A quantidade de calor é chamada de parte. Teste integrativo em física "Fenômenos térmicos
1. Energia interna. Trabalho em termodinâmica. Quantidade de calor. Primeira lei da termodinâmica. Aplicação da primeira lei da termodinâmica a vários processos.
Responda:
Juntamente com a energia mecânica, os corpos macroscópicos também possuem energia contida nos próprios corpos. Essa energia é chamada de energia interna e entra no equilíbrio das transformações energéticas da natureza.
O oceano é o maior coletor de energia solar da Terra. A água não apenas cobre mais de 70% da superfície do nosso planeta, mas também pode absorver grandes quantidades de calor sem um aumento significativo da temperatura. Essa enorme capacidade de armazenar e liberar calor por longos períodos de tempo confere ao oceano um papel central na estabilização do sistema climático da Terra.
O aumento da concentração de gases de efeito estufa impede que o calor irradiado da superfície da Terra escape para o espaço livre, como acontecia antigamente; a maior parte do excesso de calor é armazenada na parte superior do oceano. Como resultado, nas últimas duas décadas, o conteúdo de calor nas camadas superiores do oceano aumentou significativamente.
A energia interna de um corpo macroscópico é igual à soma das energias cinéticas do movimento aleatório de todas as moléculas (ou átomos) do corpo e as energias potenciais da interação de todas as moléculas entre si (mas não com as moléculas de outros corpos).
A fórmula para calcular a energia interna de um monoatômico gás ideal:
A energia interna de um gás monoatômico ideal é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta.
A principal fonte de calor do oceano é a luz solar. Além disso, nuvens, vapor de água e gases de efeito estufa liberam calor, que absorvem, e parte dessa energia térmica entra no oceano. Ondas, marés e correntes misturam-se constantemente no oceano, movendo o calor das latitudes mais quentes para as mais frias e para níveis mais profundos.
O calor absorvido pelo oceano se move de um lugar para outro, mas não desaparece. A energia térmica eventualmente retorna ao resto do sistema da Terra derretendo as plataformas de gelo, evaporando a água ou aquecendo diretamente a atmosfera. Nesse caminho, energia térmica no oceano pode aquecer o planeta por décadas depois de consumido. Se o oceano absorve mais calor do que libera, seu conteúdo de calor aumenta. Saber quanta energia térmica é absorvida e liberada pelo oceano é importante para entender e modelar o clima global.
O trabalho na termodinâmica é definido da mesma forma que na mecânica, mas é igual à mudança não na energia cinética do corpo, mas em sua energia interna.
Durante a compressão ou expansão, a energia potencial média de interação das moléculas também muda, pois a distância média entre as moléculas muda neste caso.
Vamos calcular o trabalho dependendo da mudança de volume usando o exemplo do gás em um cilindro sob um pistão. A maneira mais fácil é primeiro calcular não o trabalho da força F que age sobre o gás do lado do corpo externo (pistão) , mas o trabalho que o próprio gás realiza, atuando no pistão com a força F. De acordo com a terceira lei de Newton F "=- F.
Historicamente, assumindo a temperatura do oceano, os navios tinham que colocar sensores ou coletores de amostras na água. Este método demorado só poderia fornecer temperaturas para uma pequena parte do vasto oceano do planeta. Para obter cobertura global, os cientistas recorreram a satélites que medem a altura da superfície do oceano. À medida que a água aquece, ela se expande, de modo que as estimativas da temperatura do oceano podem ser derivadas da altura da superfície do mar.
Para obter uma imagem melhor do conteúdo térmico do oceano em diferentes profundidades, cientistas e engenheiros também estão usando uma variedade de instrumentos para medir a temperatura in situ. Conhecidos como flutuadores Argo, os sensores flutuam pelo oceano em várias profundidades. A cada 10 dias ou mais, de acordo com as instruções programadas, eles sobem na água, registrando a temperatura à medida que sobem. Quando o flutuador atinge a superfície, ele envia sua localização e outras informações aos cientistas via satélite e depois desce novamente.
O módulo da força que atua do lado do gás no pistão é F "=pS, onde p é a pressão do gás, S é a área da superfície do pistão. Deixe o gás se expandir e o pistão é deslocado no direção da força F" por uma pequena distância h = h 2 - h 1. Se o deslocamento for pequeno, a pressão do gás pode ser considerada constante.
O trabalho realizado pelo gás é
Este trabalho pode ser expresso em termos de uma variação no volume do gás. O volume inicial F 1 = Sh 1 e o volume final V 2 = Sh 2. É por isso
Os instrumentos para medir a temperatura do oceano incluem condutividade, temperatura, batitermógrafos descartáveis e argots flutuantes. Os cientistas estão constantemente comparando dados de satélites, flutuadores e sondas para garantir que os valores que eles criam façam sentido. Eles processam a faixa de medição para calcular uma estimativa do conteúdo médio anual global de calor oceânico a cada três meses. A conversão de temperatura em joules permite comparar o calor no oceano com o objetivo de aquecimento em outras partes do sistema climático da Terra.
Mais de 90% do aquecimento que ocorreu na Terra nos últimos 50 anos ocorreu no oceano. Embora a atmosfera esteja completamente livre do aquecimento global a partir de hoje, o calor que já está armazenado no oceano acabará sendo liberado e a Terra se aquecerá ainda mais no futuro.
onde AV=V 2 - V 1 - mudança no volume do gás.
Ao se expandir, o gás realiza um trabalho positivo, pois a direção da força e a direção do movimento do pistão coincidem. No processo de expansão, o gás transfere energia para os corpos circundantes.
Se o gás for comprimido, a fórmula para o trabalho do gás permanece válida. Mas agora v2
Atualmente, o aquecimento da água oceânica está elevando os níveis globais do mar porque a água se expande à medida que aquece. Combinado com a água do derretimento das geleiras em terra, o aumento do mar está ameaçando os ecossistemas naturais e as estruturas humanas próximas às costas em todo o mundo. O aquecimento das águas oceânicas também está associado ao esgotamento das plataformas de gelo e do gelo marinho, o que tem implicações adicionais para o sistema climático da Terra. Finalmente, o aquecimento das águas oceânicas ameaça os ecossistemas marinhos e os meios de subsistência das pessoas.
O trabalho A realizado por corpos externos no gás difere do trabalho do gás A "apenas no sinal: A \u003d -A",
O trabalho A" de um gás para o caso de pressão constante pode receber uma interpretação geométrica simples.
Vamos construir um gráfico da dependência da pressão do gás no volume (Fig. 162). Aqui, a área do retângulo abdc, limitada pelo gráfico p 1 = const, o eixo V e os segmentos ab e cd, igual à pressão do gás, é numericamente igual ao trabalho:
Por exemplo, águas quentes ameaçam a saúde dos corais e, por sua vez, as comunidades de vida marinha que dependem deles para abrigo e alimentação. Em última análise, as pessoas que dependem da pesca marinha para alimentação e empregos podem enfrentar os efeitos negativos de um oceano em aquecimento.
Existem diferentes tipos de cobrança para faturamento de gás: faturamento de gás térmico e volumétrico. Faturamento próximo: o consumo de gás na área de abastecimento costuma ser térmico, que é calculado pelas unidades de potência. A quantidade de gás fornecida é medida em metros cúbicos e convertida em quilowatts-hora consumidos multiplicando-o pelo valor nominal de consumo. A conversão de metros cúbicos para quilowatts-hora leva em consideração o poder calorífico e o estado físico correspondente do gás.
É possível alterar a energia interna do gás no cilindro não apenas realizando trabalho, mas também aquecendo o gás.
O processo de transferência de energia de um corpo para outro sem realizar trabalho é chamado de transferência de calor ou transferência de calor.
A medida quantitativa da mudança na energia interna durante a transferência de calor é chamada de quantidade de calor Q.
Essa condição depende da temperatura e da pressão do gás e é registrada no chamado número de estado. O número de estados multiplicado pelo poder calorífico dá o poder calorífico térmico. Os metros cúbicos medidos pelo metro multiplicados pelo valor calorífico de faturamento fornecem o número de quilowatts-hora a serem calculados.
Facturação por volume: o consumo de gás é calculado em função dos metros cúbicos consumidos de gás natural, ao contrário da facturação térmica, que se baseia nas unidades de potência. O valor das mensalidades a pagar é calculado com base nos preços vigentes e com base no consumo do ano anterior.
A quantidade de calor é chamada de energia que o corpo libera no processo de transferência de calor.
Durante a troca de calor na fronteira entre os corpos, moléculas de movimento lento de um corpo frio interagem com moléculas de movimento rápido de um corpo quente. Como resultado, as energias cinéticas das moléculas são equalizadas e as velocidades das moléculas de um corpo frio aumentam, enquanto as de um corpo quente diminuem.
Os absorvedores são partes de um sistema solar térmico que absorvem a radiação solar e a transformam em calor. Como regra, as superfícies do absorvedor são fornecidas com um revestimento seletivo, de modo que a maior quantidade possível de luz solar seja absorvida e direcionada para o fluido de transferência de calor abaixo do absorvedor. Hoje, utiliza-se um absorvedor de alta qualidade entre 90 e 95% da radiação solar.
Absorção geralmente descreve a absorção de radiação ou uma substância por outro material. Para tecnologias de energia, em particular a absorção da radiação solar e a absorção de refrigerantes em máquinas de refrigeração ou. Exemplo 1 Quando a luz é absorvida, parte da radiação é absorvida pela substância e convertida em calor. Utilização: recuperação de calor com painéis solares.
Durante a troca de calor, não há conversão de energia de uma forma para outra; parte da energia interna de um corpo quente é transferida para um corpo frio.
A quantidade de calor e capacidade de calor.Sabe-se do curso de física que, para aquecer um corpo com massa m da temperatura t x à temperatura t 2, é necessário transferir para ele a quantidade de calor:
A substância absorvida tem a função de refrigerante enquanto a outra substância é referida como solvente. Os refrigerantes e solventes são referidos coletivamente como o par de trabalho. Exemplos 3 Brometo de lítio absorve água Água absorve amoníaco Aplicação: Frigorífico, aquecimento por bomba de calor.
O calor residual é o calor gerado como subproduto da operação de equipamentos ou sistemas técnicos. Geralmente, esse calor deve ser dissipado adequadamente para evitar o superaquecimento do dispositivo ou sistema. Existe um potencial energético muito grande no desperdício de diversos processos. Então você está tentando usar esse calor direcionado.
Quando o corpo esfria, sua temperatura final t 2 acaba sendo menor que a temperatura inicial t 1 e a quantidade de calor liberada pelo corpo é negativa.
O coeficiente c na fórmula é chamado de capacidade térmica específica.
Calor específico- Esta é a quantidade de calor que 1 kg de uma substância recebe ou cede quando sua temperatura varia em 1 K.
Exemplo 1 Os motores dos automóveis convertem apenas parte da energia do combustível em energia cinética. O calor residual resultante é usado para aquecer o interior. Exemplo 2 Uma usina de energia gera calor residual que pode ser usado como aquecimento urbano.
Exemplo 3 As águas residuais de um sistema de esgoto podem contribuir para o funcionamento térmico rentável de uma bomba de calor devido à sua temperatura uniforme. Um anemômetro é usado para medir a velocidade do vento e faz parte do controle da turbina eólica.
A capacidade de calor específico depende não apenas das propriedades da substância, mas também do processo pelo qual ocorre a transferência de calor. Se você aquecer um gás a pressão constante, ele se expandirá e realizará trabalho. Para aquecer um gás em 1°C a pressão constante, mais calor deve ser transferido para ele do que para aquecê-lo a volume constante.
Assim, o anemômetro serve em caso de tempestades para a segurança dos objetos e do entorno. Em cargas de vento muito baixas, o mecanismo de segurança também desliga a usina, pois não são esperadas saídas de energia significativas. A atmosfera é a atmosfera da terra. Consiste em uma mistura constante de vários elementos e compostos gasosos. Os componentes mais importantes são nitrogênio, oxigênio, vapor de água e argônio. Além do dióxido de carbono e do vapor d'água, destacam-se os gases que estão presentes em pequenas proporções, o metano e os clorofluorcarbonetos.
Líquidos e sólidos se expandem ligeiramente quando aquecidos, e suas capacidades de calor específico a volume e pressão constantes diferem pouco.
Calor específico de vaporização.Para converter um líquido em vapor, uma certa quantidade de calor deve ser transferida para ele. A temperatura do líquido durante esta transformação não muda.
A bateria é um armazenamento e conversor de energia eletroquímica. Durante o descarregamento, a energia química armazenada é convertida em energia elétrica por uma reação eletroquímica redox. A energia convertida pode ser utilizada pelo consumidor elétrico independente da rede.
Pilhas recarregáveis amigas do ambiente que também libertam a carteira. Bioenergia é a produção de energia a partir de substâncias orgânicas sólidas, líquidas ou gasosas. A vantagem de usar energia é circuitos relativamente fechados. Biogás é um termo coletivo para gases energeticamente úteis que são produzidos a partir de biomassa. Aqui, o gás metano é uma parte energeticamente utilizável do biogás.
A quantidade de calor necessária para transformar 1 kg de líquido em vapor a uma temperatura constante é chamada calor específico de vaporização. Este valor é indicado pela letra r e é expresso em joules por quilograma (J/kg).
Quando um corpo cristalino funde, todo o calor fornecido a ele aumenta a energia potencial das moléculas.
A biomassa refere-se a toda a matéria orgânica de origem vegetal ou animal da qual se pode extrair energia. Existem duas categorias: matérias-primas renováveis e resíduos orgânicos. As oportunidades de biomassa com uso intensivo de energia estão se acumulando na Alemanha por meio do manejo florestal, processamento de madeira, produção agrícola e agricultura industrial.
Lenha, lascas de madeira e bioetanol. Devido ao uso de dupla energia, sua eficiência aumenta para cerca de 85%. Uma célula de combustível é um conversor de energia eletroquímica que converte a energia de reação de um combustível e oxidante continuamente fornecidos em energia elétrica.
A energia cinética das moléculas não muda, pois a fusão ocorre a uma temperatura constante.
A quantidade de calor necessária para converter 1 kg de uma substância cristalina no ponto de fusão em um líquido da mesma temperatura é chamadacalor específico de fusão.
Para fundir um corpo cristalino de massa m, é necessária uma quantidade de calor igual a:
Isso significa que a energia química do combustível - ao contrário das usinas convencionais - é convertida diretamente em eletricidade. Portanto, uma potencial maior eficiência elétrica pode ser alcançada com a célula de combustível. Além disso, as células de combustível são mais simples em comparação com os geradores convencionais, não apresentam desgaste mecânico e, portanto, podem ser operadas de forma mais confiável e resistente ao desgaste.
Como nem poluentes nem gases de efeito estufa são gerados durante a operação, a célula de combustível é considerada uma fonte de energia extremamente ecológica e importante no futuro. O valor calorífico descreve a quantidade total de calor que é gerado durante a combustão.
A quantidade de calor liberada durante a cristalização do corpo é igual a:
A energia interna do corpo muda quando aquecido ou resfriado, durante a vaporização e condensação, durante a fusão e cristalização. Em todos os casos, uma certa quantidade de calor é transferida ou removida do corpo.
Primeira lei da termodinâmica. A primeira lei da termodinâmica é a lei da conservação da energia, estendida aos fenômenos térmicos.
Durante a transição do sistema de um estado para outro, a energia interna muda simultaneamente devido ao desempenho do trabalho e à transferência de calor. A primeira lei da termodinâmica é formulada precisamente para tais casos gerais:
A mudança na energia interna do sistema durante sua transição de um estado para outro é igual à soma do trabalho das forças externas e a quantidade de calor transferida para o sistema:
Freqüentemente, em vez do trabalho A de corpos externos no sistema, é considerado o trabalho A "do sistema em corpos externos. Considerando que A" \u003d - A, a primeira lei da termodinâmica na forma (13.10) pode ser escrita do seguinte modo: