Ilość ciepła nazywana jest tą częścią. Testy integracyjne w fizyce „Zjawiska termiczne

1. Energia wewnętrzna. Praca w termodynamice. Ilość ciepła. I zasada termodynamiki. Zastosowanie I zasady termodynamiki do różnych procesów.

Odpowiadać:

Oprócz energii mechanicznej ciała makroskopowe mają również energię zawartą w samych ciałach. Energia ta nazywana jest energią wewnętrzną i wchodzi w bilans przemian energetycznych w przyrodzie.

Ocean jest największym kolektorem energii słonecznej na Ziemi. Woda nie tylko pokrywa ponad 70 procent powierzchni naszej planety, ale może również pochłaniać duże ilości ciepła bez znaczącego wzrostu temperatury. Ta ogromna zdolność do magazynowania i uwalniania ciepła przez długi czas sprawia, że ​​oceany odgrywają kluczową rolę w stabilizowaniu systemu klimatycznego Ziemi.

Wzrost stężenia gazów cieplarnianych zapobiega ucieczce ciepła wypromieniowanego z powierzchni Ziemi w wolną przestrzeń, jak to miało miejsce dawniej; większość nadmiaru ciepła jest magazynowana w górnym oceanie. W rezultacie w ciągu ostatnich dwóch dekad zawartość ciepła w górnych warstwach oceanu znacznie wzrosła.

Energia wewnętrzna ciała makroskopowego jest równa sumie energii kinetycznych przypadkowego ruchu wszystkich cząsteczek (lub atomów) ciała oraz energii potencjalnej oddziaływania wszystkich cząsteczek ze sobą (ale nie z cząsteczkami inne organy).

Wzór do obliczania energii wewnętrznej jednoatomowej gaz doskonały:

Energia wewnętrzna idealnego gazu jednoatomowego jest wprost proporcjonalna do jego temperatury bezwzględnej.

Głównym źródłem ciepła oceanów jest światło słoneczne. Ponadto chmury, para wodna i gazy cieplarniane uwalniają ciepło, które pochłaniają, a część tej energii cieplnej trafia do oceanu. Fale, pływy i prądy nieustannie mieszają ocean, przenosząc ciepło z cieplejszych na zimniejsze szerokości geograficzne i na głębsze poziomy.

Ciepło pochłaniane przez ocean przemieszcza się z miejsca na miejsce, ale nie znika. Energia cieplna ostatecznie wraca do reszty systemu ziemskiego poprzez topienie szelfów lodowych, odparowywanie wody lub bezpośrednie ogrzewanie atmosfery. W ten sposób, energia cieplna w oceanie może ogrzewać planetę przez dziesięciolecia po jej spożyciu. Jeśli ocean pochłania więcej ciepła niż oddaje, jego zawartość ciepła wzrasta. Wiedza o tym, ile energii cieplnej jest pochłaniane i uwalniane przez ocean, jest ważna dla zrozumienia i modelowania globalnego klimatu.

Praca w termodynamice definiowana jest tak samo jak w mechanice, ale jest to zmiana nie energii kinetycznej ciała, ale jego energii wewnętrznej.

Podczas kompresji lub ekspansji zmienia się również średnia energia potencjalna oddziaływania cząsteczek, ponieważ zmienia się w tym przypadku średnia odległość między cząsteczkami.

Obliczmy pracę w zależności od zmiany objętości na przykładzie gazu w cylindrze pod tłokiem Najprościej jest najpierw obliczyć nie pracę siły F działającej na gaz od strony korpusu zewnętrznego (tłoka) , ale praca, którą wykonuje sam gaz, działając na tłok z siłą F. Zgodnie z trzecią zasadą Newtona F "=- F.

Historycznie rzecz biorąc, zakładając temperaturę oceanu, statki musiały wprowadzać do wody czujniki lub kolektory próbek. Ta czasochłonna metoda mogła zapewnić temperatury tylko dla niewielkiej części rozległego oceanu planety. Aby uzyskać globalny zasięg, naukowcy zwrócili się do satelitów, które mierzą wysokość powierzchni oceanu. Gdy woda się nagrzewa, rozszerza się, więc szacunki temperatury oceanu można uzyskać na podstawie wysokości powierzchni morza.

Aby uzyskać lepszy obraz zawartości termicznej oceanu na różnych głębokościach, naukowcy i inżynierowie wykorzystują również szereg instrumentów do pomiaru temperatury in situ. Znane jako Argo unosi się, czujniki dryfują po oceanie na różnych głębokościach. Mniej więcej co 10 dni, zgodnie z zaprogramowanymi instrukcjami, unoszą się w wodzie, rejestrując wraz ze wzrostem temperaturę. Kiedy pływak dotrze do powierzchni, przesyła naukowcom swoją lokalizację i inne informacje za pośrednictwem satelity, a następnie ponownie opada.

Moduł siły działającej od strony gazu na tłok wynosi F”=pS, gdzie p to ciśnienie gazu, S to pole powierzchni tłoka. kierunek siły F” o małą odległość h = h 2 - h 1. Jeśli przemieszczenie jest małe, ciśnienie gazu można uznać za stałe.

Praca wykonana przez gaz jest


Praca ta może być wyrażona w postaci zmiany objętości gazu. Początkowa objętość F 1 = Sh 1, a końcowa objętość V 2 = Sh 2. Dlatego

Przyrządy do pomiaru temperatury oceanu obejmują przewodnictwo, temperaturę, jednorazowe batytermografy i pływające argoty. Naukowcy nieustannie porównują dane z satelitów, pływaków i sond, aby mieć pewność, że tworzone przez nie wartości mają sens. Przetwarzają zakres pomiarowy, aby co trzy miesiące oszacować globalną średnią roczną zawartość ciepła w oceanach. Przeliczenie temperatury w dżulach pozwala porównać ciepło oceanu z celem ogrzewania w innych częściach systemu klimatycznego Ziemi.

Ponad 90 procent ocieplenia, które miało miejsce na Ziemi w ciągu ostatnich 50 lat, miało miejsce w oceanach. Mimo że atmosfera jest na dzień dzisiejszy całkowicie wolna od globalnego ocieplenia, ciepło, które jest już zmagazynowane w oceanie, zostanie ostatecznie uwolnione, a Ziemia będzie się dalej ocieplać w przyszłości.


gdzie AV=V 2 - V 1 - zmiana objętości gazu.

Podczas rozprężania gaz działa dodatnio, ponieważ kierunek siły i kierunek ruchu tłoka pokrywają się. W procesie ekspansji gaz przekazuje energię otaczającym ciałom.

Jeśli gaz jest sprężony, wzór na pracę gazu pozostaje ważny. Ale teraz v2

Obecnie ocieplająca się woda oceaniczna podnosi globalny poziom mórz, ponieważ woda rozszerza się wraz z ociepleniem. W połączeniu z wodą z topniejących lodowców na lądzie, wznoszące się morze zagraża naturalnym ekosystemom i ludzkim strukturom w pobliżu wybrzeży na całym świecie. Ocieplenie wód oceanicznych wiąże się również z wyczerpywaniem się szelfów lodowych i lodu morskiego, co ma dodatkowe konsekwencje dla systemu klimatycznego Ziemi. Wreszcie, ocieplające się wody oceaniczne zagrażają ekosystemom morskim i egzystencji ludzi.

Praca A wykonywana przez ciała zewnętrzne na gazie różni się od pracy gazu A „tylko w znaku: A \u003d -A”,

Praca A" gazu dla przypadku stałego ciśnienia może być podana prostą interpretacją geometryczną.

Zbudujmy wykres zależności ciśnienia gazu od objętości (ryc. 162). Tutaj obszar prostokąta abdc, ograniczony wykresem p 1 = const, oś V i segmenty ab i cd, równe ciśnieniu gazu, jest liczbowo równy pracy:

Na przykład ciepłe wody zagrażają zdrowiu koralowców, a z kolei społecznościom życia morskiego, które są od nich zależne jako schronienie i pożywienie. Ostatecznie ludzie, których żywność i miejsca pracy zależą od rybołówstwa morskiego, mogą stawić czoła negatywnym skutkom ocieplającego się oceanu.

Istnieją różne rodzaje rozliczeń za gaz: cieplne i wolumetryczne rozliczenia za gaz. Close billing: zużycie gazu w obszarze dostaw jest zwykle termiczne, które jest obliczane przez jednostki energetyczne. Ilość dostarczonego gazu jest mierzona w metrach sześciennych i przeliczana na zużyte kilowatogodziny, mnożąc ją przez nominalną wartość zużycia. Przeliczenie metrów sześciennych na kilowatogodziny uwzględnia wartość opałową i odpowiedni stan fizyczny gazu.

Możliwa jest zmiana energii wewnętrznej gazu w butli nie tylko poprzez wykonywanie pracy, ale także przez podgrzewanie gazu.

Proces przenoszenia energii z jednego ciała do drugiego bez wykonywania pracy nazywa się przenoszeniem ciepła lub przenoszeniem ciepła.

Ilościowa miara zmiany energii wewnętrznej podczas wymiany ciepła nazywana jest ilością ciepła Q.

Stan ten zależy od temperatury i ciśnienia gazu i jest rejestrowany w tzw. liczbie stanów. Liczba stanów pomnożona przez wartość opałową daje cieplną wartość opałową. Metry sześcienne zmierzone przez licznik pomnożone przez rozliczeniową wartość opałową dają liczbę kilowatogodzin do obliczenia.

Rozliczenie ilościowe: zużycie gazu obliczane jest na podstawie zużytych metrów sześciennych gazu ziemnego, w przeciwieństwie do rozliczeń termicznych, które opierają się na jednostkach energetycznych. Wysokość miesięcznych należności obliczana jest na podstawie cen bieżących oraz zużycia z ubiegłego roku.

Ilość ciepła nazywana jest energią, którą ciało oddaje w procesie wymiany ciepła.

Podczas wymiany ciepła na granicy między ciałami wolno poruszające się molekuły zimnego ciała oddziałują z szybko poruszającymi się molekułami gorącego ciała. W rezultacie energie kinetyczne cząsteczek wyrównują się, a prędkości cząsteczek ciała zimnego wzrastają, a ciała gorącego maleją.

Absorbery to części słonecznego systemu termicznego, które pochłaniają promieniowanie słoneczne i zamieniają je w ciepło. Z reguły powierzchnie absorbera pokrywa się selektywną powłoką, aby jak najwięcej światła słonecznego było pochłaniane i kierowane do płynu ciepłonośnego znajdującego się pod absorberem. Obecnie stosuje się wysokiej jakości pochłaniacz od 90 do 95% promieniowania słonecznego.

Absorpcja ogólnie opisuje absorpcję promieniowania lub substancji przez inny materiał. W przypadku technologii energetycznych, w szczególności absorpcji promieniowania słonecznego i absorpcji czynników chłodniczych w maszynach chłodniczych lub. Przykład 1 Gdy światło jest pochłaniane, część promieniowania jest pochłaniana przez substancję i przekształcana w ciepło. Zastosowanie: odzysk ciepła za pomocą paneli słonecznych.

Podczas wymiany ciepła nie zachodzi przemiana energii z jednej postaci w drugą, część energii wewnętrznej ciała gorącego jest przekazywana do ciała zimnego.

Ilość ciepła i pojemność cieplna.Z toku fizyki wiadomo, że aby ogrzać ciało o masie m od temperatury t x do temperatury t 2, należy przekazać mu ilość ciepła:

Wchłonięta substancja pełni funkcję czynnika chłodniczego, podczas gdy druga substancja nazywana jest rozpuszczalnikiem. Czynniki chłodnicze i rozpuszczalniki są łącznie określane jako para robocza. Przykłady 3 Bromek litu absorbuje wodę Woda absorbuje amoniak Zastosowanie: Lodówka, ogrzewanie pompy ciepła.

Ciepło odpadowe to ciepło, które powstaje jako produkt uboczny działania urządzeń lub systemów technicznych. Ogólnie rzecz biorąc, ciepło to musi być odpowiednio rozpraszane, aby zapobiec przegrzaniu urządzenia lub systemu. W odpadach z różnych procesów istnieje bardzo duży potencjał energetyczny. Więc próbujesz wykorzystać to ukierunkowane ciepło.

Gdy ciało się ochładza, okazuje się, że jego temperatura końcowa t 2 jest niższa niż temperatura początkowa t 1, a ilość ciepła wydzielanego przez ciało jest ujemna.

Współczynnik c we wzorze nazywa się właściwą pojemnością cieplną.

Ciepło właściwe- Jest to ilość ciepła, którą 1 kg substancji odbiera lub oddaje, gdy jej temperatura zmienia się o 1 K.

Przykład 1 Silniki samochodowe przetwarzają tylko część energii paliwa na energię kinetyczną. Powstałe ciepło odpadowe jest wykorzystywane do ogrzewania wnętrza. Przykład 2 Elektrownia wytwarza ciepło odpadowe, które można wykorzystać jako ogrzewanie miejskie.

Przykład 3 Ścieki z kanalizacji mogą przyczynić się do opłacalnej pracy cieplnej pompy ciepła ze względu na jej równomierną temperaturę. Anemometr służy do pomiaru prędkości wiatru i jest częścią sterowania turbiną wiatrową.

Właściwa pojemność cieplna zależy nie tylko od właściwości substancji, ale także od procesu, w którym odbywa się wymiana ciepła. Jeśli podgrzejesz gaz pod stałym ciśnieniem, rozszerzy się i zadziała. Aby ogrzać gaz o 1°C przy stałym ciśnieniu, trzeba mu przekazać więcej ciepła niż ogrzać go przy stałej objętości.

W ten sposób anemometr służy w przypadku burzy dla bezpieczeństwa obiektów i otoczenia. Przy bardzo niskim obciążeniu wiatrem mechanizm zabezpieczający również wyłącza elektrownię, ponieważ nie oczekuje się znaczącej produkcji energii. Atmosfera jest atmosferą ziemi. Składa się ze stałej mieszaniny różnych pierwiastków i związków gazowych. Najważniejszymi składnikami są azot, tlen, para wodna i argon. Oprócz dwutlenku węgla i pary wodnej szczególnie gazami występującymi w niewielkich ilościach są metan i chlorofluorowęglowodory.

Ciecze i ciała stałe nieznacznie rozszerzają się po podgrzaniu, a ich ciepło właściwe przy stałej objętości i stałym ciśnieniu niewiele się różni.

Ciepło właściwe parowania.Aby przekształcić ciecz w parę, należy do niej przekazać pewną ilość ciepła. Temperatura cieczy podczas tej przemiany nie zmienia się.

Bateria jest elektrochemicznym magazynem i konwerterem energii. Podczas rozładunku zmagazynowana energia chemiczna jest przekształcana w energię elektryczną w wyniku elektrochemicznej reakcji redoks. Przetworzona energia może być wykorzystywana przez odbiorcę energii elektrycznej niezależnie od sieci.

Przyjazne dla środowiska akumulatory, które zwalniają również portfel. Bioenergia to produkcja energii ze stałych, ciekłych lub gazowych substancji organicznych. Zaletą korzystania z energii są stosunkowo zamknięte obwody. Biogaz to zbiorcze określenie na energetycznie użyteczne gazy wytwarzane z biomasy. Tutaj metan jest energetycznie wykorzystywaną częścią biogazu.

Nazywa się ilość ciepła potrzebną do przekształcenia 1 kg cieczy w parę w stałej temperaturze ciepło właściwe parowania. Wartość ta jest oznaczona literą r i jest wyrażona w dżulach na kilogram (J / kg).


Kiedy ciało krystaliczne topi się, całe dostarczone do niego ciepło idzie na zwiększenie energii potencjalnej cząsteczek.

Biomasa to cała materia organiczna pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, z której można pozyskać energię. Istnieją dwie kategorie: surowce odnawialne i odpady organiczne. Możliwości wykorzystania energochłonnej biomasy gromadzą się w Niemczech poprzez gospodarkę leśną, obróbkę drewna, produkcję roślinną i hodowlę przemysłową.

Drewno opałowe, zrębki i bioetanol. Dzięki zastosowaniu podwójnej energii ich sprawność wzrasta do około 85%. Ogniwo paliwowe to elektrochemiczny konwerter energii, który przekształca energię reakcji stale dostarczanego paliwa i utleniacza na energię elektryczną.

Energia kinetyczna cząsteczek nie zmienia się, ponieważ topienie zachodzi w stałej temperaturze.

Nazywa się ilość ciepła potrzebną do przekształcenia 1 kg substancji krystalicznej w temperaturze topnienia w ciecz o tej samej temperaturzeciepło właściwe topnienia.

Aby stopić ciało krystaliczne o masie m, potrzebna jest ilość ciepła równa:

Oznacza to, że energia chemiczna zawarta w paliwie – w przeciwieństwie do konwencjonalnych elektrowni – jest zamieniana bezpośrednio na energię elektryczną. Dzięki temu ogniwo paliwowe może osiągnąć potencjalną wyższą sprawność elektryczną. Ponadto ogniwa paliwowe są prostsze w porównaniu z konwencjonalnymi generatorami, nie zużywają się mechanicznie, dzięki czemu mogą być eksploatowane bardziej niezawodnie i odporne na zużycie.

Ponieważ podczas pracy nie powstają żadne zanieczyszczenia ani gazy cieplarniane, ogniwo paliwowe uważane jest za niezwykle przyjazne dla środowiska i ważne źródło energii w przyszłości. Wartość opałowa opisuje całkowitą ilość ciepła, które powstaje podczas spalania.

Ilość ciepła uwalnianego podczas krystalizacji ciała jest równa:

Energia wewnętrzna ciała zmienia się podczas ogrzewania lub chłodzenia, podczas parowania i kondensacji, podczas topnienia i krystalizacji. We wszystkich przypadkach pewna ilość ciepła jest przekazywana lub usuwana z ciała.

Pierwsza zasada termodynamiki. Pierwszą zasadą termodynamiki jest zasada zachowania energii, rozszerzona na zjawiska termiczne.

Podczas przechodzenia systemu z jednego stanu do drugiego energia wewnętrzna zmienia się jednocześnie zarówno z powodu wykonywania pracy, jak i przenoszenia ciepła. Pierwsza zasada termodynamiki jest sformułowana właśnie dla takich ogólnych przypadków:

Zmiana energii wewnętrznej układu podczas jego przejścia z jednego stanu do drugiego jest równa sumie pracy sił zewnętrznych oraz ilość ciepła przekazanego do systemu:

Często zamiast pracy A ciał zewnętrznych w systemie rozważana jest praca A „układu na ciałach zewnętrznych. Biorąc pod uwagę, że A” \u003d - A, można napisać pierwszą zasadę termodynamiki w formie (13.10) następująco: