Termodinamik ve ısı transferi. Isı transferi ve hesaplama yöntemleri. Isı transferi ...

Bugün "Isı transferi nedir?" Sorusunun cevabını bulmaya çalışacağız ...? Makalede, sürecin ne olduğunu, doğada ne varolduğunu ve ayrıca ısı transferi ile termodinamik arasındaki ilişkinin ne olduğunu öğreneceğiz.

tanım

Isı transferi fiziksel bir süreçtir, özü de ısı enerjisinin aktarımıdır . Değişim, iki beden veya sistem arasında meydana gelir. Aynı zamanda sıcaklığın daha sıcak gövdelerden daha az ısıtılmış cisimlere aktarılması bir ön şarttır.

Proses Özellikleri

Isı transferi, hem doğrudan temas halinde hem de bölme bölmelerinin varlığında oluşabilen bir fenomen türüdür. İlk durumda, her şey net, ikinci durumda, bariyerler olarak ceset, malzeme ve medya kullanılabilir. Isı aktarımı, iki veya daha fazla cisimden oluşan bir sistemin termal dengeye girmediği durumlarda meydana gelecektir. Yani nesnelerden biri diğerinden daha yüksek veya daha düşük bir sıcaklığa sahiptir. Daha sonra ısı enerjisinin aktarımı gerçekleşir. Sistemin termodinamik veya termal denge durumuna gelmesi durumunda bunun sona ereceğini varsaymak mantıklıdır. Termodinamiğin ikinci kanununu anlatabildiğimiz için süreç spontan oluyor .

türleri

Isı transferi, üç yoldan ayrılabilen bir süreçtir. Temel nitelikte olacaklar, çünkü içinde kendi karakteristik özelliklerine sahip gerçek alt kategorileri genel kanunlara ayırabileceklerinden biri. Bugüne kadar, üç tip ısı transferini ayırt etmek yaygın bir durumdur . Bu termal iletkenlik, konveksiyon ve radyasyon. Belki ilkiyle başlayalım.

Isı transferi yolları . Termal iletkenlik.

İşte enerjinin transferini gerçekleştirmek için bu maddenin veya maddi cesedin mülküne böyle çağırılır. Bu durumda, daha ısıtılmış kısımdan soğuk olana doğru aktarılır. Bu olgunun merkezinde moleküllerin kaotik hareket ilkesi yer alır. Bu sözde Brown hareketi. Vücut sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, moleküller o kadar aktif olur ki daha fazla kinetik enerjiye sahiptirler. Termal iletkenlik sürecinde, elektronlar, moleküller ve atomlar katılır. Farklı bölümleri eşit olmayan bir sıcaklığa sahip olan bedenlerde yapılır.

Eğer madde ısı iletme yeteneğine sahipse, nicel bir karakteristik varlığı hakkında konuşabiliriz. Bu durumda rolü, termal iletkenlik katsayısı ile oynanır. Bu özellik, birim zaman ve alan birimi boyunca ne kadar ısı geçeceğini gösterir. Bu durumda, vücudun sıcaklığı tam 1 K ile değişecektir.

Daha önce, çeşitli bedenlerde (bünyedeki ısı aktarımları da dahil) ısı değiş tokuşunun, vücudun bir bölümünden diğerine ısı diye adlandırılan şeylerin akması gerçeğine inanılıyordu. Bununla birlikte, kimse onun gerçek varlığının herhangi bir işaretini bulamadı ve moleküler-kinetik teori belirli bir düzeye gelindiğinde, herkes ısıyı düşünmeyi unuttu, çünkü hipotez savunulamaz olduğu ortaya çıktı.

Konveksiyon. Suyun ısı transferi

Bu ısı alışverişi yöntemiyle iç akışlarla iletim anlaşılır. Bir su ısıtıcısını su ile hayal edelim. Bilindiği gibi, daha fazla ısıtılmış hava akışı yukarı doğru yükselir. Ve soğuk, ağır, düşer. Peki neden su farklı olmalı? Onunla kesinlikle aynı. Ve şimdi böyle bir döngü sürecinde, ne kadar çok su katmanı olsa da, termal denge durumunun başlangıcından önce ısınacak. Tabii ki bazı koşullarda.

radyasyon

Bu yöntem, elektromanyetik radyasyon ilkesinden oluşur. Bu, iç enerjiden kaynaklanmaktadır. Termal radyasyon teorisine girmeyeceğiz, burada sebebin yüklü parçacıkların, atomların ve moleküllerin düzenlenmesi olduğuna dikkat çekiyoruz.

Isı iletiminde basit problemler

Şimdi, ısı transferi hesaplamasının pratikte nasıl olduğu hakkında konuşalım. Isı miktarı ile ilgili basit bir görevi çözelim. Diyelim ki yarım kilograma eşit bir su kütlesi var. İlk su sıcaklığı 0 derece Celsius, son sıcaklık 100'tür. Bu madde kütlesini ısıtmak için harcadığımız ısının miktarını bulalım.

Bunun için, Q'nun ısı miktarı, c'nin suyun özgül ısısı, m'nin maddenin kütlesi, t _1'in başlangıç noktası, t _2'nin nihai sıcaklığı olduğu Q = cm (t ₂ -t ₁ ) formülüne ihtiyacımız var. Su için c değeri tabulardır. Isı kapasitesi 4200 J / kg * C olacaktır. Şimdi bu değerleri formülde değiştirin. Isı miktarının 210000 J veya 210 kJ'ye eşit olacağını alalım.

Termodinamiğin birinci yasası

Termodinamik ve ısı transferi bazı kanunlarla birbiriyle ilişkilidir. Sistem içindeki iç enerjideki değişiklikler iki yöntemle başarılabilir bilgisine dayanırlar. Birincisi - mekanik işlerin yerine getirilmesi. İkincisi, belli miktarda ısının mesajıdır. Bu arada, bu ilke termodinamiğin birinci kanununa dayanmaktadır. İşte onun ifadesi: eğer sistem belirli bir ısı miktarından haberdar edilmişse harici organlar üzerinde çalışma yapmak ya da iç enerjisini arttırmak harcanacak. Matematiksel gösterim: dQ = dU + dA.

Olumlu ya da olumsuz mu?

Termodinamiğin birinci yasasının matematiksel gösterimine giren tüm nicelikler, artı işareti veya eksi işareti ile yazılabilir. Ve onların tercihi sürecin şartları tarafından belirlenecek. Sistemin belirli bir miktarda ısı aldığını varsayalım. Bu durumda, içindeki cisimler ısıtılır. Sonuç olarak gaz genleşmesi gerçekleşir, bu da işin yapıldığı anlamına gelir. Sonuç olarak, değerler pozitif olacaktır. Isı miktarı alınırsa, gaz soğur, üstünde çalışma yapılır. Değerler zıt değerler alacaktır.

Termodinamiğin birinci yasasının alternatif formülasyonu

Varsayalım ki periyodik olarak çalışan bir motorumuz var. İçinde, çalışma organı (veya sistem) dairesel bir süreç gerçekleştirir. Genellikle bir döngü denir. Sonuç olarak, sistem orijinal durumuna geri dönecektir. Bu durumda iç enerji değişiminin sıfır olacağını varsaymak mantıklı olacaktır. Isı miktarının mükemmel işe eşit olacağı ortaya çıkıyor. Bu hükümler, termodinamiğin birinci yasasını farklı bir biçimde formüle edebilmeyi mümkün kılar.

Buradan doğada, birinci tür bir sürekli hareketli makina bulunamadığını anlayabiliyoruz. Yani, dışarıdan alınan enerjiyle karşılaştırıldığında daha fazla iş yapan bir cihaz. Bu durumda eylemler periyodik olarak yapılmalıdır.

Isprosesler için termodinamiğin birinci yasası

Önce izokorik süreci düşünelim. Bununla birlikte, hacim sabit kalır. Yani, ses seviyesi değişimi sıfır olacaktır. Sonuç olarak, iş aynı zamanda sıfır olacaktır. Bu terimi termodinamiğin birinci yasasından düşürdük ve bundan sonra dQ = dU formülünü elde ettik. Dolayısıyla, izokorik bir süreçte, sisteme sağlanan tüm ısı, gazın veya karışımın iç enerjisini arttırmaya gidiyor.

Şimdi izobarik süreç hakkında konuşalım. İçindeki sabit değer baskı altında kalır. Bu durumda iç enerji, işe paralel olarak değişecektir. İşte orijinal formül: dQ = dU + pdV. Yapılan işi kolayca hesaplayabiliriz. UR (T ₂ -T ₁ ) ifadesine eşit olacaktır. Bu arada, evrensel gaz sabitinin fiziksel anlamı budur. Bir mol gaz varlığında ve bir Kelvin sıcaklık farkında evrensel gaz sabiti, izobarik süreçte gerçekleştirilen işe eşit olacaktır.