Ciepło jest miarą energii cieplnej, która może zostać przeniesiona z jednego punktu do drugiego. Ciepło to transfer energii kinetycznej ze źródła energii do ośrodka lub z jednego ośrodka lub przedmiotu do innego ośrodka lub obiektu.

Ciepło jest jednym z ważnych składników przemian fazowych związanych z pracą i energią. Ciepło jest także miarą energii kinetycznej cząstek układu. Energia kinetyczna cząstek układu wzrasta wraz ze wzrostem temperatury układu. Stąd miara ciepła zmienia się w czasie.

Przenikanie ciepła

Kiedy układ o wyższej temperaturze styka się z układem o niższej temperaturze, energia jest przenoszona z cząstek w pierwszym układzie do cząstek w drugim. Dlatego wymianę ciepła można zdefiniować jako proces przenoszenia ciepła z obiektu (lub układu) o wyższej temperaturze do innego obiektu (lub układu) o niższej temperaturze.

Formuła przenoszenia ciepła

Wzór na przenikanie ciepła określa ilość ciepła przenoszonego z jednego systemu do drugiego.

Q = do × m × ΔT

Gdzie,

Q to ciepło dostarczone do układu

m jest masą układu

c jest ciepłem właściwym układu

ΔT jest zmianą temperatury układu

Ciepło właściwe (c) definiuje się jako ilość ciepła (w dżulach) pochłoniętego na jednostkę masy (kg) materiału, gdy jego temperatura wzrasta o 1 K (lub 1 °C). Jej jednostkami są J/kg/K lub J/kg/°C.

Wyprowadzenie wzoru

Pozwalać M będzie masą układu i C będzie ciepło właściwe układu. Pozwalać ΔT będzie zmianą temperatury układu.

Następnie ilość dostarczonego ciepła ( Q ) jest iloczynem masy M , specyficzna pojemność cieplna C i zmiana temperatury ΔT i jest podawany przez,

Q = do × m × ΔT

Rodzaje wymiany ciepła

Istnieją trzy rodzaje wymiany ciepła:

1. Przewodzenie
2. Konwekcja
3. Promieniowanie

Przewodzenie

lista Java

Przenoszenie ciepła przez ciała stałe nazywa się przewodzeniem. Wzór na ciepło przenoszone w procesie przewodzenia wyraża się wzorem:

Q = kA(T _Gorący -T _Zimno) t/d

Gdzie,

Q to ciepło przenoszone przez przewodzenie

k jest przewodnością cieplną materiału

A jest polem powierzchni

T_Gorącyjest temperaturą gorącej powierzchni

T_Zimnojest temperaturą zimnej powierzchni

czas

d jest grubością materiału

Konwekcja

Przenoszenie ciepła przez ciecze i gazy nazywa się konwekcją. Wzór na ciepło przenoszone w procesie konwekcji wyraża się wzorem:

Q = H _C NA _Gorący -T _Zimno )

Gdzie,

Q to ciepło przenoszone przez konwekcję

H_Cjest współczynnikiem przenikania ciepła

A jest polem powierzchni

T_Gorącyjest temperaturą gorącego układu

T_Zimnojest temperaturą zimnego układu

Promieniowanie

Przenoszenie ciepła za pomocą fal elektromagnetycznych nazywa się promieniowaniem. Wzór na ciepło przenoszone w procesie promieniowania wyraża się wzorem:

Q = σ (T _Gorący - T _Zimno) ⁴ A

Gdzie,

algorytm sortowania przez wstawianie

Q to ciepło przenoszone przez promieniowanie

σ to stała Stefana Boltzmanna

T _Gorący jest temperaturą gorącego układu

T _Zimno jest temperaturą zimnego układu

A jest polem powierzchni

Stałą Stefana Boltzmanna (σ) oblicza się jako:

σ = 2.p ⁵ K _B ⁴ / 15 godz ³ C ² = 5,670367(13) × 10 ^-8 J . M ^-2 . S ^-1 . K ^-4

Gdzie,

σ to stała Stefana Boltzmanna

pi(π) ∼=

k _B jest stałą Boltzmanna

h jest stałą Plancka

c to prędkość światła w próżni

Przykładowe problemy

Zadanie 1: Układ o masie 10 kg i temperaturze początkowej 200 K nagrzewa się do temperatury 450 K. Ciepło właściwe układu wynosi 0,91 KJ/kg K. Oblicz ciepło uzyskane przez układ w tym procesie.

Rozwiązanie:

Według pytania,

Masa, m = 10 kg

Ciepło właściwe, c = 0,91 KJ/kg K

Temperatura początkowa, T _I = 200 tys

Temperatura końcowa, T _F = 450 tys

myflixer

Zmiana temperatury, ΔT = 450K – 200K = 250K

Korzystając ze wzoru na przenikanie ciepła,

Q = do × m × ΔT

Q = 0,91 x 10 x 250

Q = 2275 KJ

Zatem całkowite ciepło uzyskane przez system wynosi 2275 KJ.

Problem 2: Ciepło właściwe żelaza wynosi 0,45 J/g°C. Jaka masa żelaza jest potrzebna do przeniesienia ciepła o wartości 1200 dżuli, jeśli zmiana temperatury wynosi 40°C?

Rozwiązanie:

Według pytania,

Ciepło właściwe żelaza, c = 0,45 J/g°C

Zmiana temperatury, ΔT = 40°C

Ilość przekazanego ciepła, Q = 1200 J

Korzystając ze wzoru na przenikanie ciepła,

Q = do × m × ΔT

m = Q /(c x ΔT)

m = 1200 /(0,45 x 40)

m = 66,667 g

Zatem wymagana masa żelaza do wymiany ciepła 1200 dżuli wynosi 66,667 gramów.

Problem 3: Rozważmy dwa słupy wody o różnych temperaturach oddzielone szklaną ścianą o długości 3 mi szerokości 1,5 m i grubości 0,005 m. Jeden słup wody ma temperaturę 380 K, a drugi 120 K. Oblicz ilość przeniesionego ciepła, jeśli przewodność cieplna szkła wynosi 1,4 W/mK.

Rozwiązanie:

Według pytania,

Przewodność cieplna szkła, k = 1,4 W/mK.

Temperatura pierwszego słupa wody, T _{Gorąco = 380 tys}

Temperatura drugiego słupa wody, T _{Zimno = 120 tys}

Powierzchnia szklanej ściany oddzielającej dwie kolumny, A = długość x szerokość = 3m x 1,5m = 4,5m ²

Grubość szkła, d = 0,005m

Korzystając ze wzoru na przewodzenie ciepła dla przewodzenia,

Q = kA(T _Gorący -T _Zimno )t / d

Q = 1,4 x 4,5 (380-120) / 0,005

Q = 327600 W

Dlatego ilość przeniesionego ciepła wynosi 327600 watów.

Zadanie 4: Oblicz przenikanie ciepła przez konwekcję, jeśli współczynnik przenikania ciepła ośrodka wynosi 8 W/(m ² K) i powierzchnia wynosi 25 m ² a różnica temperatur wynosi 20 K.

Rozwiązanie:

Według pytania,

Współczynnik przenikania ciepła, H _C = 8 W/(m ² K.)

Powierzchnia A = 25m ²

Zmiana temperatury (T _Gorący - T _Zimno) = 20 tys

Korzystając ze wzoru na przenikanie ciepła dla konwekcji,

Q = H _C NA _Gorący -T _Zimno )

Q = 8 x 25 x 20

Q = 4000 W

.równa się Javie

Dlatego ilość ciepła przenoszonego przez konwekcję wynosi 4000 watów.

Zadanie 5: Oblicz ciepło przekazywane przez promieniowanie pomiędzy dwoma ciałami doskonale czarnymi o temperaturach 300 K i 430 K, a powierzchnia ośrodka wynosi 48 m ² . (Biorąc pod uwagę stałą Stefana Boltzmanna, σ = 5,67 x 10 ^-8 W/(m ² K ⁴ ) ).

Rozwiązanie:

Według pytania,

Temperatura gorącego ciała, T_Gorący= 430 tys

Temperatura zimnego ciała, T_Zimno= 300 tys

Zmiana temperatury (T_Gorący- T_Zimno) = 430 tys. – 300 tys. = 130 tys

Powierzchnia A = 48 m²

Stała Stefana Boltzmanna, σ = 5,67 x 10^-8W/(m²K⁴)

Korzystając ze wzoru na przenikanie ciepła dla promieniowania,

Q = σ (T_Gorący-T_Zimno)4A

Q = 5,67 x 10^-8x130⁴x 48

Q = 777,3 W

Zatem ilość ciepła przenoszonego przez promieniowanie wynosi 777,3 W.