому неудивительно, что хорошие проводники тепла (например, серебро или медь) являются также хорошими проводниками электричества.

Тепловое и электрическое сопротивление многих веществ резко уменьшается при понижении температуры ниже температуры жидкого гелия (1,8 K). Это явление, называемое сверхпроводимостью, используется для повышения эффективности работы многих устройств – от приборов микроэлектроники до линий электропередачи и больших электромагнитов.

Конвекция. Как мы уже говорили, при подводе тепла к жидкости или газу увеличивается интенсивность движения молекул, а вследствие этого повышается давление. Если жидкость или газ не ограничены в объеме, то они расширяются; локальная плотность жидкости (газа) становится меньше, и благодаря выталкивающим (архимедовым) силам нагретая часть среды движется вверх (именно поэтому теплый воздух в комнате поднимается от батарей к потолку). Данное явление называется конвекцией. Чтобы не расходовать тепло отопительной системы впустую, нужно пользоваться современными обогревателями, обеспечивающими принудительную циркуляцию воздуха.

Конвективный тепловой поток от нагревателя к нагреваемой среде зависит от начальной скорости движения молекул, плотности, вязкости, теплопроводности и теплоемкости и среды; очень важны также размер и форма нагревателя. Соотношение между соответствующими величинами подчиняется закону Ньютона

где q – тепловой поток (измеряемый в ваттах), A – площадь поверхности источника тепла (в м2), TW и T – температуры источника и его окружения (в кельвинах). Коэффициент конвективного теплопереноса h зависит от свойств среды, начальной скорости ее молекул, а также от формы источника тепла, и измеряется в единицах Вт/(м2хК).

Величина h неодинакова для случаев, когда воздух вокруг нагревателя неподвижен (свободная конвекция) и когда тот же нагреватель находится в воздушном потоке (вынужденная конвекция). В простых случаях течения жидкости по трубе или обтекания плоской поверхности коэффициент h можно рассчитать теоретически. Однако найти аналитическое решение задачи о конвекции для турбулентного течения среды пока не удается. Турбулентность – это сложное движение жидкости (газа), хаотичное в масштабах, существенно превышающих молекулярные.

Если нагретое (или, наоборот, холодное) тело поместить в неподвижную среду или в поток, то вокруг него образуются конвективные токи и пограничный слой. Температура, давление и скорость движения молекул в этом слое играют важную роль при определении коэффициента конвективного теплопереноса.

Конвекцию необходимо учитывать при проектировании теплообменников, систем кондиционирования воздуха, высокоскоростных летательных аппаратов и многих других устройств. Во всех подобных системах одновременно с конвекцией имеет место теплопроводность, причем как между твердыми телами, так и в окружающей их среде. При повышенных температурах существенную роль может играть и лучистый теплообмен.

Лучистый теплообмен. Третий вид теплопередачи – лучистый теплообмен – отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум. Сходство же его с другими способами передачи тепла в том, что он тоже обусловлен разностью температур. Тепловое излучение – это один из видов электромагнитного излучения. Другие его виды – радиоволновое, ультрафиолетовое и гамма-излучения – возникают в отсутствие разности температур.

На рис. 8 представлена зависимость энергии теплового (инфракрасного) излучения от длины волны. Тепловое излучение может сопровождаться испусканием видимого света, но его энергия мала по сравнению с энергией излучения невидимой части спектра.

Интенсивность теплопередачи путем теплопроводности и конвекции пропорциональна температуре, а лучистый тепловой поток пропорционален четвертой степени температуры и подчиняется закону Стефана – Больцмана

где, как и ранее, q – тепловой поток (в джоулях в секунду, т.е. в Вт), A – площадь поверхности излучающего тела (в м2), а T1 и T2 – температуры (в кельвинах) излучающего тела и окружения, поглощающего это излучение. Коэффициент  называется постоянной Стефана – Больцмана и равен (5,66961х0,00096)х10–8 Вт/(м2 К4).

Термодинамика, химическая термодинамика, термодинамические системы. Энергия и внутренняя энергия. Понятие теплоты и работы. Взаимосвязь между внутренней энергией, работой и теплотой. Энергия упорядоченного движения и энергия хаотического движения.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	27.07.2015
Размер файла	35,9 K

Подобные документы

Передача энергии от одного тела к другому. Внутренняя энергия и механическая работа. Первое начало термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики. Определение энтропии. Теоремы Карно и круговые циклы. Процессы, происходящие во Вселенной.

реферат [136,5 K], добавлен 23.01.2012

Закон сохранения энергии и первое начало термодинамики. Внешняя работа систем, в которых существенную роль играют тепловые процессы. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа. Законы Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака, уравнение Пуассона.

презентация [0 b], добавлен 25.07.2015

Кинетическая энергия беспорядочного движения частиц. Зависимость внутренней энергии от макроскопических параметров. Передача энергии от одного тела к другому без совершения работы. Удельная теплота плавления и парообразования. Первый закон термодинамики.

контрольная работа [563,0 K], добавлен 14.10.2011

Механическая работа и энергия. Закон сохранения энергии. Динамика материальной точки, движущейся по окружности. Следствия уравнения Бернулли. Молекулярная физика и термодинамика. Молекулярно-кинетическая теория газов. Первое начало термодинамики.

учебное пособие [5,8 M], добавлен 13.10.2013

Вывод первого начала термодинамики через энергию. Уравнение состояния идеального газа, уравнение Менделеева-Клапейрона. Определение термодинамического потенциала. Свободная энергия Гельмгольца. Термодинамика сплошных сред. Тепловые свойства среды.

практическая работа [248,7 K], добавлен 30.05.2013

Теплота и работа ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Опыты показывают, что при протекании термодинамического процесса тела, участвующие в нем, обмениваются между собой энергией. В итоге энергия одних тел возрастает, а других — уменьшается. Передача энергии от одних тел к другим может происходить двумя способами.

Первый способ представляет передачу энергии в форме теплоты. Такая передача энергии происходит между телами, имеющими различную температуру и приведенными в соприкосновение, либо между телами, находящимися на расстоянии, посредством электромагнитных волн (тепловое излучение). При этом передача энергии происходит от более нагретых тел к менее нагретым. Количество энергии, переданное таким способом, называют количеством теплоты.

Теплота, как и любая энергия, измеряется в джоулях. Произвольное количество теплоты принято обозначать буквой Q, а удельное (отнесенное к 1 кг массы) — ( Подведенная теплота считается положительной, а отведенная — отрицательной.

Второй способ передачи энергии называется передачей энергии в форме работы, а количество переданной энергии называется работой. Передача энергии в этом случае происходит при перемещении всего тела или его части в пространстве. При этом тело должно либо двигаться в силовом поле, либо изменять свой объем иод действием внешнего давления [11, "https://referat.bookap.info"].

Если тело получает энергию в форме работы, то считается, что над этим телом совершается работа. При отдаче телом энергии в форме работы — тело затрачивает работу. Затраченная телом работа считается положительной, а работа, совершенная над телом, — отрицательной. Работа, как н теплота, измеряется в джоулях. Произвольное количество энергии, переданное в форме работы, обозначается буквой L, а удельное — /.

Таким образом, теплота и работа являются двумя качественно и количественно различными формами передачи энергии от одних тел к другим.

Работа представляет собой макрофизическую форму передачи энергии, а теплота является совокупностью микрофизических процессов. Передача энергии в виде теплоты происходит на молекулярном уровне без видимого движения тел.

В термодинамике под энергией понимают меру способности системы совершать работу, при этом полную энергию системы разделяют на внешнюю и внутреннюю. Внешняя энергия системы состоит из энергии движения системы как целого и потенциальной энергии системы в поле внешних сил, а энергия всех видов движения и взаимодействия частиц, входящих в систему, называется внутренней энергией и обозначается U.

Очевидно, что внутренняя энергия состоит из энергии поступательного и вращательного движения молекул, колебательного движения атомов, межмолекулярного взаимодействия, внутриатомной энергии заполнения электронных уровней, внутриядерной.

При росте температуры внутренняя энергия растет. При взаимодействии системы с окружающей средой происходит обмен энергией. Способ передачи энергии, связанный с изменением внешних параметров системы называется работой. Способ передачи без изменения внешних параметров называется теплотой, а процесс передачи теплообменом.

Количество энергии, переданное системой с изменением внешних параметров, называется работой А. Работа – способ передачи упорядоченного движения.

Работа и теплота Q не являются видами энергии, а характеризуют лишь способ передачи энергии, т.е. процесс. Состоянию системы не соответствует какое-либо значение А или Q. Мы будем считать, что A > 0, если система совершает работу против сил сопротивления внешней среды, и Q > 0, если энергия передается системе. Теплоту и работу измеряем в одних единицах.

Любая термодинамическая система обладает функцией состояния – внутренней энергией. Эта функция состояния возрастает на величину сообщенного системе количества тепла dQ и уменьшается на величину совершенной системой внешней работы dA. Для замкнутой системы справедлив закон постоянства энергии.

Если в наличии конечное изменение состояния, то имеем конечный процесс 1 → 2: (2), , , .

(2) превращается в (3). U, Q и А имеют одинаковую размерность.

2.4. Работа расширения.

Пусть наша система характеризуется только одним внешним параметром объемом V. Давление Р характеризует взаимодействие системы с внешней средой и измеряется силой, отнесенной к единице поверхности. Если система находится в равновесии, то давление одинаково во всех частях системы и равняется внешнему давлению. Тогда работа изменения объема системы:

, , - зависит от р=р(V).

V = Const, то dV = 0, dA=0, то A=0, т.е. ΔU = , в этом случае тепловой эффект равен изменению функции состояния.

p = Const, то ; T = Const, то . В этом случае необходимо знать уравнение состояния системы .

Если система - идеальный газ, то , поскольку pV = nRT, А в связи с тем, что при T=const p₁V₁ = p₂V_2.

R = 0,082 Это стоит запомнить.

Кроме того, при Т = Const для идеального газа U = Const, dU = 0, A = Q, т.е. все тепло, полученное идеальным газом, перешло в работу.

Для адиабатического процесса dQ = 0 (Q = 0), dU = -dA, -ΔU = A т.е. положительная работа совершается за счет уменьшения U.

2.5. Теплота и теплоемкость.

Теплоемкостью системы называется отношение количества тепла, сообщенного системе в каком-либо процессе, к соответствующему изменению температуры:

1 кал = 4,1840 дж, 1 дж = 10 7 эрг (СИ)

Поскольку Q-функция процесса, то , а , .

Связь между С_р и С_v для любых систем найдем следующим образом.

dQ = dU + pdV I закон.

Выберем в качестве независимых переменных объем и температуру, тогда внутренняя энергия:

и ,

а .

Разделим правую и левую части на dT, получим:

.

Отношение есть отношение приращений независимых переменных, то есть величина неопределенная, и чтобы снять неопределенность, необходимо указать характер процесса. Пусть процесс изохорный.

V = Const и =С_V.

Отсюда .

Далее при p = Const = С_р

И для любых систем .

Для идеальных газов (Строго докажем при II законе).

А поскольку pV = RT, то .

Заметим, что – работа, которую совершает система, преодолевая внутренние силы сцепления. Производная имеет размерность давления и называется внутренним давлением.

Полная энергия системы состоит из трех видов энергии: кинетической энергии движения системы как целого объекта, потенциальной энергии, обусловленной положением системы в каком-либо внешнем поле, и внутренней энергии. Обычно химические реакции протекают в стационарных установках при отсутствии электрических и магнитных полей, а воздействие гравитационного поля Земли на химические реакции является столь малым, что не может быть экспериментально установлено. В этом случае изменения кинетической и потенциальной энергии можно не учитывать и считать, что изменение полной энергии системы определяется лишь изменением ее внутренней энергии.

Внутренняя энергия U представляет собой сумму четырех слагаемых, каждое из которых характеризует определенный вид движения в системе: кинетическую энергию движения (поступательного, вращательного, колебательного) структурных частиц (E_к), потенциальную энергию межмолекулярного взаимодействия (Е_п), химическую энергию внутримолекулярной химической связи (Е_х), атомную энергию взаимодействия нуклонов в ядрах (Е_а):

Поскольку в химических реакциях ядерные перестройки не происходят, Е_а системы постоянна, а изменяются кинетическая, потенциальная и химическая энергии. Поэтому при переходе из начального состояния системы (1), от исходных веществ (реагентов) в конечное (2), к продуктам реакции изменение внутренней энергии будет равно:

Абсолютные значения U₁ и U₂ неизвестны, поэтому можно судить только о суммарном изменении внутренней энергии системы ?U, по обмену внутренней энергии системы с внешней средой и таким формам обмена энергией, как теплота и работа.

Теплота — результат изменения внутренней энергии, характеризующий передачу хаотического поступательного, колебательного и вращательного движения от структурных частиц системы к частицам внешней среды (или наоборот) путем теплопроводности, излучения или конвекции. Такую передачу энергии называют теплопередачей. Количественно изменение внутренней энергии в процессе теплопередачи оценивают количеством переданной теплоты q.

Теплопередача возможна только при наличии разности температур системы и внешней среды. Для экзотермических реакций, идущих с выделением теплоты, когда температура системы больше, чем внешней среды, система теряет энергию и q 0. Если внешняя среда представляет собой вакуум, то теплообмен не происходит и q = 0, внутренняя энергия системы остается без изменения, т. е. ?U= 0. При равенстве температур системы и внешней среды ?T = 0 и q = 0. Однако это не говорит об отсутствии теплопередачи, она будет происходить, но так, что количество поглощенной теплоты в единицу времени равно количеству выделенной. В этом случае говорят о состоянии теплового равновесия между системой и внешней средой.

Работа — результат изменения внутренней энергии, характеризующий передачу упорядоченного поступательного движения от организованного потока частиц системы к частицам внешней среды (или наоборот) с созданием в ней такого же организованного, поступательно движущегося потока частиц. Количество совершенной в этом процессе работы A определяет изменение внутренней энергии. В химических реакциях обычно изменяется объем газообразных реагентов и продуктов реакции и совершается работа расширения или сжатия системы.

Работа расширения или сжатия при постоянном внешнем давлении окружающей среды (р = const) равна

где А_м — механическая работа; V₁ и V₂ — объемы системы соответственно после окончания и до начала химической реакции.

Если V₂ > V₁, система расширяется, работа будет положительной (A_м>0) и тем больше, чем выше внешнее постоянное давление р. Если система расширяется в вакуум, работа отсутствует, р = 0 и А_м = p?V =0.

Читайте также:


Методы оценки состояния пострадавшего реферат

Ценности интересы нормы как духовная основа личности реферат

Материалы для трубопроводов реферат

Основные экологические приоритеты современного мира реферат

Проект в виде реферата