Кількість теплоти називають ту частину. Інтегративне тестування з фізики «Теплові явища
1. Внутрішня енергія. Робота у термодинаміці. Кількість теплоти. Перший закон термодинаміки. Застосування першого закону термодинаміки до різних процесів.
Відповідь:
Поряд з механічною енергією макроскопічні тіла мають ще й енергію, укладену всередині самих тіл. Ця енергія називається внутрішньою енергією і входить у баланс енергетичних перетворень у природі.
Океан є найбільшим збирачем сонячної енергії на Землі. Вода не тільки покриває понад 70 відсотків поверхні нашої планети, але й може поглинати велику кількість тепла без значного підвищення температури. Ця величезна здатність зберігати та виділяти тепло протягом тривалих періодів часу дає океану центральну роль у стабілізації кліматичної системи Землі.
Збільшення концентрації парникових газів запобігає витоку тепла, що випромінюється з поверхні Землі, у вільний простір, як це було раніше; Більшість надлишкового тепла зберігається у верхньому океані. У результаті останні два десятиліття значно збільшився вміст тепла у верхніх шарах океану.
Внутрішня енергія макроскопічного тіла дорівнює сумі кінетичних енергій безладного руху всіх молекул (або атомів) тіла та потенційних енергій взаємодії всіх молекул одна з одною (але не з молекулами інших тіл).
Формула для обчислення внутрішньої енергії одноатомного ідеального газу:
Внутрішня енергія ідеального одноатомного газу прямо пропорційна його абсолютній температурі.
Основним джерелом теплоти океану є сонячне світло. Крім того, хмари, водяна пара та парникові гази виділяють тепло, яке вони поглинають, і частина цієї теплової енергії надходить до океану. Хвилі, припливи і течії постійно змішують океан, рухаючи тепло від тепліших до холодніших широт і до глибших рівнів.
Тепло, що поглинається океаном, переміщається з одного місця до іншого, але воно не зникає. Теплова енергія зрештою повертається в решту Землі, плавлячи шельфові льодовики, випаровуючи воду або безпосередньо підігріваючи атмосферу. Таким чином, теплова енергіяв океані може зігрівати планету протягом десятиліть після її поглинання. Якщо океан поглинає більше тепла, ніж він вивільняє, його вміст збільшується. Знання того, скільки теплової енергії поглинає та виділяє океан, важливе для розуміння та моделювання глобального клімату.
Робота в термодинаміці визначається так само, як і в механіці, але дорівнює зміні кінетичної енергії тіла, а його внутрішньої енергії.
При стисканні або розширенні змінюється і середня потенційна енергія взаємодії молекул, оскільки змінюється середня відстань між молекулами.
Найпростіше спочатку обчислити не роботу сили F, що діє на газ з боку зовнішнього тіла (поршня), а роботу, яку здійснює сам газ, діючи на поршень з силою F". Відповідно до третього закону Ньютона F"=- F.
Історично склалося так, що, приймаючи температуру океану, кораблі мали виляти датчики або збирачі проб у воду. Цей забираючий багато часу спосіб міг забезпечити тільки температуру для невеликої частини величезного океану планети. Щоб отримати глобальне охоплення, вчені звернулися до супутників, які вимірюють висоту поверхні океану. У міру того, як вода нагрівається, вона розширюється, тому оцінки температури океану можуть бути виведені з висоти поверхні моря.
Щоб отримати більш повну картину теплового вмісту океану на різних глибинах, вчені та інженери також використовують низку приладів для вимірювання температури на місці. Відомі як Арго плаває, датчики дрейфують океаном на різних глибинах. Кожні 10 днів або близько того, відповідно до їх запрограмованих інструкцій, вони піднімаються по воді, реєструючи температуру, коли вони піднімаються. Коли поплавець досягає поверхні, він відправляє своє місце розташування та іншу інформацію вченим через супутник, а потім знову опускається.
Модуль сили, що діє з боку газу на поршень, дорівнює F"=pS, де р - тиск газу, S - площа поверхні поршня. Нехай газ розширюється і поршень зміщується в напрямку сили F" на малу відстань h = h 2 - h 1 . Якщо переміщення мало, тиск газу можна вважати постійним.
Робота газу дорівнює
Цю роботу можна виразити через зміну обсягу газу. Початковий обсяг F 1 = Sh 1, а кінцевий V 2 = Sh 2 . Тому
Прилади для вимірювання температури океану включають прилади вимірювання провідності, температури, батитермографи, що витрачаються, і плавучі арго. Вчені постійно порівнюють дані з супутників, поплавків та зондів, щоб переконатися, що значення, які вони створюють, мають сенс. Вони обробляють діапазон вимірювань для розрахунку оцінки глобального середньорічного тепломістку океану кожні три місяці. Перетворення температур у джоулях дозволяє порівняти тепло в океані з метою нагрівання в інших частинах кліматичної системи Землі.
Понад 90 відсотків потепління, яке відбулося на Землі протягом останніх 50 років, відбулося в океані. Незважаючи на те, що на сьогоднішній день атмосфера повністю позбавлена глобального потепління, тепло, яке вже зберігається в океані, зрештою буде випущено, в майбутньому Земля додатково нагріватиметься.
де AV = V 2 - V 1 - Зміна обсягу газу.
При розширенні газ здійснює позитивну роботу, тому що напрямок сили та напрямок переміщення поршня збігаються. У процесі розширення газ передає енергію оточуючим тілам.
Якщо газ стискається, то формула для роботи газу залишається справедливою. Але тепер V 2
В даний час потепління океанської води піднімає глобальний рівень моря, тому що вода розширюється, коли вона нагрівається. У поєднанні з водою з танення льодовиків на суші висхідне море загрожує природним екосистемам і людським структурам поблизу берегових ліній по всьому світу. Потепління океанських вод також пов'язане із виснаженням шельфових льодовиків та морського льоду, які мають додаткові наслідки для кліматичної системи Землі. Зрештою, потепління океанських вод загрожує морським екосистемам та засобам для існування людей.
Робота А, що здійснюється зовнішніми тілами над газом, відрізняється від роботи газу А" тільки знаком: А=-А",
Роботі А газу для випадку постійного тиску можна дати просте геометричне тлумачення.
Побудуємо графік залежності тиску газу від об'єму (рис. 162). Тут площа прямокутника abdc, обмежена графіком р 1 = const, віссю V та відрізками аb і cd, рівними тиску газу, чисельно дорівнює роботі:
Наприклад, теплі води ставлять під загрозу здоров'я коралів та, у свою чергу, спільноти морського життя, які залежать від них для притулку та їжі. Зрештою, люди, які залежать від морського рибальства на продовольство та робочі місця, можуть зіткнутися з негативними наслідками океану, що зігріває.
При виставленні рахунків за газ розрізняються різні типи білінгу: тепловий та об'ємний газовий білінг. Тісний білінг: витрати газу в області постачання зазвичай є тепловими, які розраховуються енергоблоками. Кількість поставленого газу вимірюється в кубічних метрах і перетворюється на кіловат-годин, споживане шляхом множення його на номінальне значення споживання. Конверсія кубічних метрів за кіловат-годину відбувається з урахуванням теплотворної здатності та відповідного фізичного стану газу.
Змінити внутрішню енергію газу в циліндрі можна, не тільки виконуючи роботу, а й нагріваючи газ.
Процес передачі енергії від одного тіла до іншого без виконання роботи називають теплообміном або теплопередачею.
Кількісний захід зміни внутрішньої енергії при теплообміні називають кількістю теплоти Q.
Ця умова залежить від температури та тиску газу та реєструється в так званому державному номері. Кількість станів, помножена на теплотворну здатність, дає теплову теплотворну здатність. Кубічні метри, виміряні лічильником, помножені на білінгову теплотворну здатність, дають кількість кіловат-годин для розрахунку.
Об'ємний білінг: витрата газу розраховується відповідно до кубічних метрів природного газу, що споживаються, на відміну від термічного білінгу, який заснований на енергоблоках. Сума щомісячних сум, що підлягають виплаті, розраховується на основі чинних нині цін та виходячи із споживання минулого року.
Кількість теплоти називають таку енергію, яку тіло віддає в процесі теплообміну.
При теплообміні на кордоні між тілами відбувається взаємодія повільно рухомих молекул холодного тіла з молекулами гарячого тіла, що швидко рухаються. В результаті кінетичні енергії молекул вирівнюються та швидкості молекул холодного тіла збільшуються, а гарячого зменшуються.
Абсорбери є частинами сонячної теплової системи, що поглинає сонячну радіацію і перетворює її на тепло. Як правило, поверхні абсорбера забезпечені вибірковим покриттям, так що якнайбільше сонячного світла поглинається і прямує в теплоносій під абсорбером. Сьогодні використовується високоякісний абсорбер між 90 та 95% сонячної радіації.
Абсорбція взагалі описує поглинання випромінювання чи речовини іншим матеріалом. Для енергетичних технологій, зокрема, поглинання сонячної радіації та поглинання холодоагентів у холодильних машинах або. Приклад 1 При поглинанні світла частина випромінювання поглинається речовиною і перетворюється на тепло. Використання: рекуперація тепла за допомогою сонячних батарей.
При теплообміні немає перетворення енергії з однієї форми на іншу, частина внутрішньої енергії гарячого тіла передається холодному тілу.
Кількість теплоти та теплоємність.З курсу фізики відомо, що для нагрівання тіла масою від температури t x до температури t 2 необхідно передати йому кількість теплоти:
Абсорбована речовина має функцію холодоагенту, тоді як інша речовина згадується як розчинник. Холодагенти та розчинники в сукупності називаються робочою парою. Приклади 3 Бромід літію поглинає воду Вода поглинає аміак Застосування: Холодильник, нагрівання теплового насоса.
Відпрацьоване тепло - це тепло, яке утворюється як побічний продукт при експлуатації технічного обладнання або систем. Як правило, це тепло повинно розсіюватися відповідним чином, щоб запобігти перегріву пристрою або системи. У відходах різних процесів є дуже великий енергетичний потенціал. Тому ви намагаєтеся використати це цільове тепло.
При охолодженні тіла його кінцева температура t 2 виявляється меншою від початкової температури t 1 і кількість теплоти, що віддається тілом, негативно.
Коефіцієнт з формулою називають питомою теплоємністю.
Питома теплоємність- це кількість теплоти, яка отримує або віддає 1 кг речовини за зміни її температури на 1 К.
Приклад 1 Двигуни автомобілів перетворюють лише частину енергії палива на кінетичну енергію. Отримане в результаті відпрацьоване тепло використовується для обігріву внутрішньої частини. Приклад 2 Електростанція генерує відпрацьоване тепло, яке може використовуватися як централізоване теплопостачання.
Приклад 3 Відходи стічних вод від каналізаційної системи можуть сприяти прибутковій тепловій роботі теплового насоса через рівномірну температуру. Анемометр використовується для вимірювання швидкості вітру та є частиною управління вітряною турбіною.
Питома теплоємність залежить тільки від властивостей речовини, а й від цього, у якому процесі здійснюється теплопередача. Якщо нагрівати газ при постійному тиску, то він розширюватиметься і виконуватиме роботу. Для нагрівання газу на 1 °С при постійному тиску йому потрібно передати більше теплоти, ніж для нагрівання його при постійному обсязі.
Таким чином, анемометр служить у разі штормів безпеки об'єктів та прилеглої території. При дуже низьких вітрових навантаженнях механізм безпеки також відключає установку, оскільки не очікується значних енергетичних виходів. Атмосфера – це атмосфера землі. Він складається з постійної суміші різних газоподібних елементів та з'єднань. Найбільш важливими компонентами є азот, кисень, водяна пара та аргон. Крім двоокису вуглецю та водяної пари, особливо газів, які присутні в невеликій пропорції, є метан і хлорфторвуглеці.
Рідкі та тверді тіла розширюються при нагріванні незначно, та їх питомі теплоємності при постійному обсязі та постійному тиску мало різняться.
Питома теплота пароутворення.Для перетворення рідини на пару необхідна передача їй певної кількості теплоти. Температура рідини за такого перетворення не змінюється.
Акумулятор являє собою електрохімічне сховище енергії та конвертер. Під час розвантаження накопичена хімічна енергія перетворюється на електричну енергію електрохімічною окислювально-відновною реакцією. Перетворена енергія може використовуватись електричним споживачем незалежно від мережі.
Екологічно чисті акумулятори, які також звільняють гаманець. Біоенергія - це виробництво енергії із твердих, рідких чи газоподібних органічних речовин. Перевага використання енергії – відносно замкнуті ланцюги. Біогаз є колективним терміном для енергетично корисних газів, що виробляються з біомаси. Тут метановий газ є енергетично придатною частиною біогазу.
Кількість теплоти, необхідне для перетворення при постійній температурі 1 кг рідини на пару, називають питомою теплотою пароутворення.Цю величину позначають буквою r і виражають у джоулях на кілограм (Дж/кг).
При плавленні кристалічного тіла вся теплота, що підводиться до нього, йде на збільшення потенційної енергії молекул.
Біомаса відноситься до всіх органічних речовин рослинного або тваринного походження, з яких можна отримати енергію. Існують дві категорії: відновлювана сировина та органічні відходи. Енергоємні можливості біомаси накопичуються в Німеччині за допомогою управління лісами, деревообробки, виробництва сільськогосподарських рослин та заводського землеробства.
Дрова, тріски та біоетанол. Через використання подвійної енергії їхня ефективність збільшується приблизно до 85%. Паливний елемент являє собою електрохімічний перетворювач енергії, який перетворює енергію реакції палива, що безперервно подається, і окислювача в електричну енергію.
Кінетична енергія молекул не змінюється, тому що плавлення відбувається за постійної температури.
Кількість теплоти, необхідне для перетворення 1 кг кристалічної речовини при температурі плавлення в рідину тієї ж температури, називаютьпитомою теплотою плавлення.
Для того щоб розплавити кристалічне тіло масою т. необхідна кількість теплоти, що дорівнює:
Це означає, що хімічна енергія палива – на відміну від звичайних електростанцій – перетворюється безпосередньо на електрику. Тому з паливним елементом може бути досягнута потенційна вища електрична ефективність. Крім того, паливні елементи простіше в порівнянні зі звичайними генераторами, не мають механічного зносу і тому можуть експлуатуватися більш надійно та зносостійкими.
Оскільки під час експлуатації не утворюються ні забруднювачі, ні парникові гази, паливний елемент вважається надзвичайно екологічно чистим та важливим джерелом енергії у майбутньому. Теплотворна здатність визначає загальну кількість тепла, що утворюється під час горіння.
Кількість теплоти, що виділяється при кристалізації тіла, дорівнює:
Внутрішня енергія тіла змінюється при нагріванні або охолодженні, при пароутворенні та конденсації, при плавленні та кристалізації. У всіх випадках тілу передається або від нього забирається деяка кількість теплоти.
Перший закон термодинаміки. Перший закон термодинаміки – це закон збереження енергії, поширений на теплові явища.
При переході системи з одного стану до іншого внутрішня енергія змінюється одночасно як за рахунок виконання роботи, так і за рахунок передачі теплоти. Перший закон термодинаміки формулюється саме для таких загальних випадків:
Зміна внутрішньої енергії системи при переході її з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил і кількості теплоти, переданої системі:
Часто замість роботи А зовнішніх тіл над системою розглядають роботу А системи над зовнішніми тілами. Враховуючи, що А = - А, перший закон термодинаміки у формі (13.10) можна записати так: