A esa parte se le llama cantidad de calor. Ensayos integrativos en física “Fenómenos térmicos”
1. Energía interna. Trabajar en termodinámica. Cantidad de calor. Primera ley de la termodinámica. Aplicación de la primera ley de la termodinámica a diversos procesos.
Respuesta:
Además de la energía mecánica, los cuerpos macroscópicos también contienen energía dentro de sus propios cuerpos. Esta energía se llama energía interna y está incluida en el equilibrio de las transformaciones energéticas en la naturaleza.
El océano es el mayor colector de energía solar de la Tierra. El agua no sólo cubre más del 70 por ciento de la superficie de nuestro planeta, sino que también puede absorber grandes cantidades de calor sin aumentar significativamente las temperaturas. Esta enorme capacidad de almacenar y liberar calor durante largos períodos de tiempo otorga al océano un papel central en la estabilización del sistema climático de la Tierra.
El aumento de la concentración de gases de efecto invernadero impide que el calor emitido desde la superficie terrestre escape al espacio libre como antes; La mayor parte del exceso de calor se almacena en la parte superior del océano. Como resultado, el contenido de calor de la capa superior del océano ha aumentado significativamente en las últimas dos décadas.
La energía interna de un cuerpo macroscópico es igual a la suma de las energías cinéticas del movimiento aleatorio de todas las moléculas (o átomos) del cuerpo y las energías potenciales de interacción de todas las moléculas entre sí (pero no con las moléculas de otros). cuerpos).
Fórmula para calcular la energía interna de un monoatómico. gas ideal:
La energía interna de un gas monoatómico ideal es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
La principal fuente de calor del océano es la luz solar. Además, las nubes, el vapor de agua y los gases de efecto invernadero producen calor, que absorben, y parte de esta energía térmica ingresa al océano. Olas, mareas y corrientes mezclan constantemente el océano, trasladando el calor de latitudes más cálidas a latitudes más frías y a niveles más profundos.
El calor absorbido por el océano se desplaza de un lugar a otro, pero no desaparece. La energía térmica finalmente regresa al resto del sistema terrestre al derretir las plataformas de hielo, evaporar el agua o calentar directamente la atmósfera. De este modo, energía térmica en el océano puede calentar el planeta durante décadas después de su absorción. Si el océano absorbe más calor del que libera, su contenido de calor aumenta. Saber cuánta energía térmica absorbe y libera el océano es importante para comprender y modelar el clima global.
El trabajo en termodinámica se define de la misma manera que en mecánica, pero es igual al cambio no en la energía cinética de un cuerpo, sino en su energía interna.
Cuando se produce compresión o expansión, la energía potencial promedio de interacción entre moléculas también cambia, ya que la distancia promedio entre las moléculas también cambia.
Calculemos el trabajo en función del cambio de volumen usando el ejemplo de un gas en un cilindro debajo de un pistón. La forma más sencilla es calcular primero no el trabajo de la fuerza F que actúa sobre el gas desde el cuerpo externo (pistón), sino el trabajo realizado por el propio gas, actuando sobre el pistón con una fuerza F." Según la tercera ley de Newton F"=- F.
Históricamente, al medir la temperatura del océano, los barcos sumergían sensores o recolectores de muestras en el agua. Este método, que requiere mucho tiempo, sólo podría proporcionar la temperatura de una pequeña parte del vasto océano del planeta. Para obtener cobertura global, los científicos recurrieron a satélites que miden la altura de la superficie del océano. A medida que el agua se calienta, se expande, por lo que se pueden derivar estimaciones de la temperatura del océano a partir de la altura de la superficie del mar.
Para obtener una imagen más completa del contenido térmico del océano a diferentes profundidades, los científicos e ingenieros también utilizan una variedad de instrumentos para medir la temperatura in situ. Conocidos como flotadores Argo, los sensores navegan por el océano a diferentes profundidades. Aproximadamente cada 10 días, según sus instrucciones programadas, suben por el agua y registran la temperatura a medida que suben. Cuando el flotador llega a la superficie, envía su ubicación y otra información a los científicos vía satélite y luego vuelve a descender.
El módulo de fuerza que actúa desde el gas sobre el pistón es igual a F"=pS, donde p es la presión del gas, S es el área de superficie del pistón. Deje que el gas se expanda y el pistón se desplace en la dirección de la fuerza F" a una pequeña distancia h = h 2 - h 1. Si el desplazamiento es pequeño, entonces la presión del gas se puede considerar constante.
El trabajo realizado por el gas es
Este trabajo se puede expresar en términos del cambio en el volumen del gas. El volumen inicial es F 1 = Sh 1 y el volumen final es V 2 = Sh 2. Es por eso
Los instrumentos para medir la temperatura del océano incluyen medidores de conductividad, medidores de temperatura, batitermógrafos consumibles y argos flotantes. Los científicos comparan constantemente datos de satélites, flotadores y sondas para asegurarse de que los valores que producen tengan sentido. Procesan una variedad de mediciones para producir una estimación del contenido de calor medio anual global de los océanos cada tres meses. La conversión de temperaturas a julios permite comparar el calor del océano con el calentamiento de otras partes del sistema climático de la Tierra.
Más del 90 por ciento del calentamiento que ha ocurrido en la Tierra durante los últimos 50 años se ha producido en el océano. Aunque hoy en día la atmósfera está completamente libre del calentamiento global, el calor que ya está almacenado en el océano eventualmente se liberará, lo que provocará que la Tierra se caliente aún más en el futuro.
dónde AV=V 2 - V 1 - cambio en el volumen de gas.
Al expandirse, el gas realiza un trabajo positivo, ya que la dirección de la fuerza y la dirección del movimiento del pistón coinciden. Durante el proceso de expansión, el gas transfiere energía a los cuerpos circundantes.
Si el gas se comprime, entonces la fórmula para el trabajo del gas sigue siendo válida. Pero ahora V 2
Actualmente, el calentamiento del agua del océano está elevando el nivel global del mar porque el agua se expande cuando se calienta. Combinado con el agua procedente del derretimiento de los glaciares terrestres, el aumento del nivel del mar amenaza los ecosistemas naturales y las estructuras humanas cerca de las costas de todo el mundo. El calentamiento de las aguas oceánicas también está asociado con el agotamiento de las plataformas de hielo y del hielo marino, lo que tiene implicaciones adicionales para el sistema climático de la Tierra. Por último, el calentamiento de las aguas oceánicas amenaza los ecosistemas marinos y los medios de vida humanos.
El trabajo A realizado por cuerpos externos sobre el gas difiere del trabajo del gas A" sólo por el signo: A = -A",
Al trabajo A" de un gas para el caso de presión constante se le puede dar una interpretación geométrica simple.
Tracemos la dependencia de la presión del gas con el volumen (Fig. 162). Aquí, el área del rectángulo abdc, limitada por la gráfica p 1 = const, el eje V y los segmentos ab y cd, iguales a la presión del gas, es numéricamente igual al trabajo:
Por ejemplo, las aguas cálidas amenazan la salud de los corales y, a su vez, la de las comunidades de vida marina que dependen de ellas para refugiarse y alimentarse. En última instancia, las personas que dependen de la pesca marina para obtener alimentos y empleo podrían enfrentar los impactos negativos del calentamiento del océano.
A la hora de facturar el gas, existen diferentes tipos de facturación: facturación del gas térmica y volumétrica. Facturación ajustada: el flujo de gas en la zona de suministro suele ser térmico, el cual es calculado por las unidades de potencia. La cantidad de gas suministrada se mide en metros cúbicos y se convierte en kilovatios-hora consumidos multiplicándolo por el valor del consumo nominal. La conversión de metros cúbicos a kilovatios-hora tiene en cuenta el poder calorífico y el correspondiente estado físico del gas.
Puede cambiar la energía interna del gas en el cilindro no solo realizando trabajo, sino también calentando el gas.
El proceso de transferir energía de un cuerpo a otro sin realizar trabajo se llama intercambio de calor o transferencia de calor.
Una medida cuantitativa del cambio en la energía interna durante la transferencia de calor se llama cantidad de calor. P.
Esta condición depende de la temperatura y presión del gas y se registra en el llamado número de estado. El número de estados multiplicado por el poder calorífico da el poder calorífico. Los metros cúbicos medidos por el contador multiplicados por el poder calorífico facturado dan como resultado el número de kilovatios hora para el cálculo.
Facturación Volumétrica: El caudal de gas se calcula en función de los metros cúbicos de gas natural consumidos, a diferencia de la facturación térmica, que se basa en unidades de energía. El importe de los importes mensuales a pagar se calcula en función de los precios vigentes actualmente y del consumo del año pasado.
La cantidad de calor es la energía que desprende un cuerpo durante el intercambio de calor.
Durante el intercambio de calor en el límite entre cuerpos, se produce la interacción de moléculas de un cuerpo frío que se mueven lentamente con moléculas de un cuerpo caliente que se mueven rápidamente. Como resultado, las energías cinéticas de las moléculas se igualan y las velocidades de las moléculas de un cuerpo frío aumentan y las de un cuerpo caliente disminuyen.
Los absorbentes son partes de un sistema solar térmico que absorben la radiación solar y la convierten en calor. Normalmente, las superficies del absorbente se recubren selectivamente para que se absorba la mayor cantidad de luz solar posible y se dirija al refrigerante debajo del absorbente. Hoy en día, se utiliza un absorbente de alta calidad para entre el 90 y el 95% de la radiación solar.
La absorción generalmente describe la absorción de radiación o materia por otro material. Para tecnologías energéticas, en particular la absorción de radiación solar y la absorción de refrigerantes en máquinas de refrigeración o. Ejemplo 1 Cuando se absorbe luz, parte de la radiación es absorbida por la sustancia y convertida en calor. Uso: recuperación de calor mediante paneles solares.
Durante el intercambio de calor, la energía no se convierte de una forma a otra; parte de la energía interna del cuerpo caliente se transfiere al cuerpo frío.
Cantidad de calor y capacidad calorífica.Se sabe por un curso de física que para calentar un cuerpo de masa m desde la temperatura t x hasta la temperatura t 2, es necesario transferirle una cantidad de calor:
La sustancia absorbida tiene la función de refrigerante, mientras que la otra sustancia se denomina disolvente. Los refrigerantes y disolventes juntos se denominan pareja de trabajo. Ejemplos 3 El bromuro de litio absorbe agua El agua absorbe amoníaco Aplicación: Refrigerador, calefacción con bomba de calor.
El calor residual es calor que se genera como subproducto durante el funcionamiento de equipos o sistemas técnicos. Normalmente, este calor debe disiparse adecuadamente para evitar que el dispositivo o sistema se sobrecaliente. Los residuos de diversos procesos contienen un potencial energético muy alto. Entonces intentas usar ese calor específico.
Cuando un cuerpo se enfría, su temperatura final t 2 resulta ser menor que la temperatura inicial t 1 y la cantidad de calor que desprende el cuerpo es negativa.
El coeficiente c en la fórmula se llama capacidad calorífica específica.
Calor especifico- Es la cantidad de calor que recibe o cede 1 kg de una sustancia cuando su temperatura cambia 1 K.
Ejemplo 1 Los motores de los automóviles convierten sólo una parte de la energía del combustible en energía cinética. El calor residual resultante se aprovecha para calentar el interior. Ejemplo 2 Una central eléctrica genera calor residual que puede utilizarse como calefacción urbana.
Ejemplo 3 Las aguas residuales de un sistema de alcantarillado pueden contribuir al funcionamiento térmico rentable de una bomba de calor debido a su temperatura uniforme. Un anemómetro se utiliza para medir la velocidad del viento y forma parte del control de una turbina eólica.
La capacidad calorífica específica depende no sólo de las propiedades de la sustancia, sino también del proceso mediante el cual se produce la transferencia de calor. Si calientas un gas a presión constante, se expandirá y realizará trabajo. Para calentar un gas 1 °C a presión constante, necesita transferir más calor que para calentarlo a volumen constante.
Así, el anemómetro sirve en caso de tormentas para la seguridad de los objetos y sus alrededores. En caso de cargas de viento muy bajas, el mecanismo de seguridad también desconecta la instalación, ya que no se esperan pérdidas de energía significativas. La atmósfera es la atmósfera de la tierra. Consiste en una mezcla constante de diversos elementos y compuestos gaseosos. Los componentes más importantes son nitrógeno, oxígeno, vapor de agua y argón. Además del dióxido de carbono y el vapor de agua, los gases que están presentes en pequeñas proporciones son el metano y los clorofluorocarbonos.
Los cuerpos líquidos y sólidos se expanden ligeramente cuando se calientan y sus capacidades caloríficas específicas a volumen y presión constantes difieren poco.
Calor específico de vaporización.Para transformar un líquido en vapor es necesario transferirle una determinada cantidad de calor. La temperatura del líquido no cambia durante esta transformación.
La batería es un almacenamiento y convertidor de energía electroquímica. Durante la descarga, la energía química almacenada se convierte en energía eléctrica mediante una reacción electroquímica redox. La energía convertida puede ser utilizada por el consumidor eléctrico independientemente de la red.
Baterías recargables ecológicas que también son económicas. La bioenergía es la producción de energía a partir de materia orgánica sólida, líquida o gaseosa. La ventaja del uso de energía son los circuitos relativamente cerrados. Biogás es un término colectivo para los gases útiles desde el punto de vista energético que se producen a partir de biomasa. En este caso, el gas metano es la parte energéticamente útil del biogás.
La cantidad de calor necesaria para convertir 1 kg de líquido en vapor a temperatura constante se llama Calor específico de vaporización. Este valor se indica con la letra r y se expresa en julios por kilogramo (J/kg).
Cuando un cuerpo cristalino se funde, todo el calor que se le suministra se destina a aumentar la energía potencial de las moléculas.
La biomasa se refiere a toda materia orgánica de origen vegetal o animal de la que se puede extraer energía. Hay dos categorías: materias primas renovables y residuos orgánicos. En Alemania se están acumulando oportunidades de biomasa con uso intensivo de energía a través de la gestión forestal, el procesamiento de la madera, la producción de cultivos y la agricultura industrial.
Leña, astillas de madera y bioetanol. Gracias al uso del doble de energía, su eficiencia aumenta hasta aproximadamente el 85%. Una pila de combustible es un convertidor de energía electroquímico que convierte la energía de reacción de un combustible y un oxidante suministrados continuamente en energía eléctrica.
La energía cinética de las moléculas no cambia, ya que la fusión se produce a temperatura constante.
La cantidad de calor necesaria para convertir 1 kg de una sustancia cristalina en el punto de fusión en un líquido a la misma temperatura se llamacalor específico de fusión.
Para fundir un cuerpo cristalino de masa m se requiere una cantidad de calor igual a:
Esto significa que la energía química del combustible, a diferencia de las centrales eléctricas convencionales, se convierte directamente en electricidad. Por lo tanto, se puede lograr una eficiencia eléctrica potencialmente mayor con una pila de combustible. Además, las pilas de combustible son más sencillas que los generadores convencionales, no sufren desgaste mecánico y, por tanto, pueden funcionar de forma más fiable y son resistentes al desgaste.
Dado que durante el funcionamiento no se generan contaminantes ni gases de efecto invernadero, la pila de combustible se considera extremadamente respetuosa con el medio ambiente y una importante fuente de energía en el futuro. El poder calorífico describe la cantidad total de calor producido por la combustión.
La cantidad de calor liberada durante la cristalización de un cuerpo es igual a:
La energía interna de un cuerpo cambia durante el calentamiento o enfriamiento, durante la vaporización y condensación, durante la fusión y la cristalización. En todos los casos, se transfiere o se elimina una cierta cantidad de calor del cuerpo.
Primera ley de la termodinámica. La primera ley de la termodinámica es la ley de conservación de la energía, extendida a los fenómenos térmicos.
Cuando un sistema pasa de un estado a otro, la energía interna cambia simultáneamente debido al trabajo realizado y a la transferencia de calor. La primera ley de la termodinámica está formulada precisamente para casos tan generales:
El cambio en la energía interna de un sistema durante su transición de un estado a otro es igual a la suma del trabajo de las fuerzas externas. Y cantidad de calor transferido al sistema:
A menudo, en lugar del trabajo A de los cuerpos externos sobre un sistema, se considera el trabajo A" del sistema sobre los cuerpos externos. Considerando que A" = - A, la primera ley de la termodinámica en la forma (13.10) se puede escribir como sigue: