Cantitatea de căldură: concept, calcule, aplicare. Cantitatea de căldură

Acasă

Wells

Această lecție discută conceptul de cantitate de căldură.

Dacă până în acest punct am luat în considerare proprietățile și fenomenele generale asociate căldurii, energiei sau transferului acestora, acum este timpul să ne familiarizăm cu caracteristicile cantitative ale acestor concepte. Mai exact, introduceți conceptul de cantitate de căldură. Toate calculele ulterioare legate de transformarea energiei și căldurii se vor baza pe acest concept.

Definiție

Cantitatea de căldură este energia care este transferată prin transfer de căldură.

Să luăm în considerare întrebarea: ce cantitate vom exprima această cantitate de căldură?

Cantitatea de căldură este legată de energie interna corpurile, prin urmare, atunci când corpul primește energie, energia sa internă crește, iar atunci când o cedează, ea scade (Fig. 1).

Orez. 1. Relația dintre cantitatea de căldură și energia internă

Concluzii similare se pot trage despre temperatura corpului (Fig. 2).

Orez. 2. Relația dintre cantitatea de căldură și temperatură

Energia internă este exprimată în jouli (J). Aceasta înseamnă că cantitatea de căldură este măsurată și în jouli (în SI):

Notația standard pentru cantitatea de căldură.

Pentru a afla: de ce depinde, vom efectua 3 experimente.

Experimentul #1

Să luăm două corpuri identice, dar mase diferite. De exemplu, să luăm două tigăi identice și să turnăm în ele cantități diferite de apă (de aceeași temperatură).

Evident, pentru a fierbe oala în care este mai multă apă, va dura mai mult timp. Adică va trebui să comunice mai multă căldură.

Din aceasta putem concluziona că cantitatea de căldură depinde de masă (direct proporțional - cu cât masa este mai mare, cu atât cantitatea de căldură este mai mare).

Orez. 3. Experimentul #1

Experimentul #2

În al doilea experiment, vom încălzi corpuri de aceeași masă la temperaturi diferite. Adică să luăm două oale cu apă de aceeași masă și să încălzăm unul dintre ele la , iar al doilea, de exemplu, la .

Evident, pentru a încălzi tigaia la o temperatură mai mare, va dura mai mult timp, adică va trebui să dea mai multă căldură.

Din aceasta putem concluziona că cantitatea de căldură depinde de diferența de temperatură (direct proporțională - cu cât diferența de temperatură este mai mare, cu atât cantitatea de căldură este mai mare).

Orez. 4. Experimentul #2

Experimentul #3

În al treilea experiment, luăm în considerare dependența cantității de căldură de caracteristicile substanței. Pentru a face acest lucru, luați două tigăi și turnați apă într-una dintre ele, iar ulei de floarea soarelui în cealaltă. În acest caz, temperaturile și masele de apă și ulei trebuie să fie aceleași. Vom încălzi ambele tigăi la aceeași temperatură.

Pentru a încălzi o oală cu apă, va dura mai mult timp, adică va trebui să transmită mai multă căldură.

Din aceasta putem concluziona că cantitatea de căldură depinde de tipul de substanță (vom vorbi mai multe despre cum anume în lecția următoare).

Orez. 5. Experimentul #3

În urma experimentelor, putem concluziona că depinde de:

din greutatea corporală;
modificări ale temperaturii sale;
fel de substanță.

Rețineți că în toate cazurile pe care le-am luat în considerare, nu vorbim despre tranziții de fază (adică modificări ale stării agregate a unei substanțe).

În același timp, valoarea numerică a cantității de căldură poate depinde și de unitățile sale de măsură. Pe lângă joule, care este o unitate SI, se folosește o altă unitate pentru măsurarea cantității de căldură - calorie(tradus ca „caldura”, „caldura”).

Aceasta este o valoare destul de mică, așa că conceptul de kilocalorie este mai des folosit: . Această valoare corespunde cantității de căldură care trebuie transferată apei pentru a o încălzi.

În lecția următoare, vom lua în considerare conceptul de capacitate termică specifică, care leagă o substanță și cantitatea de căldură.

Bibliografie

Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizica 8. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Fizica 8. - M.: Butard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizica 8. - M.: Iluminismul.

Portalul de internet „festival.1september.ru” ()
Portalul de internet „class-fizika.narod.ru” ()
Portalul de internet „school.xvatit.com” ()

Teme pentru acasă

Pagină 20, paragraful 7, întrebările 1-6. Peryshkin A.V. Fizica 8. - M.: Butard, 2010.
De ce apa din lac se răcește mult mai puțin peste noapte decât nisipul de pe plajă?
De ce clima, care se caracterizează prin schimbări bruște de temperatură între zi și noapte, este numită brusc continentală?

Pe unitățile de cantitate de căldură. Unitatea de măsură a cantității de căldură – caloria „mică” – am definit-o mai sus ca fiind cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura apei cu 1 K la presiunea atmosferică. Dar, deoarece capacitatea de căldură a apei la diferite temperaturi este diferită, este necesar să se convină asupra temperaturii la care este ales acest interval de un grad.

În URSS se adoptă așa-numita calorie de douăzeci de grade, pentru care se adoptă intervalul de la 19,5 la 20,5 ° C. În unele țări, se utilizează o calorie de cincisprezece grade (intervalul primului dintre ele este J, al doilea - J. Uneori se folosește o calorie medie, egală cu o sutime din cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi apa de la până la

Măsurarea cantității de căldură. Pentru a măsura direct cantitatea de căldură dată sau primită de un corp, se folosesc dispozitive speciale - calorimetre.

În forma sa cea mai simplă, un calorimetru este un vas umplut cu o substanță a cărei capacitate termică este bine cunoscută, cum ar fi apa (căldura specifică

Cantitatea de căldură măsurată este transferată calorimetrului într-un fel sau altul, ca urmare a modificării temperaturii acestuia. Măsurând această schimbare de temperatură, obținem căldură

unde c este capacitatea termică specifică a substanței care umple calorimetrul, masa acestuia.

Trebuie avut în vedere faptul că căldura este transferată nu numai substanței calorimetrului, ci și vasului și diferitelor dispozitive care pot fi plasate în el. Prin urmare, înainte de măsurare, este necesar să se determine așa-numitul echivalent termic al calorimetrului - cantitatea de căldură care încălzește calorimetrul „gol” cu un grad. Uneori, această corecție este introdusă prin adăugarea unei mase suplimentare la masa de apă, a cărei capacitate termică este egală cu capacitatea termică a vasului și a altor părți ale calorimetrului. Apoi putem presupune că căldura este transferată la o masă de apă egală cu Cantitatea se numește echivalentul în apă al calorimetrului.

Măsurarea capacității termice. Calorimetrul este, de asemenea, folosit pentru a măsura capacitatea de căldură. În acest caz, este necesar să se cunoască exact cantitatea de căldură furnizată (sau îndepărtată).Dacă este cunoscută, atunci capacitatea termică specifică se calculează din egalitate.

unde este masa corpului studiat și modificarea temperaturii acestuia cauzată de căldură

Căldura este furnizată corpului în calorimetru, care trebuie proiectat astfel încât căldura furnizată să fie transferată numai către corpul studiat (și, desigur, către calorimetru), dar să nu se piardă în spațiul înconjurător. Între timp, astfel de pierderi de căldură apar întotdeauna într-o oarecare măsură, iar luarea în considerare a acestora este principala preocupare în măsurătorile calorimetrice.

Măsurarea capacității termice a gazelor este dificilă deoarece, datorită densității reduse a acestora, capacitatea termică a masei de gaz care poate fi introdusă în calorimetru este mică. La temperaturi obișnuite, poate fi comparabilă cu capacitatea termică a unui calorimetru gol, ceea ce reduce inevitabil precizia măsurării. Acest lucru se aplică în special la măsurarea capacității termice la volum constant.La determinarea acestei dificultăți, această dificultate poate fi ocolită dacă gazul investigat este făcut să curgă (la presiune constantă) prin calorimetru (vezi mai jos).

Măsurare Aproape singura metodă de măsurare directă a capacității termice a unui gaz la volum constant este metoda propusă de Joly (1889). Schema acestei metode este prezentată în fig. 41.

Calorimetrul constă dintr-o cameră K, în care două bile goale identice de cupru sunt suspendate la capetele grinzii de echilibru, echipate cu plăci în partea de jos și reflectoare în partea de sus. Una dintre bile este evacuată, cealaltă este umplută cu gazul investigat. Pentru ca gazul sa aiba o capacitate termica notabila se injecteaza sub presiune considerabila Masa gazului injectat se determina cu ajutorul balantelor, restabilind echilibrul perturbat de introducerea gazului cu greutati.

După ce se stabilește echilibrul termic între bile și cameră, vaporii de apă sunt lăsați în cameră (tuburile pentru intrarea și ieșirea aburului sunt amplasate pe pereții din față și din spate ai camerei și nu sunt prezentate în Fig. 41). Aburul se condensează pe ambele bile, încălzindu-le și curge în farfurii. Dar pe o sferă plină cu gaz, mai mult lichid se condensează, deoarece capacitatea sa de căldură este mai mare. Din cauza excesului de condens pe una dintre bile, echilibrul bilelor va fi din nou perturbat. După ce a echilibrat cântarul, aflăm excesul de masă de lichid care s-a condensat din cauza prezenței gazului în minge. Dacă acest exces de masă de apă este egal, atunci, înmulțind-o cu căldura de condensare a apei, găsim cantitatea de căldură care a intrat în încălzirea gazului de la temperatura inițială la temperatura vaporilor de apă.Măsurând această diferență cu un termometru. , primim:

unde capacitatea termică specifică este gazul. Cunoscând capacitatea termică specifică, constatăm că capacitatea termică molară

Măsurare Am menționat deja că pentru măsurarea capacității termice la presiune constantă, gazul investigat este forțat să curgă printr-un calorimetru. Acesta este singurul mod de a asigura constanta presiunii gazului, în ciuda furnizării de căldură și încălzire, fără de care este imposibil să se măsoare capacitatea de căldură. Ca exemplu de astfel de metodă, prezentăm aici o descriere a experimentului clasic al lui Regnault (Schema aparatului este prezentată în Fig. 42.

Gazul de testare din rezervorul A este trecut printr-o supapă printr-o serpentină plasată într-un vas cu ulei B, încălzit de un fel de sursă de căldură. Presiunea gazului este reglată de o supapă iar constanța acestuia este controlată de un manometru.Trecând o distanță lungă în serpentină, gazul preia temperatura uleiului, care este măsurată de un termometru.

Gazul încălzit în serpentină trece apoi prin calorimetrul de apă, se răcește în acesta la o anumită temperatură măsurată de termometru și iese afară. Măsurând presiunea gazului în rezervorul A la începutul și la sfârșitul experimentului (se folosește un manometru pentru aceasta, vom afla masa gazului care a trecut prin aparat.

Cantitatea de căldură degajată de gaz către calorimetru este egală cu produsul dintre echivalentul de apă al calorimetrului și modificarea temperaturii acestuia, unde este temperatura inițială a calorimetrului.

Energia termică este un sistem de măsurare a căldurii care a fost inventat și folosit acum două secole. Principala regulă pentru lucrul cu această cantitate a fost că energia termică este conservată și nu poate dispărea pur și simplu, ci poate fi transferată într-o altă formă de energie.

Există mai multe general acceptate unități de măsură ale energiei termice. Sunt utilizate în principal în sectoare industriale precum. Cele mai comune sunt descrise mai jos:

Orice unitate de măsură inclusă în sistemul SI are un scop în determinarea cantității totale a unui anumit tip de energie, cum ar fi căldura sau electricitatea. Timpul și cantitatea de măsurare nu afectează aceste valori, motiv pentru care pot fi utilizate atât pentru energia consumată, cât și pentru energia deja consumată. În plus, orice transmisie și recepție, precum și pierderile, sunt de asemenea calculate în astfel de cantități.

Unde sunt unitățile de măsură ale energiei termice utilizate

Unități de energie transformate în căldură

Pentru un exemplu ilustrativ, mai jos sunt comparații ale diverșilor indicatori SI populari cu energia termică:

1 GJ este egal cu 0,24 Gcal, ceea ce în termeni electrici este egal cu 3400 milioane kWh pe oră. În echivalent de energie termică 1 GJ = 0,44 tone de abur;
În același timp, 1 Gcal = 4,1868 GJ = 16.000 milioane kW pe oră = 1,9 tone de abur;
1 tonă de abur este egală cu 2,3 GJ = 0,6 Gcal = 8200 kW pe oră.

În acest exemplu, valoarea aburului dată este luată ca evaporarea apei când se atinge 100°C.

Pentru a calcula cantitatea de căldură se utilizează următorul principiu: pentru a obține date despre cantitatea de căldură, se folosește la încălzirea lichidului, după care masa de apă este înmulțită cu temperatura germinată. Dacă în SI masa unui lichid este măsurată în kilograme, iar diferențele de temperatură în grade Celsius, atunci rezultatul unor astfel de calcule va fi cantitatea de căldură în kilocalorii.

Dacă este nevoie să transferați energie termică de la un corp fizic la altul și doriți să cunoașteți posibilele pierderi, atunci merită să înmulțiți masa căldurii primite a substanței cu temperatura creșterii și apoi să aflați produsul valorii obținute prin „capacitatea termică specifică” a substanței.

Definiție

Cantitatea de căldură sau pur și simplu căldură($Q$) se numește energie internă, care, fără a face muncă, este transferată de la corpurile cu o temperatură mai mare către corpurile cu o temperatură mai scăzută în procesele de conducere a căldurii sau de radiație.

Joule - unitate SI pentru măsurarea cantității de căldură

Unitatea de măsură a cantității de căldură poate fi obținută din prima lege a termodinamicii:

\[\Delta Q=A+\Delta U\ \left(1\right),\]

unde $A$ este lucrarea sistemului termodinamic; $\Delta U$ - modificarea energiei interne a sistemului; $\Delta Q$ - cantitatea de căldură furnizată sistemului.

Din legea (1), și cu atât mai mult din versiunea sa pentru un proces izoterm:

\[\Delta Q=A\ \left(2\right).\]

Evident, în Sistemul Internațional de Unități (SI), joule (J) este o unitate de energie și lucru.

Este ușor de exprimat joule în unități de bază folosind definiția energiei ($E$) de forma:

unde $c$ este viteza luminii; $m$ - greutatea corporală. Pe baza expresiei (2), avem:

\[\left=\left=kg\cdot (\left(\frac(m)(s)\right))^2=\frac(kg\cdot m^2)(s^2).\]

Cu joule, sunt folosite toate prefixele SI standard, denotând unități fracționale zecimale și multiple. De exemplu, $1kJ=(10)^3J$; 1MJ = $(10)^6J$; 1 GJ=$(10)^9J$.

Erg - unitate de măsură a cantității de căldură din sistemul cgs

În sistemul CGS (centimetru, gram, secundă), căldura se măsoară în ergi (ergi). În acest caz, un erg este egal cu:

Ținând cont de faptul că:

obținem raportul dintre joule și erg:

Calorie - o unitate de măsură pentru cantitatea de căldură

Caloriile sunt folosite ca unitate în afara sistemului pentru măsurarea cantității de căldură. O calorie este egală cu cantitatea de căldură care trebuie transferată apei care cântărește un kilogram pentru a o încălzi cu un grad Celsius. Relația dintre joule și calorie este următoarea:

Pentru a fi mai precis, ei disting:

Calorie internațională, este egală cu:
calorii termochimice:
15 grade calorii utilizate pentru măsurătorile termice:

Caloriile sunt adesea folosite cu prefixe zecimale precum: kcal (kilocalorie) $1kcal=(10)^3cal$; Mcal (megacalorii) 1Mcal = $(10)^6cal$; Gcal (gigacalorii) 1 Gcal=$(10)^9cal$.

Uneori, o kilocalorie este numită calorie mare sau kilogram-calorie.

Exemple de probleme cu o soluție

Exemplul 1

Exercițiu. Câtă căldură este absorbită de hidrogenul de masă $m=0,2$kg când este încălzit de la $t_1=0(\rm()^\circ\!C)$ la $t_2=100(\rm()^\circ \! C)$ la presiune constantă? Scrieți răspunsul în kilojulii.

Decizie. Scriem prima lege a termodinamicii:

\[\Delta Q=A+\Delta U\ \left(1.1\right).\]

\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \left(1.2\right),\]

unde $i=5$ este numărul de grade de libertate ale moleculei de hidrogen; $\mu =2\cdot (10)^(-3)\frac(kg)(mol)$; $R=8,31\ \frac(J)(mol\cdot K)$; $\Delta T=t_2-t_1$. Prin presupunere, avem de-a face cu un proces izobar. Lucrul într-un proces izobaric este egal cu:

Luând în considerare expresiile (1.2) și (1.3), transformăm prima lege a termodinamicii pentru procesul izobar în forma:

\[\Delta Q=\frac(m)(\mu )R\Delta T\ +\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T=\frac(m)(\ mu )R\Delta T\left(1+\frac(i)(2)\right)\ \left(1.4\right).\]

Să verificăm în ce unități se măsoară căldura, dacă se calculează prin formula (1.4):

\[\left[\Delta Q\right]=\left[\frac(m)(\mu )R\Delta T\left(1+\frac(i)(2)\right)\right]=\left [\frac(m)(\mu )R\Delta T\right]=\frac(\left)(\left[\mu \right])\left\left[\Delta T\right]=\frac(kg )(kg/mol)\cdot \frac(J)(mol\cdot K)\cdot K=J.\]

Hai sa facem calculele:

\[\Delta Q=\frac(0,2)(2 (10)^(-3))\cdot 8,31\cdot 100\left(1+\frac(5)(2)\right)\aprox. 291\cdot (10)^3\left(J\right)=291\\left(kJ\right).\]

Răspuns.$\Delta Q=291\ $ kJ

Exemplul 2

Exercițiu. Heliul având masa $m=1\r$ a fost încălzit cu 100 K în procesul prezentat în Fig.1. Câtă căldură este transferată gazului? Scrieți răspunsul în unități CGS.

Decizie. Figura 1 prezintă un proces izocor. Pentru un astfel de proces, scriem prima lege a termodinamicii ca:

\[\Delta Q=\Delta U\ \left(2.1\right).\]

Găsim modificarea energiei interne ca:

\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \left(2.2\right),\]

unde $i=3$ este numărul de grade de libertate ale unei molecule de heliu; $\mu =4\frac(g)(mol)$; $R=8,31\cdot (10)^7\ \frac(erg)(mol\cdot K)$; $\Delta T=100\ K.$ Toate valorile sunt scrise în CGS. Hai sa facem calculele:

\[\Delta Q=\frac(3)(2)\cdot \frac(1)(4)\cdot 8,31\cdot (10)^7\cdot 100\aprox 3\cdot (10)^9( erg)\ \]

Răspuns.$\Delta Q=3\cdot (10)^9$ erg

Obiectivul articolului nostru este cantitatea de căldură. Vom lua în considerare conceptul de energie internă, care se transformă atunci când această valoare se schimbă. De asemenea, vom prezenta câteva exemple de aplicare a calculelor în activitatea umană.

Căldură

Cu orice cuvânt din limba maternă, fiecare persoană are propriile sale asociații. Ele sunt determinate de experiența personală și de sentimentele iraționale. Ce este de obicei reprezentat de cuvântul „căldură”? O pătură moale, o baterie de încălzire centrală funcțională iarna, prima lumină solară primăvara, o pisică. Sau privirea unei mame, un cuvânt reconfortant de la un prieten, atenție oportună.

Fizicienii înțeleg prin aceasta un termen foarte specific. Și foarte important, mai ales în unele secțiuni ale acestei științe complexe, dar fascinante.

Termodinamica

Nu merită să luați în considerare cantitatea de căldură izolat de cele mai simple procese pe care se bazează legea conservării energiei - nimic nu va fi clar. Prin urmare, pentru început, le reamintim cititorilor noștri.

Termodinamica consideră orice lucru sau obiect ca o combinație a unui număr foarte mare de părți elementare - atomi, ioni, molecule. Ecuațiile sale descriu orice modificare a stării colective a sistemului ca întreg și ca parte a întregului atunci când se modifică parametrii macro. Acestea din urmă sunt înțelese ca temperatură (notată cu T), presiune (P), concentrație de componente (de obicei C).

Energie interna

Energia internă este un termen destul de complicat, al cărui sens ar trebui înțeles înainte de a vorbi despre cantitatea de căldură. Indică energia care se modifică odată cu creșterea sau scăderea valorii parametrilor macro ai obiectului și nu depinde de sistemul de referință. Face parte din energia totală. El coincide cu el în condițiile în care centrul de masă al obiectului studiat este în repaus (adică nu există nicio componentă cinetică).

Când o persoană simte că un obiect (de exemplu, o bicicletă) s-a încălzit sau s-a răcit, aceasta arată că toate moleculele și atomii care alcătuiesc acest sistem au experimentat o schimbare a energiei interne. Cu toate acestea, constanța temperaturii nu înseamnă păstrarea acestui indicator.

Munca si caldura

Energia internă a oricărui sistem termodinamic poate fi transformată în două moduri:

lucrând la el;
în timpul schimbului de căldură cu mediul.

Formula pentru acest proces arată astfel:

dU=Q-A, unde U este energia internă, Q este căldura, A este muncă.

Cititorul să nu se lase înșelat de simplitatea expresiei. Permutarea arată că Q=dU+A, dar introducerea entropiei (S) aduce formula la forma dQ=dSxT.

Deoarece în acest caz ecuația ia forma unei ecuații diferențiale, prima expresie necesită același lucru. În plus, în funcție de forțele care acționează în obiectul studiat și de parametrul care este calculat, se obține raportul necesar.

Să luăm o bilă de metal ca exemplu de sistem termodinamic. Dacă puneți presiune pe el, îl aruncați în sus, îl aruncați într-o fântână adâncă, atunci asta înseamnă să lucrați la el. În exterior, toate aceste acțiuni inofensive nu vor provoca niciun rău mingii, dar energia sa internă se va schimba, deși foarte ușor.

A doua modalitate este transferul de căldură. Acum ajungem la scopul principal al acestui articol: o descriere a cantității de căldură. Aceasta este o astfel de schimbare a energiei interne a unui sistem termodinamic care are loc în timpul transferului de căldură (vezi formula de mai sus). Se măsoară în jouli sau calorii. Evident, dacă mingea este ținută peste o brichetă, la soare, sau pur și simplu într-o mână caldă, se va încălzi. Și apoi, prin schimbarea temperaturii, poți afla cantitatea de căldură care i-a fost comunicată în același timp.

De ce gazul este cel mai bun exemplu de schimbare a energiei interne și de ce studenților nu le place fizica din cauza asta

Mai sus, am descris modificările parametrilor termodinamici ai unei mingi metalice. Nu sunt foarte vizibile fără dispozitive speciale, iar cititorul este lăsat să spună un cuvânt despre procesele care au loc cu obiectul. Un alt lucru este dacă sistemul este pe gaz. Apăsați pe el - va fi vizibil, încălziți-l - presiunea va crește, o va coborî sub pământ - și acest lucru se poate repara cu ușurință. Prin urmare, în manuale, gazul este cel mai adesea luat ca un sistem termodinamic vizual.

Dar, din păcate, nu se acordă prea multă atenție experimentelor reale în educația modernă. Un om de știință care scrie un manual metodologic înțelege perfect ce este în joc. Lui i se pare că, folosind exemplul moleculelor de gaz, toți parametrii termodinamici vor fi demonstrați în mod adecvat. Dar pentru un student care tocmai descoperă această lume, este plictisitor să audă despre un balon ideal cu un piston teoretic. Dacă școala ar avea adevărate laboratoare de cercetare și ore dedicate lucrului în ele, totul ar fi diferit. Până acum, din păcate, experimentele sunt doar pe hârtie. Și, cel mai probabil, tocmai asta îi determină pe oameni să considere această ramură a fizicii ca pe ceva pur teoretic, departe de viață și inutil.

Prin urmare, am decis să dăm ca exemplu bicicleta deja menționată mai sus. O persoană apasă pe pedale - lucrează la ele. Pe lângă comunicarea cuplului întregului mecanism (datorită căruia bicicleta se mișcă în spațiu), se modifică energia internă a materialelor din care sunt realizate pârghiile. Ciclistul împinge mânerele pentru a se întoarce și din nou face treaba.

Energia internă a învelișului exterior (plastic sau metal) este crescută. O persoană merge într-o poiană sub soarele strălucitor - bicicleta se încălzește, cantitatea de căldură se schimbă. Se oprește pentru a se odihni la umbra unui stejar bătrân și sistemul se răcește, irosind calorii sau jouli. Crește viteza - crește schimbul de energie. Cu toate acestea, calculul cantității de căldură în toate aceste cazuri va arăta o valoare foarte mică, imperceptibilă. Prin urmare, se pare că nu există manifestări ale fizicii termodinamice în viața reală.

Aplicarea calculelor pentru modificările cantității de căldură

Probabil, cititorul va spune că toate acestea sunt foarte informative, dar de ce suntem așa chinuiți la școală cu aceste formule. Și acum vom da exemple în ce domenii ale activității umane sunt direct necesare și cum acest lucru se aplică oricui în viața de zi cu zi.

Pentru început, uită-te în jurul tău și numără: câte obiecte metalice te înconjoară? Probabil mai mult de zece. Dar înainte de a deveni o agrafă, vagon, inel sau unitate flash, orice metal este topit. Fiecare fabrică care prelucrează, de exemplu, minereu de fier trebuie să înțeleagă cât de mult combustibil este necesar pentru a optimiza costurile. Și atunci când se calculează acest lucru, este necesar să se cunoască capacitatea termică a materiilor prime care conțin metal și cantitatea de căldură care trebuie să i se transmită pentru ca toate procesele tehnologice să aibă loc. Deoarece energia eliberată de o unitate de combustibil este calculată în jouli sau calorii, formulele sunt necesare direct.

Sau un alt exemplu: majoritatea supermarketurilor au un departament cu produse congelate - peste, carne, fructe. În cazul în care materiile prime din carne de animale sau fructe de mare sunt transformate în produse semifabricate, aceștia trebuie să știe câtă energie electrică vor folosi unitățile de refrigerare și congelare pe tonă sau unitate de produs finit. Pentru a face acest lucru, ar trebui să calculați câtă căldură pierde un kilogram de căpșuni sau calmari atunci când sunt răcite cu un grad Celsius. Și în cele din urmă, aceasta va arăta câtă energie electrică va cheltui un congelator de o anumită capacitate.

Avioane, nave, trenuri

Mai sus, am arătat exemple de obiecte relativ imobile, statice, care sunt informate sau, dimpotrivă, li se ia o anumită cantitate de căldură. Pentru obiectele care se deplasează în procesul de funcționare în condiții de schimbare constantă a temperaturii, calculele cantității de căldură sunt importante dintr-un alt motiv.

Există așa ceva ca „oboseala metalică”. Include, de asemenea, sarcinile maxime admise la o anumită rată de schimbare a temperaturii. Imaginați-vă un avion care decolează de la tropicele umede în atmosfera superioară înghețată. Inginerii trebuie să muncească din greu pentru ca acesta să nu se destrame din cauza fisurilor din metal care apar la schimbarea temperaturii. Ei caută o compoziție de aliaj care să reziste la sarcini reale și să aibă o marjă mare de siguranță. Și pentru a nu căuta orbește, în speranța de a da din greșeală compoziția dorită, trebuie să faci o mulțime de calcule, inclusiv cele care includ modificări ale cantității de căldură.

Secțiuni