مقدار گرما را آن قسمت می نامند. تست یکپارچه در فیزیک "پدیده های حرارتی

1. انرژی درونی. کار در ترمودینامیک مقدار گرما. قانون اول ترمودینامیک کاربرد قانون اول ترمودینامیک در فرآیندهای مختلف

پاسخ:

همراه با انرژی مکانیکی، اجسام ماکروسکوپی نیز دارای انرژی درون خود اجسام هستند. این انرژی انرژی درونی نامیده می شود و وارد تعادل تحولات انرژی در طبیعت می شود.

اقیانوس بزرگترین جمع کننده انرژی خورشیدی روی زمین است. آب نه تنها بیش از 70 درصد از سطح سیاره ما را پوشش می دهد، بلکه می تواند مقادیر زیادی گرما را بدون افزایش قابل توجه دما جذب کند. این ظرفیت عظیم برای ذخیره و انتشار گرما در دوره های زمانی طولانی به اقیانوس نقشی مرکزی در تثبیت سیستم آب و هوایی زمین می دهد.

افزایش غلظت گازهای گلخانه ای از خروج گرمای تابش شده از سطح زمین به فضای آزاد مانند گذشته جلوگیری می کند. بیشتر گرمای اضافی در قسمت های بالای اقیانوس ذخیره می شود. در نتیجه، طی دو دهه گذشته، میزان گرما در لایه های بالایی اقیانوس به میزان قابل توجهی افزایش یافته است.

انرژی درونی یک جسم ماکروسکوپی برابر است با مجموع انرژی‌های جنبشی حرکت تصادفی همه مولکول‌ها (یا اتم‌های) جسم و انرژی‌های بالقوه برهمکنش همه مولکول‌ها با یکدیگر (اما نه با مولکول‌های سایر اجسام).

فرمول محاسبه انرژی درونی یک تک اتمی گاز ایده آل:

انرژی داخلی یک گاز تک اتمی ایده آل با دمای مطلق آن نسبت مستقیم دارد.

منبع اصلی گرمای اقیانوس ها نور خورشید است. علاوه بر این، ابرها، بخار آب و گازهای گلخانه ای گرما را آزاد می کنند که جذب می کنند و مقداری از این انرژی گرمایی وارد اقیانوس می شود. امواج، جزر و مد و جریان ها دائماً اقیانوس را مخلوط می کنند و گرما را از عرض های جغرافیایی گرم به سردتر و به سطوح عمیق تر منتقل می کنند.

گرمای جذب شده توسط اقیانوس از مکانی به مکان دیگر منتقل می شود، اما از بین نمی رود. انرژی حرارتی در نهایت با ذوب قفسه های یخ، تبخیر آب یا گرم کردن مستقیم جو به بقیه سیستم زمین باز می گردد. به این ترتیب، انرژی حرارتیدر اقیانوس می تواند سیاره را برای چندین دهه پس از مصرف آن گرم کند. اگر اقیانوس بیشتر از آنچه که آزاد می کند گرما جذب کند، میزان گرمای آن افزایش می یابد. دانستن میزان جذب و آزاد شدن انرژی حرارتی توسط اقیانوس برای درک و مدل سازی آب و هوای جهانی مهم است.

کار در ترمودینامیک مانند مکانیک تعریف می شود، اما برابر است با تغییر نه در انرژی جنبشی بدن، بلکه در انرژی درونی آن.

در طول فشرده سازی یا انبساط، میانگین انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها نیز تغییر می کند، زیرا میانگین فاصله بین مولکول ها در این مورد تغییر می کند.

بیایید کار را بسته به تغییر حجم با استفاده از مثال گاز در سیلندر زیر پیستون محاسبه کنیم. ساده ترین راه این است که ابتدا نیروی F وارد بر گاز از سمت بدنه خارجی (پیستون) محاسبه نشود. ، اما کاری که خود گاز انجام می دهد، بر روی پیستون با نیروی F عمل می کند. طبق قانون سوم نیوتن F "=- F.

از لحاظ تاریخی، با فرض دمای اقیانوس، کشتی‌ها باید حسگرها یا جمع‌آوری‌کننده‌ها را به داخل آب می‌بردند. این روش زمان‌بر تنها می‌تواند دما را برای بخش کوچکی از اقیانوس وسیع سیاره فراهم کند. برای دریافت پوشش جهانی، دانشمندان به ماهواره‌هایی روی آورده‌اند که ارتفاع سطح اقیانوس را اندازه‌گیری می‌کنند. با گرم شدن آب، منبسط می شود، بنابراین تخمین دمای اقیانوس را می توان از ارتفاع سطح دریا بدست آورد.

برای بدست آوردن تصویر بهتری از محتوای حرارتی اقیانوس در اعماق مختلف، دانشمندان و مهندسان نیز از طیف وسیعی از ابزارها برای اندازه گیری دما در محل استفاده می کنند. این حسگرها که به عنوان شناورهای آرگو شناخته می شوند، در اعماق مختلف از اقیانوس عبور می کنند. هر 10 روز یا بیشتر، طبق دستورالعمل های برنامه ریزی شده آنها، آنها از طریق آب بالا می روند و دما را با بالا رفتن ثبت می کنند. هنگامی که شناور به سطح می رسد، مکان و سایر اطلاعات خود را از طریق ماهواره برای دانشمندان ارسال می کند و سپس دوباره فرود می آید.

مدول نیرویی که از سمت گاز بر روی پیستون وارد می شود، F = pS است، جایی که p فشار گاز، S مساحت سطح پیستون است. بگذارید گاز منبسط شود و پیستون در پیستون جابجا شود. جهت نیروی F" با فاصله کمی h = h 2 - h 1. اگر جابجایی کم باشد، فشار گاز را می توان ثابت در نظر گرفت.

کار انجام شده توسط گاز است


این کار را می توان بر حسب تغییر در حجم گاز بیان کرد. حجم اولیه F 1 = Sh 1 و حجم نهایی V 2 = Sh 2 . از همین رو

ابزارهای اندازه گیری دمای اقیانوس ها عبارتند از رسانایی، دما، حمام ترموگراف های قابل مصرف و آرگوت های شناور. دانشمندان دائماً داده‌های ماهواره‌ها، شناورها و کاوشگرها را با هم مقایسه می‌کنند تا مطمئن شوند که ارزش‌هایی که ایجاد می‌کنند منطقی است. آنها محدوده اندازه گیری را پردازش می کنند تا هر سه ماه یکبار تخمینی از میانگین جهانی گرمای سالانه اقیانوس را محاسبه کنند. تبدیل دما بر حسب ژول به شما امکان می دهد گرمای اقیانوس را با هدف گرمایش در سایر قسمت های سیستم آب و هوایی زمین مقایسه کنید.

بیش از 90 درصد گرمایشی که در 50 سال گذشته روی زمین رخ داده است در اقیانوس ها رخ داده است. اگرچه جو از امروز کاملاً عاری از گرمایش جهانی است، گرمایی که قبلاً در اقیانوس ذخیره شده است در نهایت آزاد می شود و زمین در آینده بیشتر گرم می شود.


که در آن AV=V 2 - V 1 - تغییر در حجم گاز.

هنگام انبساط، گاز کار مثبت انجام می دهد، زیرا جهت نیرو و جهت حرکت پیستون با هم مطابقت دارند. در فرآیند انبساط، گاز انرژی را به اجسام اطراف منتقل می کند.

اگر گاز فشرده شود، فرمول کار گاز معتبر باقی می ماند. اما الان v2

در حال حاضر، گرم شدن آب اقیانوس ها سطح آب دریاها را افزایش می دهد زیرا آب با گرم شدن منبسط می شود. در ترکیب با آب حاصل از ذوب یخچال های طبیعی در خشکی، بالا آمدن دریا اکوسیستم های طبیعی و ساختارهای انسانی در نزدیکی خطوط ساحلی در سراسر جهان را تهدید می کند. گرم شدن آب اقیانوس ها همچنین با کاهش قفسه های یخی و یخ دریا همراه است که پیامدهای بیشتری برای سیستم آب و هوای زمین دارد. در نهایت، گرم شدن آب اقیانوس ها اکوسیستم های دریایی و معیشت مردم را تهدید می کند.

کار A که توسط اجسام خارجی روی گاز انجام می شود با کار گاز A "فقط در علامت: A \u003d -A" متفاوت است،

کار A" یک گاز برای حالت فشار ثابت را می توان یک تفسیر هندسی ساده ارائه داد.

بیایید نموداری از وابستگی فشار گاز به حجم بسازیم (شکل 162). در اینجا، مساحت مستطیل abdc، محدود به نمودار p 1 = const، محور V و قطعات ab و cd، برابر با فشار گاز، از نظر عددی برابر با کار است:

به عنوان مثال، آب های گرم سلامت مرجان ها و به نوبه خود جوامع حیات دریایی را که برای سرپناه و غذا به آنها وابسته هستند، تهدید می کند. در نهایت، افرادی که برای غذا و شغل به ماهیگیری دریایی وابسته هستند، ممکن است با اثرات منفی گرم شدن اقیانوس مواجه شوند.

قبض گاز انواع مختلفی دارد: صورتحساب حرارتی و حجمی گاز. صورتحساب بسته: مصرف گاز در منطقه تامین معمولا حرارتی است که توسط واحدهای برق محاسبه می شود. مقدار گاز عرضه شده بر حسب متر مکعب اندازه گیری می شود و با ضرب آن در مقدار مصرف اسمی به کیلووات ساعت مصرفی تبدیل می شود. تبدیل متر مکعب به کیلووات ساعت، ارزش حرارتی و وضعیت فیزیکی گاز مربوطه را در نظر می گیرد.

تغییر انرژی داخلی گاز در سیلندر نه تنها با انجام کار، بلکه با گرم کردن گاز نیز امکان پذیر است.

فرآیند انتقال انرژی از جسمی به جسم دیگر بدون انجام کار، انتقال حرارت یا انتقال حرارت نامیده می شود.

اندازه گیری کمی تغییر انرژی داخلی در حین انتقال حرارت، مقدار گرما نامیده می شود س

این حالت بستگی به دما و فشار گاز دارد و به اصطلاح در عدد حالت ثبت می شود. تعداد حالت ها در ارزش حرارتی، ارزش حرارتی حرارتی را به دست می دهد. متر مکعب اندازه گیری شده در متر ضرب در ارزش حرارتی صورتحساب تعداد کیلووات ساعت برای محاسبه را نشان می دهد.

صورتحساب حجمی: مصرف گاز بر خلاف صورتحساب حرارتی که بر اساس واحدهای برق است، بر اساس مترمکعب گاز طبیعی مصرفی محاسبه می شود. مبلغ مبالغ قابل پرداخت ماهانه بر اساس قیمت های روز و بر اساس مصرف سال گذشته محاسبه می شود.

مقدار گرما را انرژی می گویند که بدن در فرآیند انتقال حرارت از خود می دهد.

در طول تبادل گرما در مرز بین اجسام، مولکول‌های آهسته در حال حرکت یک جسم سرد با مولکول‌های سریع حرکت یک جسم داغ برهمکنش می‌کنند. در نتیجه، انرژی جنبشی مولکول ها برابر می شود و سرعت مولکول های یک جسم سرد افزایش می یابد، در حالی که انرژی یک جسم گرم کاهش می یابد.

جاذب ها بخش هایی از یک سیستم حرارتی خورشیدی هستند که تابش خورشید را جذب کرده و به گرما تبدیل می کنند. به عنوان یک قاعده، سطوح جاذب با یک پوشش انتخابی ارائه می شود، به طوری که تا حد امکان نور خورشید جذب شده و به سیال انتقال حرارت زیر جاذب هدایت می شود. امروزه از یک جاذب با کیفیت بالا بین 90 تا 95 درصد تابش خورشید استفاده می شود.

جذب عموماً جذب تشعشع یا ماده ای توسط ماده دیگر را توصیف می کند. برای فناوری های انرژی، به ویژه جذب تابش خورشیدی و جذب مبرد در ماشین های تبرید یا. مثال 1 هنگامی که نور جذب می شود، بخشی از تابش توسط ماده جذب شده و به گرما تبدیل می شود. استفاده: بازیابی گرما با پنل های خورشیدی.

در هنگام تبادل حرارت، انرژی از شکلی به شکل دیگر تبدیل نمی شود، بخشی از انرژی درونی جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود.

مقدار گرما و ظرفیت گرمایی.از درس فیزیک مشخص است که برای گرم کردن جسمی با جرم m از دمای t x به دمای t 2، باید مقدار گرما را به آن منتقل کرد:

ماده جذب شده عملکرد مبرد دارد در حالی که ماده دیگر به عنوان حلال نامیده می شود. مبردها و حلال ها در مجموع به عنوان زوج کار نامیده می شوند. مثال 3 لیتیوم بروماید آب را جذب می کند آب جذب آمونیاک می شود کاربرد: یخچال، گرمایش پمپ حرارتی.

گرمای هدر رفته گرمایی است که به عنوان محصول جانبی از عملکرد تجهیزات یا سیستم های فنی تولید می شود. به طور کلی، برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد دستگاه یا سیستم، این گرما باید به طور مناسب دفع شود. پتانسیل انرژی بسیار زیادی در اتلاف فرآیندهای مختلف وجود دارد. بنابراین شما سعی می کنید از آن گرمای هدفمند استفاده کنید.

هنگامی که بدن سرد می شود، دمای نهایی آن t 2 کمتر از دمای اولیه t 1 است و مقدار گرمای منتشر شده توسط بدن منفی است.

ضریب c در فرمول ظرفیت گرمایی ویژه نامیده می شود.

گرمای خاص- این مقدار گرمایی است که 1 کیلوگرم از یک ماده با تغییر دمای 1 کلوین دریافت می کند یا می دهد.

مثال 1 موتورهای خودرو تنها بخشی از انرژی سوخت را به انرژی جنبشی تبدیل می کنند. گرمای تلف شده حاصل برای گرم کردن فضای داخلی استفاده می شود. مثال 2 یک نیروگاه گرمای زباله تولید می کند که می تواند به عنوان گرمایش منطقه ای استفاده شود.

مثال 3 فاضلاب یک سیستم فاضلاب می تواند به عملکرد حرارتی سودآور یک پمپ حرارتی به دلیل دمای یکنواخت آن کمک کند. بادسنج برای اندازه گیری سرعت باد استفاده می شود و بخشی از کنترل توربین بادی است.

ظرفیت گرمایی ویژه نه تنها به خواص ماده بستگی دارد، بلکه به فرآیند انتقال حرارت نیز بستگی دارد. اگر گازی را با فشار ثابت گرم کنید، منبسط شده و کار می کند. برای گرم کردن یک گاز با فشار ثابت 1 درجه سانتیگراد، گرمای بیشتری باید به آن منتقل شود تا گرمایش با حجم ثابت.

بنابراین بادسنج در مواقع طوفان برای ایمنی اشیاء و اطراف آن عمل می کند. در بارهای باد بسیار کم، مکانیسم ایمنی نیز نیروگاه را خاموش می کند، زیرا خروجی انرژی قابل توجهی انتظار نمی رود. جو، جو زمین است. از مخلوط ثابتی از عناصر و ترکیبات گازی مختلف تشکیل شده است. مهمترین اجزای آن نیتروژن، اکسیژن، بخار آب و آرگون است. علاوه بر دی اکسید کربن و بخار آب، به ویژه گازهایی که به نسبت کم وجود دارند، متان و کلروفلوئوروکربن ها هستند.

مایعات و جامدات هنگام گرم شدن کمی منبسط می شوند و ظرفیت گرمایی ویژه آنها در حجم ثابت و فشار ثابت کمی متفاوت است.

گرمای ویژه تبخیربرای تبدیل مایع به بخار باید مقدار معینی گرما به آن منتقل شود. دمای مایع در طول این تبدیل تغییر نمی کند.

باتری یک ذخیره ساز و مبدل انرژی الکتروشیمیایی است. در حین تخلیه، انرژی شیمیایی ذخیره شده توسط یک واکنش ردوکس الکتروشیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. انرژی تبدیل شده می تواند توسط مصرف کننده برق صرف نظر از شبکه مورد استفاده قرار گیرد.

باتری های قابل شارژ سازگار با محیط زیست که کیف پول را نیز آزاد می کنند. بیوانرژی تولید انرژی از مواد آلی جامد، مایع یا گاز است. مزیت استفاده از انرژی مدارهای نسبتا بسته است. بیوگاز یک اصطلاح جمعی برای گازهای مفید انرژی است که از زیست توده تولید می شوند. در اینجا، گاز متان یک بخش قابل استفاده انرژی از بیوگاز است.

مقدار حرارت مورد نیاز برای تبدیل 1 کیلوگرم مایع به بخار در دمای ثابت نامیده می شود گرمای ویژه تبخیراین مقدار با حرف r نشان داده می شود و بر حسب ژول بر کیلوگرم (J / kg) بیان می شود.


هنگامی که یک جسم کریستالی ذوب می شود، تمام گرمای عرضه شده به آن برای افزایش انرژی پتانسیل مولکول ها می رود.

زیست توده به تمام مواد آلی با منشاء گیاهی یا حیوانی اطلاق می شود که می توان از آنها انرژی استخراج کرد. دو دسته وجود دارد: مواد خام تجدید پذیر و زباله های آلی. فرصت های زیست توده پر انرژی در آلمان از طریق مدیریت جنگل، فرآوری چوب، تولید محصول و کشاورزی کارخانه ای در حال انباشته شدن است.

هیزم، تراشه های چوب و بیواتانول. به دلیل استفاده از انرژی دوگانه، راندمان آنها تا حدود 85 درصد افزایش می یابد. پیل سوختی یک مبدل انرژی الکتروشیمیایی است که انرژی واکنش سوخت و اکسید کننده را که به طور مداوم تامین می شود را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.

انرژی جنبشی مولکول ها تغییر نمی کند، زیرا ذوب در دمای ثابت رخ می دهد.

مقدار حرارت لازم برای تبدیل 1 کیلوگرم ماده کریستالی در نقطه ذوب به مایعی با همان دما نامیده می شود.گرمای ویژه همجوشی.

برای ذوب یک جسم کریستالی با جرم m، مقدار حرارتی برابر با:

این بدان معنی است که انرژی شیمیایی موجود در سوخت - بر خلاف نیروگاه های معمولی - مستقیماً به برق تبدیل می شود. بنابراین، راندمان الکتریکی بالقوه بالاتری را می توان با پیل سوختی به دست آورد. علاوه بر این، پیل‌های سوختی در مقایسه با ژنراتورهای معمولی ساده‌تر هستند، هیچ سایش مکانیکی ندارند و بنابراین می‌توانند با اطمینان بیشتر و مقاوم‌تر در برابر سایش کار کنند.

از آنجایی که نه آلاینده و نه گازهای گلخانه ای در حین کار تولید نمی شود، پیل سوختی به عنوان یک منبع انرژی بسیار دوستدار محیط زیست و مهم در آینده در نظر گرفته می شود. ارزش حرارتی مقدار کل گرمایی که در طی احتراق ایجاد می شود را توصیف می کند.

مقدار گرمای آزاد شده در طول تبلور بدن برابر است با:

انرژی درونی بدن هنگام گرم شدن یا سرد شدن، در حین تبخیر و تراکم، در حین ذوب و تبلور تغییر می کند. در تمام موارد، مقدار معینی از گرما به بدن منتقل یا از آن خارج می شود.

قانون اول ترمودینامیک قانون اول ترمودینامیک، قانون بقای انرژی است که به پدیده های حرارتی تعمیم داده شده است.

در حین انتقال سیستم از یک حالت به حالت دیگر، انرژی داخلی هم به دلیل انجام کار و هم به دلیل انتقال گرما به طور همزمان تغییر می کند. قانون اول ترمودینامیک دقیقاً برای موارد کلی فرموله شده است:

تغییر انرژی درونی سیستم در هنگام انتقال از یک حالت به حالت دیگر برابر است با مجموع کار نیروهای خارجی. و مقدار حرارت منتقل شده به سیستم:

غالباً به جای کار A اجسام خارجی روی سیستم ، کار A "از سیستم روی اجسام خارجی در نظر گرفته می شود. با توجه به اینکه A" \u003d - A می توان اولین قانون ترمودینامیک را به شکل (13.10) نوشت. به شرح زیر است: