Термодинамика и теплопередача

Содержание
  1. Термодинамика и теплопередача. Способы теплопередачи и расчет. Теплопередача — это..
  2. Определение
  3. Особенности процесса
  4. Способы теплопередачи. Теплопроводность
  5. Конвекция. Теплопередача воды
  6. Излучение
  7. Простые задачи на теплопроводность
  8. Первое начало термодинамики
  9. Плюсы или минусы?
  10. Альтернативная формулировка первого закона термодинамики
  11. Первое начало термодинамики для изопроцессов
  12. Алабовский — Техническая термодинамика и теплопередача | ТЕПЛОТА — все для теплоэнергетика и теплотехника
  13. Глава 1.1.1. Предмет и метод термодинамики. Основные понятия
  14. Глава 2 2.1. Задачи анализа и общие аналитические
  15. Глава 3 3.1. Общие свойства реальных газов
  16. Глава 4 4.1. Основные определения и характеристики
  17. Глава 5 5.1. Основные понятия и определения
  18. Глава 6 Термодинамические основы анализа циклов тепловых машин
  19. Глава 7 Циклы тепловых двигателей и установок
  20. Глава 8 Циклы холодильных установок и тепловых насосов
  21. Глава 9 Методы термодинамического анализа эффективности преобразования энергии
  22. Глава 10 Основные понятия и определения
  23. Глава 11 Дифференциальные уравнения теплообмена основы теории подобия
  24. Глава 12 Общие понятия теплопроводности
  25. Глава 13 Теплопроводность стационарном режиме
  26. Глава 14 14.1. Постановка задачи, обобщенное уравнение для температурного поля
  27. Глава 15 15.1. Метод конечных разностей
  28. Глава 16 16.1. Физические особенности процесса теплоотдачи
  29. Глава 17 17.1. Теплоотдача при продольном омывании плоской поверхности вынужденным потоком
  30. Глава 18 18.1. Теплоотдача при кипении
  31. Глава 19 19.1. Основные понятия и определения
  32. Глава 20 20.1. Классификация теплообменных аппаратов
  33. Термодинамика. Теплообмен
  34. Теплопроводность
  35. Конвекция. Конвективный теплообмен
  36. Лучистый теплообмен
  37. Термодинамика и теплопередача
  38. Суть термодинамики в физике
  39. Термодинамическая система
  40. Особенности процесса теплопередачи
  41. Способы теплопередачи и теплопроводность

Термодинамика и теплопередача. Способы теплопередачи и расчет. Теплопередача — это..

Термодинамика и теплопередача

Сегодня мы попытаемся найти ответ на вопрос “Теплопередача — это?..”. В статье рассмотрим, что представляет собой процесс, какие его виды существуют в природе, а также узнаем, какова связь между теплопередачей и термодинамикой.

Определение

Теплопередача — это физический процесс, суть которого заключается в передаче тепловой энергии. Обмен происходит между двумя телами или их системой. При этом обязательным условием будет передача тепла от более нагретых тел к менее нагретым.

Особенности процесса

Теплопередача — это тот самый вид явления, который может происходить и при прямом контакте, и при наличии разделяющих перегородок. В первом случае все ясно, во втором же в качестве преград могут быть использованы тела, материалы, среды.

Теплопередача будет происходить в случаях, если система, состоящая из двух или более тел, не находится в состоянии теплового равновесия. То есть, один из объектов имеет большую или меньшую температуру по сравнению с другим. Вот тогда происходит передача тепловой энергии.

Логично предположить, что она завершится тогда, когда система придет в состояние термодинамического, или теплового равновесия. Процесс происходит самопроизвольно, о чем нам может рассказать второе начало термодинамики.

Теплопередача — это процесс, который можно разделить на три способа. Они будут иметь основную природу, поскольку внутри них можно выделить настоящие подкатегории, имеющие свои характерные особенности наравне с общими закономерностями. На сегодняшний день принято выделять три вида теплопередачи. Это теплопроводность, конвекция и излучение. Начнем с первой, пожалуй.

Способы теплопередачи. Теплопроводность

Так называется свойство того или иного материального тела совершать перенос энергии. При этом она переносится от более нагретой части к той, что холоднее. В основе этого явления лежит принцип хаотичного движения молекул. Это так называемое броуновское движение.

Чем больше температура тела, тем активнее в нем двигаются молекулы, поскольку они обладают большей кинетической энергией. В процессе теплопроводности участвуют электроны, молекулы, атомы. Осуществляется она в телах, разные части которых имеют неодинаковую температуру.

Если вещество способно проводить тепло, мы можем говорить о наличии количественной характеристики. В данном случае ее роль играет коэффициент теплопроводности. Эта характеристика показывает, какое количество теплоты пройдет через единичные показатели длины и площади за единицу времени. При этом температура тела изменится ровно на 1 К.

Ранее считалось, что обмен теплом в различных телах (в том числе и теплопередача ограждающих конструкций) связана с тем, что от одной части тела к другой перетекает так называемый теплород.

Однако признаков его действительного существования никто так и не нашел, а когда молекулярно-кинетическая теория развилась до определенного уровня, про теплород все и думать забыли, поскольку гипотеза оказалось несостоятельной.

Конвекция. Теплопередача воды

Под этим способом обмена тепловой энергией понимается передача при помощи внутренних потоков. Давайте представим себе чайник с водой. Как известно, более нагретые воздушные потоки поднимаются наверх.

А холодные, более тяжелые, опускаются вниз. Так почему же с водой все должно быть иначе? С ней все абсолютно так же. И вот в процессе такого цикла все слои воды, сколько бы их ни было, нагреются до наступления состояния теплового равновесия.

В определенных условиях, конечно.

Излучение

Этот способ заключается в принципе электромагнитного излучения. Оно возникает благодаря внутренней энергии. Сильно вдаваться в теорию теплового излучения не станем, просто отметим, что причина здесь заключается в устройстве заряженных частиц, атомов и молекул.

Простые задачи на теплопроводность

Сейчас поговорим о том, как на практике выглядит расчет теплопередачи. Давайте решим простенькую задачу, связанную с количество теплоты. Допустим, что у нас есть масса воды, равная половине килограмма. Начальная температура воды – 0 градусов по Цельсию, конечная – 100. Найдем количество теплоты, затраченное нами для нагревания этой массы вещества.

Для этого нам потребуется формула Q = cm(t2-t1), где Q – количество теплоты, c – удельная теплоемкость воды, m – масса вещества, t1 – начальная, t2 – конечная температура. Для воды значение c носит табличный характер. Удельная теплоемкость будет равна 4200 Дж/кг*Ц. Теперь подставляем эти значения в формулу. Получим, что количество теплоты будет равно 210000 Дж, или 210 кДж.

Первое начало термодинамики

Термодинамика и теплопередача связаны между собой некоторыми законами. В их основе — знание о том, что изменения внутренней энергии внутри системы можно достичь при помощи двух способов. Первый — совершение механической работы. Второй – сообщение определенного количества теплоты.

На этом принципе базируется, кстати, первый закон термодинамики. Вот его формулировка: если системе было сообщено некоторое количество теплоты, оно будет потрачено на совершение работы над внешними телами или на приращение ее внутренней энергии. Математическая запись: dQ = dU + dA.

Плюсы или минусы?

Абсолютно все величины, которые входят в математическую запись первого закона термодинамики, могут быть записаны как со знаком “плюс”, так и со знаком “минус”. Причем выбор их будет диктоваться условиями процесса.

Допустим, что система получает некоторое количество теплоты. В таком случае тела в ней нагреваются. Следовательно, происходит расширение газа, а значит, совершается работа. В итоге величины будут положительными.

Если же количество теплоты отнимают, газ охлаждается, над ним совершается работа. Величины примут обратные значения.

Альтернативная формулировка первого закона термодинамики

Предположим, что у нас есть некий периодически действующий двигатель. В нем рабочее тело (или же система) совершают круговой процесс. Его принято называть циклом. В итоге система вернется к первоначальному состоянию.

Логично было бы предположить, что в таком случае изменение внутренней энергии будет равным нулю. Получается, что количество теплоты станет равно совершенной работе.

Эти положения позволяют сформулировать первый закон термодинамики уже по-другому.

Из него мы можем понять, что в природе не может существовать вечный двигатель первого рода. То есть, устройство, которое совершает работу в большем количестве по сравнению с полученной извне энергией. При этом действия должны совершаться периодически.

Первое начало термодинамики для изопроцессов

Рассмотрим для начала изохорический процесс. При нем объем остается постоянным. А значит, изменение объема будет равно нулю. Следовательно, работа так же будет равна нулю. Выкинем это слагаемое из первого начала термодинамики, после чего получим формулу dQ = dU. Значит, при изохорическом процессе все тепло, подведенное к системе, уходит на увеличение внутренней энергии газа или смеси.

Теперь поговорим об изобарическом процессе. Постоянной величиной в нем остается давление. При этом внутренняя энергия будет изменяться параллельно совершению работы. Вот первоначальная формула: dQ = dU + pdV. Мы можем легко вычислить совершаемую работу.

Она будет равна выражению uR(T2-T1). Кстати, это есть физический смысл универсальной газовой постоянной.

При наличии одного моля газа и разнице температур, составляющей один Кельвин, универсальная газовая постоянная будет равна работе, совершаемой при изобарическом процессе.

Источник: https://FB.ru/article/241047/termodinamika-i-teploperedacha-sposobyi-teploperedachi-i-raschet-teploperedacha---eto

Алабовский — Техническая термодинамика и теплопередача | ТЕПЛОТА — все для теплоэнергетика и теплотехника

Термодинамика и теплопередача

В книге Алабовский — Техническая термодинамика и теплопередача изложены законы термодинамики и их приложение к анализу круговых процессов и циклов тепловых двигателей и холодильных установок. Рассмотрены задачи теплопроводности, конвективного теплообмена и теплового излучения, а также основы расчета теплообменных аппаратов.

Третье издание (2-е изд.— 1981 г.) книги Алабовский — Техническая термодинамика и теплопередача дополнено примерами решения типовых задач, вопросами и заданиями для самоконтроля знаний.

В первой части пособия излагаются основные понятия и законы термодинамики, термодинамические свойства рабочих тел, анализ термодинамических процессов и циклов. Рассматриваются циклы тепловых двигателей и холодильных машин, приводится эксергетический анализ эффективности тепломеханических систем.

Во второй части описываются явления теплопроводности, конвективного теплообмена и теплового излучения, даются основы теплового расчета теплообменпых аппаратов. Изложение математической теории теплообмена и теории подобия в начале второй части пособия позволило обеспечить единый подход к рассмотрению задач теплопроводности и конвективного теплообмена и избежать повторений.

Скачать — Алабовский — Техническая термодинамика и теплопередача >>

Ниже приведено содержание книги Алабовский — Техническая термодинамика и теплопередача:

Глава 1.1.1. Предмет и метод термодинамики. Основные понятия

1.2, Основные понятия и определения и законы термодинамики1.3. Термические параметры состояния и связь между ними1.4. Калорические параметры состояния1.5. Термодинамический процесс и его энергетические характеристики1.6. Первый закон термодинамики1.7. Теплоемкость

1.8. Второй закон термодинамики

Глава 2 2.1. Задачи анализа и общие аналитические

2.1. Анализ термозависимости динамических процессов2.2. Основные термодинамические процессы с идеальным газом

2.3. Политропный процесс и его обогщающее значение

Глава 3 3.1. Общие свойства реальных газов

3.1. Термодинамические свойства3.2. Водяной пар и его характеристики реальных газов (паров)3.3. Анализ трех стадий получения перегретого пара и процессы с ними

3.4. h — s-диаграмма и анализ основных термодинамических процессов с водяным паром

Глава 4 4.1. Основные определения и характеристики

4.1. Термодинамические свойства влажного воздуха и процессы с ним
4.2. Н — d-диаграмма влажного воздуха

Глава 5 5.1. Основные понятия и определения

5.1. Термодинамические основы анализа для потока вещества5.2. Уравнение первого закона термодинамики потока газов и паров5.3. Истечение газов и паров5.4. Дросселирование газов и паров

5.5. Нагнетание газов и паров

Глава 6 Термодинамические основы анализа циклов тепловых машин

6.1. Классификация и общая характеристика циклов
6.2. Цикл Карно и его научно-практическое значение

Глава 7 Циклы тепловых двигателей и установок

7.1. Циклы двигателей внутреннего сгорания7.2. Циклы газотурбинных установок7.3. Основной цикл паросиловых установок7.4. Способы повышения тепловой эффективности паросиловых установок

7.5. Особенности циклов атомных электростанций

Глава 8 Циклы холодильных установок и тепловых насосов

8.1. Общая характеристика холодильных установок8.2. Цикл воздушной компрессорной холодильпой установки8.3. Цикл паровой компрессорной холодиль ной установок8.4. Цикл абсорбционной холодильной устаповю8.5. Цикл теплового насоса

8.6. Понятие о цикле глубокого холода

Глава 9 Методы термодинамического анализа эффективности преобразования энергии

9.1. Метод к. п. д9.2. Эксергетический метод

9.3. Эксергетические баланс и к.п.д.

Глава 10 Основные понятия и определения

10.1. Способы переноса теплоты10.2. Температурное поле и тепловой поток

10.3. Законы переноса теплоты

Глава 11 Дифференциальные уравнения теплообмена основы теории подобия

11.1. Дифференциальные уравнения теплообмена11.2. Краевые условия

11.3. Основы теории подобия

Глава 12 Общие понятия теплопроводности

12.1. Дифференциальное уравнение теплопроводности12.2. Коэффициент теплопроводности

12.3. Граничные условия

Глава 13 Теплопроводность стационарном режиме

13.1. Теплопроводность плоской стенки при граничных условиях первого рода13.2. Теплопроводность цилиндрической стенки при граничных условиях первого рода13.3. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенок при граничных условиях третьего рода (теплопередача)13.4. Критический диаметр тепловой изоляции

13.5. Интенсификация теплопередачи

Глава 14 14.1. Постановка задачи, обобщенное уравнение для температурного поля

14.1. Теплопроводность при нестационарном режиме14.2. Аналитическое решение в случае плоской стенки (пластины)14.3. Определение температуры тел конечных размеров

14.4. Регулярный тепловой режим

Глава 15 15.1. Метод конечных разностей

15.1. Приближенные методы решения задач теплопроводности
15.2. Метод аналогии.  Пример решения задачи

Глава 16 16.1. Физические особенности процесса теплоотдачи

16.1. Конвективный теплообмен16.2. Коэффициент теплоотдачи16.3. Связь между теплоотдачей и трением

16.4. Моделирование теплоотдачи

Глава 17 17.1. Теплоотдача при продольном омывании плоской поверхности вынужденным потоком

17.1. Теплоотдача  в однофазной среде жидкости17.2. Теплоотдача при вынужденном течении 208 жидкости в трубах и каналах17.3. Теплоотдача при поперечном обтекании труб

17.4. Теплоотдача при свободном движении жидкости

Глава 18 18.1. Теплоотдача при кипении

18.1. Теплоотдача при фазовых переходах18.2. Теплоотдача при конденсации

18.3. Основные, закономерности тепломассообмена

Глава 19 19.1. Основные понятия и определения

Теплообмен 19.2. Законы теплового излучения излучением19.3. Теплообмен излучением между твердыми телами, разделенными прозрачной средой19.4. Теплообмен излучением при наличии экранов19.5. Особенности излучения газов

19.6. Радиационно-конвективный теплообмен

Глава 20 20.1. Классификация теплообменных аппаратов

20.1. Теплообменные аппараты20.2. Расчет рекуперативных теплообменных аппаратов20.3. Средний температурный напор

20.4. Расчет конечных температур рабочих жидкостей

Скачать — Алабовский — Техническая термодинамика и теплопередача >>

Источник: https://www.teplota.org.ua/2018-06-09-alabovskij-texnicheskaya-termodinamika-i-teploperedacha.html

Термодинамика. Теплообмен

Термодинамика и теплопередача

Теплообмен — это самопроизвольный (т. е. совершаемый без принуждения) процесс передачи теплоты, происходящий между телами с разной температурой.

Можно сказать, что теплообмен — один из способов изменения внутренней энергии тела. Различают три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекцию и лучистый теплообмен.

Теплопроводность

Теплопроводность — это вид теплопередачи, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц (молекул, атомов) более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.

Рассмотрим ряд опытов с нагревом твердого тела, жидкости и газа.

Закрепим в штативе толстую медную проволоку, а к проволоке прикрепим воском или пластилином несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится, и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Причем сначала отпадают те, что находятся ближе к пламени, затем по очереди все остальные. Объясняется это следующим обра­зом.

Сначала увеличивается скорость движения тех частиц металла, которые находятся ближе к пламени. Температура проволоки в этом месте повышается. При взаимодействии этих частиц с соседними скорость последних также увеличивается, в результате чего повышается температура следующей части проволоки. Затем увеличивается скорость движения следующих частиц и т. д.

, пока не прогреется вся проволока.

Следует помнить, что при теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела, пере­носится лишь энергия.

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой. Положим в нее кусочек льда и станем нагревать верхнюю часть пробирки. Вода у поверхности скоро закипит. Лед же на дне пробирки за это время почти не растает. Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и жидких металлов.

Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышко. Палец при этом долго не чувствует тепла.

Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел. Следовательно, теплопроводность газов еще меньше.

Итак, теплопроводность различных веществ различна.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро и медь.

Если теплопроводность различных веществ сравнивать с теплопроводностью меди, то окажется, что у железа она меньше примерно в 5 раз, у воды — в 658 раз, у пористого кирпича — в 848 раз, у свежевыпавшего снега — почти в 4000 раз, у ваты, древесных опилок и овечьей шерсти — почти в 10 000 раз, а у воздуха она меньше примерно в 20 000 раз. Плохой теплопроводностью обладают также воло­сы, перья, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, ручки для кастрюль, сковородок изготавливают из пластмассы.

Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а зна­чит, предохраняют помещения от охлаждения.

На применении вакуума в качестве теплоизоля­ционного «материала» основано устройство термоса, или сосуда Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром.

Конвекция. Конвективный теплообмен

Конвекция (от лат. convectio — доставка) — это перенос массы в результате перемещения газа или жидкости.

Существуют различные виды конвекции. Мы рассмотрим свободную и вынужденную конвекции.

Свободная конвекция в газе или жидкости возникает тогда, когда имеются небольшие области, в которых плотность отличается от плотности основной окружающей их массы вещества.

Тогда в условиях земного тяготения под действием силы Архимеда эти области начинают переме­щаться.

Примером свободной конвекции является всем известное движение воздуха в помещении, в котором топится печь, имеется радиатор или другой источник тепла.

Поясним сказанное на примерах.

Поместив руку над горячей плитой или горящей электрической лампочкой, можно почувствовать, что над ними поднимаются теплые струи воздуха. Небольшая бумажная вертушка, пос­тавленная над пламенем свечи или электрической лампочкой, под действием поднимающегося нагретого воздуха начинает вращаться.

Это явление можно объяснить таким образом. Часть воздуха, которая соприкасается с теплой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотной, чем окружающий ее более холодный воздух. Под действием архимедовой (выталкивающей) силы эта более теплая часть воздуха начинает подниматься вверх.

Ее место заполняет холодный воздух. Через некоторое время, прогревшись, этот слой воздуха также поднимается вверх, уступая место следующей порции воздуха, и т. д. Это и есть конвекция. В результате перемещения более теплых слоев воздуха происходит перенос тепла (т. е.

энергии), или конвективный теплообмен.

Точно так же переносится энергия и при нагревании жидкости. Нагретые слои жидкости, менее плотные и поэтому более легкие, вытесняются вверх более тяжелыми, холодными слоями.

Холодные слои жидкости, опустившись вниз, в свою очередь, нагреваются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой жидкостью. Благодаря такому движению жидкость равномерно прогревается.

Это становится наглядным, если на дно колбы с водой бросить несколько кристалликов марганцовокислого калия, который окрашивает воду в фиолетовый цвет.

Вынужденная конвекция вызывается внешним механическим воздействием на среду.

Примерами ее являются обычное перемешивание жидкости ложечкой, движение воздуха в комнате под действием вентилятора, течение жидкости в трубе под действием гидронасоса и т. д.

Физические процессы, происходящие при вынужденной конвекции, связанной с движением тел с большими скоростями в атмосфере, моделируются в аэродинамических трубах, где воспроизводится обтека­ние неподвижных моделей потоком воздуха.

Таким образом, конвективный теплообмен может осуществляться в газообразной и жидкой среде при условии, что имеется разность температур между частями этой среды.

Для осуществле­ния эффективного конвективного теплообмена в земных условиях в жидкостях и газах их следует прогревать снизу.

Если их прогревать сверху, конвекция не происходит, ведь теплые слои и так находятся сверху и опуститься ниже холодных, более тяжелых, они не могут.

В отсутствие силы тяжести (в ракете, спутнике, межпланетном корабле) конвекция наблюдаться не будет. Следовательно, пользоваться там, например, спичками и газовыми горелками нельзя: продукты сгорания затушат пламя.

Конвекция в твердых телах происходить не может, поскольку частицы в них колеблются около определенной точки, удерживаемые сильным взаимным притяжением. В связи с этим при нагревании твердых тел потоки вещества в них образовываться не могут. Энергия в твердых телах передается теплопроводностью.

Лучистый теплообмен

Лучистый теплообмен — это теплообмен, при котором энергия переносится различными лучами.

Это могут быть солнечные лучи, а также лучи, испускаемые нагретыми телами, находящими­ся вокруг нас.

Так, например, сидя около костра, мы чувствуем, как тепло передается от огня нашему телу. Однако причиной такой теплопередачи не может быть ни теплопроводность (которая у воздуха, находящегося между пламенем и телом, очень мала), ни конвекция (так как конвекционные потоки всегда направлены вверх). Здесь имеет место третий вид теплообмена — лучистый теплообмен.

Возьмем небольшую, закопченную с одной стороны, колбу.

Через пробку в нее вста­вим изогнутую под прямым углом стеклянную трубку. В эту трубку, имеющую узкий канал, введем подкрашенную жидкость. Укрепив на трубке шкалу, получим прибор — термоскоп. Этот прибор позволяет обнаружить даже незначительное нагревание воздуха в закопченной колбе.

Если к темной поверхности термоскопа поднести кусок металла, нагретый до высокой температуры, то столбик жидкости переместится вправо. Очевидно, воздух в колбе нагрелся и расши­рился.

Быстрое нагревание воздуха в термоскопе можно объяснить лишь передачей ему энергии от нагретого тела. Как и в случае с костром, энергия здесь передалась не теплопроводностью и не конвективным теплообменом.

Энергия в данном случае передалась с помощью невидимых лучей, испускаемых нагретым телом. Эти лучи называют тепловым излучением.

Лучистый теплообмен может происходить в полном вакууме. Этим он отличается от других видов теплообмена.

Излучают энергию все тела: и сильно нагретые, и слабо, например, тело человека, печь, электрическая лампочка. Но чем выше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение. Излученная энергия, достиг­нув других тел, частично поглощается ими, а частично отражается. При поглощении энергия теплового излучения превращается во внутреннюю энергию тел, и они нагреваются.

Светлые и темные поверхности поглощают энергию по-разному.

Так, если в опыте с термоскопом повернуть колбу к нагретому телу сначала закопченной, а затем светлой стороной, то столбик жидкости в первом случае переместится на большее расстояние, чем во втором (см. рисунок выше).

Из этого следует, что тела с темной поверхностью лучше поглощают энергию (и, следовательно, сильнее нагреваются), чем тела со светлой или зеркаль­ной поверхностью.

Тела с темной поверхностью не только лучше поглощают, но и лучше излучают энергию.

Способность по-разному поглощать энергию излучения находит широкое применение в техни­ке. Например, воздушные шары и крылья самолетов часто красят серебристой краской, чтобы они меньше нагревались солнечными лучами.

Если же нужно использовать солнечную энергию (например, для нагревания некоторых прибо­ров, установленных на искусственных спутниках), то эти устройства окрашивают в темный цвет.

Источник: https://www.calc.ru/Termodinamika-Teploobmen.html

Термодинамика и теплопередача

Термодинамика и теплопередача

Определение 1

Термодинамика считается разделом физики, занимающимся изучением взаимных преобразований разнообразных видов энергии, взаимосвязанных с ее переходом в формат теплоты и работы.

Главное практическое значение термодинамики заключается в возможности расчетов тепловых эффектов реакции, предварительного указания вероятности или невероятности осуществления реакции и также условия ее прохождения.

Определение 2

Теплопередача является физическим процессом, чья суть будет заключаться в передаче тепловой энергии. Обмен производится между двумя телами либо их системой. Обязательным условием в таком случае станет передача тепла от сильно нагретых тел менее нагретым.

Суть термодинамики в физике

Термодинамика, являясь составной частью теплотехники, занимается изучением законов превращений энергии в разных химических и физических процессах, которые производятся в макроскопических системах и сопровождаются при этом тепловыми эффектами.

Известны такие разновидности энергии:

  • тепловая;
  • электрическая;
  • химическая;
  • магнитная и др.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

В качестве основных задач исследований в физике выделяют термодинамику биосистем и техническую термодинамику.

Техническая термодинамика, в свою очередь, занимается исследованием закономерностей взаимных превращений механической и тепловой энергий (в комплексе с теорией теплообмена) и поэтому выступает в качестве теоретического фундамента теплотехники, отсутствие которого сделало бы невозможным расчет и проектирование теплового двигателя.

Метод, задействованный в термодинамике, является феноменологическим. Явление здесь рассматривается в целом. Связь макроскопических параметров, определяющих поведение системы, устанавливается двумя началами термодинамики.

Также в термодинамике существует такое важное понятие, как термодинамическая система, которую следует рассмотреть более детально, для лучшего понимания процессов термодинамики.

Термодинамическая система

Рисунок 1. Термодинамическая система. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Замечание 1

Термодинамическая система представляет собой комплекс материальных тел, пребывающих в состоянии механического и теплового взаимодействий между собой и также – с внешними телами, которые окружают систему (речь идет о внешней среде).

Выбор системы в таком случае будет произвольным и диктоваться условиями предлагаемой для решения задачи. Не входящие в систему тела получили название окружающей среды. Сама система, в то же время, отделяется от окружающей среды посредством контрольной поверхности (специальной оболочки).

Так, для простейшей системы (например, газа), который заключен под поршнем в цилиндре, в качестве внешней среды выступит окружающий воздух, а контрольных поверхностей — стенки цилиндра и сам поршень.

Взаимодействие механического и теплового типа термодинамической системы осуществляются за счет контрольных поверхностей. В процессе механического взаимодействия будет совершаться работа, выполняемая либо самой системой, или над ней.

В общем случае на систему способны воздействовать магнитные, электрические и прочие силы, под чьим воздействием ею будет совершаться работа. Данные виды работ также могут учитываться в рамках термодинамики.

Тепловое взаимодействие будет заключаться в рамках перехода теплоты между отдельными телами системы, а также — между системой и окружающей средой. В наиболее распространенных примерах теплота может подводиться к газу за счет стенок цилиндра.

В наиболее общем случае система может производить обмен со средой и веществом (вид массообменного взаимодействия). Подобная система получила название открытой). Паровые или газовые потоки в турбинах и трубопроводах представляют собой примеры открытых систем. В случае не прохождения вещества сквозь границы системы, она будет называться закрытой.

Термодинамическая система, не способная обмениваться теплотой с окружающей средой, считается теплоизолированной (или адиабатной).

В качестве примера подобной системы может выступить газ, пребывающий внутри сосуда, чьи стенки покрыли идеальной тепловой изоляцией, исключающей возможность теплового обмена между газом, заключенным в сосуде, и окружающими телами (адиабатная изоляционная оболочка).

Замкнутая (изолированная) система представляет собой систему, не обменивающуюся с внешней средой ни посредством энергии, ни за счет вещества.

В качестве простейшей термодинамической системы может выступать рабочее тело, способное осуществлять взаимное превращение работы и теплоты. В двигателе внутреннего сгорания, к примеру, рабочим телом будет являться горючая смесь, которая приготовлена в карбюраторе (состоящая из бензиновых паров и воздуха).

Особенности процесса теплопередачи

Рисунок 2. Процесс теплоотдачи. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Теплопередача считается той самой разновидностью явления, чье осуществление возможно и в условиях прямого контакта, и при присутствии разделяющих перегородок (где преградами могут стать использованные тела, а также, материалы среды).

Происхождение процесса тепловой передачи становится вероятным в тех случаях, когда не наблюдается состояние теплового равновесия. Иными словами, когда у одного из объектов наблюдается большая или меньшая температура, сравнительно с другим. Только в таких случаях и осуществляется передача тепловой энергии.

Ее завершение произойдет тогда, когда сама система придет в состояние теплового (или термодинамического) равновесия. Процесс будет осуществляться самопроизвольно (о чем свидетельствует второе начало термодинамики).

Способы теплопередачи и теплопроводность

Процесс теплопередачи можно разделить на следующие три способа, которым присуща основная природа (а внутри них выделяются определенные подкатегории со своими характерными особенностями):

  • теплопроводность (свойство определенного материального тела осуществлять перенос энергии от более нагретой к той, что похолоднее);
  • конвекция (своеобразный процесс тепловой передачи, в ходе которого частицы веществ будут перемешиваться между собой, подобное действие наблюдается в жидкостях и газах);
  • излучение (электромагнитное излучение, чье возникновение становится возможным, благодаря внутренней энергии тела. Обладает сплошным спектром, интенсивность и расположение максимума которого зависимы от температуры тела).

В основе такого явления, как теплопроводность, положен принцип хаотичного движения перемещения молекул (что представляет так называемое броуновское движение). Чем большей становится температура тела, тем активнее в нем начинают двигаться молекулы (из-за обладания большей кинетической энергией).

В процессе теплопроводности активное участие принимают атомы, электроны, молекулы. Осуществляется она в телах, чьим разным частям свойственна неодинаковая температура.

В случае способности вещества проводить тепло, можно говорить о присутствии количественной характеристики. В данном случае эта роль выполняется коэффициентом теплопроводности. Подобная характеристика демонстрирует количество теплоты, которое пройдет через единичные показатели площади и длины за единицу времени. При этом наблюдается изменение температуры тела ровно на 1 К.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/termodinamika/termodinamika_i_teploperedacha/

Booksm
Добавить комментарий