La quantité de chaleur est appelée cette partie. Tests intégratifs en physique "Phénomènes thermiques
1. Énergie interne. Travail en thermodynamique. Quantité de chaleur. Première loi de la thermodynamique. Application de la première loi de la thermodynamique à divers procédés.
Réponse:
En plus de l'énergie mécanique, les corps macroscopiques ont également de l'énergie contenue dans les corps eux-mêmes. Cette énergie est appelée énergie interne et elle entre dans l'équilibre des transformations énergétiques de la nature.
L'océan est le plus grand collecteur d'énergie solaire sur Terre. Non seulement l'eau recouvre plus de 70 % de la surface de notre planète, mais elle peut également absorber de grandes quantités de chaleur sans augmentation significative de la température. Cette énorme capacité à stocker et à restituer de la chaleur sur de longues périodes donne à l'océan un rôle central dans la stabilisation du système climatique terrestre.
Une augmentation de la concentration des gaz à effet de serre empêche la chaleur émise par la surface de la Terre de s'échapper dans l'espace libre, comme c'était le cas auparavant ; la majeure partie de la chaleur excédentaire est stockée dans la partie supérieure de l'océan. En conséquence, au cours des deux dernières décennies, la teneur en chaleur dans les couches supérieures de l'océan a considérablement augmenté.
L'énergie interne d'un corps macroscopique est égale à la somme des énergies cinétiques du mouvement aléatoire de toutes les molécules (ou atomes) du corps et des énergies potentielles de l'interaction de toutes les molécules entre elles (mais pas avec les molécules de autres organismes).
La formule de calcul de l'énergie interne d'un monoatomique gaz parfait:
L'énergie interne d'un gaz monoatomique idéal est directement proportionnelle à sa température absolue.
La principale source de chaleur des océans est la lumière du soleil. De plus, les nuages, la vapeur d'eau et les gaz à effet de serre libèrent de la chaleur, qu'ils absorbent, et une partie de cette énergie thermique pénètre dans l'océan. Les vagues, les marées et les courants mélangent constamment l'océan, déplaçant la chaleur des latitudes plus chaudes vers les latitudes plus froides et vers des niveaux plus profonds.
La chaleur absorbée par l'océan se déplace d'un endroit à un autre, mais elle ne disparaît pas. L'énergie thermique revient finalement au reste du système terrestre en faisant fondre les plates-formes de glace, en évaporant l'eau ou en chauffant directement l'atmosphère. De cette façon, l'énérgie thermique dans l'océan peut réchauffer la planète pendant des décennies après sa consommation. Si l'océan absorbe plus de chaleur qu'il n'en libère, son contenu thermique augmente. Connaître la quantité d'énergie thermique absorbée et libérée par l'océan est important pour comprendre et modéliser le climat mondial.
Le travail en thermodynamique est défini de la même manière qu'en mécanique, mais il est égal à la variation non pas de l'énergie cinétique du corps, mais de son énergie interne.
Lors de la compression ou de la détente, l'énergie potentielle moyenne d'interaction des molécules change également, puisque la distance moyenne entre les molécules change dans ce cas.
Calculons le travail en fonction du changement de volume en utilisant l'exemple du gaz dans un cylindre sous un piston.Le plus simple est de calculer d'abord pas le travail de la force F agissant sur le gaz du côté du corps externe (piston) , mais le travail que fait le gaz lui-même, agissant sur le piston avec la force F. Selon la troisième loi de Newton F "=- F.
Historiquement, en supposant la température de l'océan, les navires devaient remuer des capteurs ou des collecteurs d'échantillons dans l'eau. Cette méthode chronophage ne pouvait fournir des températures que pour une petite partie du vaste océan de la planète. Pour obtenir une couverture mondiale, les scientifiques se sont tournés vers des satellites qui mesurent la hauteur de la surface de l'océan. Au fur et à mesure que l'eau se réchauffe, elle se dilate, de sorte que les estimations de la température de l'océan peuvent être dérivées de la hauteur de la surface de la mer.
Pour obtenir une meilleure image du contenu thermique de l'océan à différentes profondeurs, les scientifiques et les ingénieurs utilisent également une gamme d'instruments pour mesurer la température in situ. Connus sous le nom de flotteurs Argo, les capteurs dérivent à travers l'océan à différentes profondeurs. Tous les 10 jours environ, selon leurs instructions programmées, ils montent dans l'eau, enregistrant la température à mesure qu'ils montent. Lorsque le flotteur atteint la surface, il envoie sa position et d'autres informations aux scientifiques par satellite, puis redescend.
Le module de la force agissant du côté du gaz sur le piston est F "=pS, où p est la pression du gaz, S est la surface du piston. Laissez le gaz se dilater et le piston se déplace dans le direction de la force F" par une petite distance h = h 2 - h 1. Si le déplacement est faible, la pression du gaz peut être considérée comme constante.
Le travail effectué par le gaz est
Ce travail peut être exprimé en termes de changement de volume de gaz. Le volume initial F 1 = Sh 1, et le volume final V 2 = Sh 2. C'est pourquoi
Les instruments de mesure de la température de l'océan comprennent la conductivité, la température, les bathythermographes jetables et les argots flottants. Les scientifiques comparent constamment les données des satellites, des flotteurs et des sondes pour s'assurer que les valeurs qu'ils créent ont du sens. Ils traitent la plage de mesure pour calculer une estimation de la teneur annuelle moyenne globale en chaleur de l'océan tous les trois mois. La conversion de température en joules vous permet de comparer la chaleur de l'océan avec l'objectif de chauffer d'autres parties du système climatique de la Terre.
Plus de 90 % du réchauffement qui s'est produit sur Terre au cours des 50 dernières années s'est produit dans l'océan. Même si l'atmosphère est totalement exempte de réchauffement climatique à ce jour, la chaleur qui est déjà stockée dans l'océan finira par être libérée et la Terre se réchauffera davantage à l'avenir.
où AV=V 2 - V 1 - changement de volume de gaz.
Lors de l'expansion, le gaz fait un travail positif, car la direction de la force et la direction du mouvement du piston coïncident. Dans le processus d'expansion, le gaz transfère de l'énergie aux corps environnants.
Si le gaz est comprimé, la formule du travail du gaz reste valable. Mais maintenant v2
Actuellement, le réchauffement de l'eau des océans fait monter le niveau global de la mer parce que l'eau se dilate à mesure qu'elle se réchauffe. Combinée à l'eau de la fonte des glaciers sur terre, la montée de la mer menace les écosystèmes naturels et les structures humaines près des côtes du monde entier. Le réchauffement des eaux océaniques est également associé à l'épuisement des plates-formes de glace et de la banquise, ce qui a des implications supplémentaires pour le système climatique de la Terre. Enfin, le réchauffement des eaux océaniques menace les écosystèmes marins et les moyens de subsistance des populations.
Le travail A effectué par des corps externes sur le gaz diffère du travail du gaz A "uniquement en signe: A \u003d -A",
Le travail A" d'un gaz dans le cas d'une pression constante peut recevoir une interprétation géométrique simple.
Construisons un graphique de la dépendance de la pression du gaz sur le volume (Fig. 162). Ici, l'aire du rectangle abdc, délimitée par le graphe p 1 = const, l'axe V et les segments ab et cd, égale à la pression du gaz, est numériquement égale au travail :
Par exemple, les eaux chaudes menacent la santé des coraux et, à leur tour, les communautés de la vie marine qui en dépendent pour s'abriter et se nourrir. En fin de compte, les personnes qui dépendent de la pêche maritime pour se nourrir et travailler pourraient être confrontées aux effets négatifs du réchauffement de l'océan.
Il existe différents types de facturation pour la facturation du gaz : facturation du gaz thermique et volumétrique. Facturation étroite : la consommation de gaz dans la zone d'approvisionnement est généralement thermique, qui est calculée par les unités de puissance. La quantité de gaz fournie est mesurée en mètres cubes et convertie en kilowattheures consommés en la multipliant par la valeur de consommation nominale. La conversion des mètres cubes en kilowattheures tient compte du pouvoir calorifique et de l'état physique correspondant du gaz.
Il est possible de modifier l'énergie interne du gaz dans le cylindre non seulement en travaillant, mais également en chauffant le gaz.
Le processus de transfert d'énergie d'un corps à un autre sans faire de travail est appelé transfert de chaleur ou transfert de chaleur.
La mesure quantitative du changement d'énergie interne pendant le transfert de chaleur est appelée la quantité de chaleur Q
Cette condition dépend de la température et de la pression du gaz et est enregistrée dans le soi-disant numéro d'état. Le nombre d'états multiplié par le pouvoir calorifique donne le pouvoir calorifique thermique. Les mètres cubes mesurés par le compteur multipliés par le pouvoir calorifique de facturation donnent le nombre de kilowattheures à calculer.
Facturation au volume : la consommation de gaz est calculée en fonction des mètres cubes de gaz naturel consommés, contrairement à la facturation thermique qui est basée sur les unités de puissance. Le montant des mensualités à payer est calculé sur la base des prix en vigueur et sur la base de la consommation de l'année précédente.
La quantité de chaleur est appelée l'énergie que le corps dégage lors du processus de transfert de chaleur.
Lors de l'échange de chaleur à la frontière entre les corps, les molécules en mouvement lent d'un corps froid interagissent avec les molécules en mouvement rapide d'un corps chaud. De ce fait, les énergies cinétiques des molécules s'égalisent et les vitesses des molécules d'un corps froid augmentent, tandis que celles d'un corps chaud diminuent.
Les absorbeurs sont des parties d'un système solaire thermique qui absorbent le rayonnement solaire et le transforment en chaleur. En règle générale, les surfaces de l'absorbeur sont pourvues d'un revêtement sélectif, de sorte qu'autant de lumière solaire que possible est absorbée et dirigée vers le fluide caloporteur sous l'absorbeur. Aujourd'hui, un absorbeur de haute qualité entre 90 et 95% du rayonnement solaire est utilisé.
L'absorption décrit généralement l'absorption d'un rayonnement ou d'une substance par un autre matériau. Pour les technologies énergétiques, en particulier l'absorption du rayonnement solaire et l'absorption des fluides frigorigènes dans les machines frigorifiques ou. Exemple 1 Lorsque la lumière est absorbée, une partie du rayonnement est absorbée par la substance et convertie en chaleur. Utilisation : récupération de chaleur avec panneaux solaires.
Lors d'un échange de chaleur, il n'y a pas de conversion d'énergie d'une forme à une autre ; une partie de l'énergie interne d'un corps chaud est transférée à un corps froid.
La quantité de chaleur et la capacité calorifique.Il est connu du cours de physique que pour chauffer un corps de masse m de la température t x à la température t 2, il faut lui transférer la quantité de chaleur :
La substance absorbée a la fonction d'un réfrigérant tandis que l'autre substance est appelée solvant. Les réfrigérants et les solvants sont collectivement appelés le couple de travail. Exemples 3 Le bromure de lithium absorbe l'eau L'eau absorbe l'ammoniac Application : Réfrigérateur, chauffage par pompe à chaleur.
La chaleur résiduelle est la chaleur générée comme sous-produit du fonctionnement d'équipements ou de systèmes techniques. Généralement, cette chaleur doit être dissipée de manière appropriée pour éviter que l'appareil ou le système ne surchauffe. Il existe un très grand potentiel énergétique dans les déchets de divers procédés. Vous essayez donc d'utiliser cette chaleur ciblée.
Lorsque le corps se refroidit, sa température finale t 2 s'avère inférieure à la température initiale t 1 et la quantité de chaleur dégagée par le corps est négative.
Le coefficient c dans la formule s'appelle la capacité thermique spécifique.
Chaleur spécifique- C'est la quantité de chaleur que 1 kg d'une substance reçoit ou dégage lorsque sa température change de 1 K.
Exemple 1 Les moteurs de voiture ne convertissent qu'une partie de l'énergie du carburant en énergie cinétique. La chaleur perdue qui en résulte est utilisée pour chauffer l'intérieur. Exemple 2 Une centrale électrique génère de la chaleur résiduelle qui peut être utilisée comme chauffage urbain.
Exemple 3 Les eaux usées d'un réseau d'égouts peuvent contribuer au fonctionnement thermique rentable d'une pompe à chaleur en raison de leur température uniforme. Un anémomètre est utilisé pour mesurer la vitesse du vent et fait partie du contrôle de l'éolienne.
La capacité thermique spécifique dépend non seulement des propriétés de la substance, mais également du processus par lequel le transfert de chaleur a lieu. Si vous chauffez un gaz à pression constante, il se dilatera et fonctionnera. Pour chauffer un gaz de 1°C à pression constante, il faut lui transférer plus de chaleur que pour le chauffer à volume constant.
Ainsi, l'anémomètre sert en cas d'orage pour la sécurité des objets et des environs. À des charges de vent très faibles, le mécanisme de sécurité arrête également la centrale, car aucune production d'énergie significative n'est attendue. L'atmosphère est l'atmosphère de la terre. Il consiste en un mélange constant de divers éléments et composés gazeux. Les composants les plus importants sont l'azote, l'oxygène, la vapeur d'eau et l'argon. Outre le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau, les gaz particulièrement présents en petites proportions sont le méthane et les chlorofluorocarbures.
Les liquides et les solides se dilatent légèrement lorsqu'ils sont chauffés et leurs capacités thermiques spécifiques à volume constant et à pression constante diffèrent peu.
Chaleur spécifique de vaporisation.Pour transformer un liquide en vapeur, il faut lui transférer une certaine quantité de chaleur. La température du liquide lors de cette transformation ne change pas.
La batterie est un stockage et un convertisseur d'énergie électrochimique. Lors du déchargement, l'énergie chimique stockée est convertie en énergie électrique par une réaction redox électrochimique. L'énergie convertie peut être utilisée par le consommateur électrique quel que soit le réseau.
Des piles rechargeables respectueuses de l'environnement qui libèrent également le portefeuille. La bioénergie est la production d'énergie à partir de substances organiques solides, liquides ou gazeuses. L'avantage d'utiliser l'énergie est des circuits relativement fermés. Le biogaz est un terme collectif pour les gaz énergétiquement utiles qui sont produits à partir de la biomasse. Ici, le gaz méthane est une partie énergétiquement utilisable du biogaz.
La quantité de chaleur nécessaire pour transformer 1 kg de liquide en vapeur à température constante est appelée chaleur spécifique de vaporisation. Cette valeur est désignée par la lettre r et est exprimée en joules par kilogramme (J/kg).
Lorsqu'un corps cristallin fond, toute la chaleur qui lui est fournie va augmenter l'énergie potentielle des molécules.
La biomasse désigne l'ensemble des matières organiques d'origine végétale ou animale dont on peut extraire de l'énergie. Il en existe deux catégories : les matières premières renouvelables et les déchets organiques. Les opportunités de biomasse à forte intensité énergétique s'accumulent en Allemagne grâce à la gestion forestière, à la transformation du bois, à la production végétale et à l'élevage industriel.
Bois de chauffage, copeaux de bois et bioéthanol. Du fait de l'utilisation de la bi-énergie, leur efficacité passe à environ 85 %. Une pile à combustible est un convertisseur d'énergie électrochimique qui convertit l'énergie de réaction d'un combustible et d'un comburant alimentés en continu en énergie électrique.
L'énergie cinétique des molécules ne change pas, car la fusion se produit à température constante.
La quantité de chaleur nécessaire pour convertir 1 kg d'une substance cristalline au point de fusion en un liquide à la même température est appeléechaleur spécifique de fusion.
Pour fondre un corps cristallin de masse m, il faut une quantité de chaleur égale à :
Cela signifie que l'énergie chimique contenue dans le combustible - contrairement aux centrales électriques conventionnelles - est convertie directement en électricité. Par conséquent, un rendement électrique potentiellement plus élevé peut être atteint avec la pile à combustible. De plus, les piles à combustible sont plus simples que les générateurs conventionnels, n'ont pas d'usure mécanique et peuvent donc fonctionner de manière plus fiable et résistante à l'usure.
Étant donné que ni polluants ni gaz à effet de serre ne sont générés pendant le fonctionnement, la pile à combustible est considérée comme une source d'énergie extrêmement respectueuse de l'environnement et importante à l'avenir. Le pouvoir calorifique décrit la quantité totale de chaleur générée lors de la combustion.
La quantité de chaleur dégagée lors de la cristallisation du corps est égale à :
L'énergie interne du corps change lorsqu'il est chauffé ou refroidi, lors de la vaporisation et de la condensation, lors de la fusion et de la cristallisation. Dans tous les cas, une certaine quantité de chaleur est transférée ou évacuée du corps.
Première loi de la thermodynamique. La première loi de la thermodynamique est la loi de conservation de l'énergie, étendue aux phénomènes thermiques.
Lors du passage du système d'un état à un autre, l'énergie interne change simultanément à la fois en raison de l'exécution du travail et en raison du transfert de chaleur. La première loi de la thermodynamique est formulée précisément pour de tels cas généraux :
La variation de l'énergie interne du système lors de sa transition d'un état à un autre est égale à la somme du travail des forces externes et la quantité de chaleur transférée au système :
Souvent, au lieu du travail A des corps externes sur le système, on considère le travail A "du système sur les corps externes. Considérant que A" \u003d - A, la première loi de la thermodynamique sous la forme (13.10) peut être écrite comme suit: