Siltums ir siltumenerģijas mērs, ko var pārnest no viena punkta uz otru. Siltums ir kinētiskās enerģijas pārnešana no enerģijas avota uz vidi vai no vienas vides vai objekta uz citu vidi vai objektu.
Siltums ir viena no svarīgākajām fāzes izmaiņu sastāvdaļām, kas saistītas ar darbu un enerģiju. Siltums ir arī kinētiskās enerģijas mērs, kas piemīt daļiņām sistēmā. Sistēmas daļiņu kinētiskā enerģija palielinās, palielinoties sistēmas temperatūrai. Tādējādi siltuma mērījums laika gaitā mainās.
Siltuma pārnese
Kad sistēma ar augstāku temperatūru nonāk saskarē ar sistēmu ar zemāku temperatūru, enerģija tiek pārnesta no daļiņām pirmajā sistēmā uz daļiņām otrajā. Tāpēc siltuma pārnesi var definēt kā siltuma pārneses procesu no objekta (vai sistēmas) augstākā temperatūrā uz citu objektu (vai sistēmu) zemākā temperatūrā.
Siltuma pārneses formula
Siltuma pārneses formula nosaka siltuma daudzumu, kas tiek pārnests no vienas sistēmas uz otru.
Q = c × m × ΔT
kur,
Q ir sistēmai piegādātais siltums
m ir sistēmas masa
c ir sistēmas īpatnējā siltuma jauda
ΔT ir sistēmas temperatūras izmaiņas
Īpatnējo siltumietilpību (c) definē kā siltuma daudzumu (džoulos), kas absorbēts uz materiāla masas vienību (kg), kad tā temperatūra paaugstinās par 1 K (vai 1 °C). Tās mērvienības ir J/kg/K vai J/kg/°C.
Formulas atvasināšana
Ļaujiet m ir sistēmas masa un c ir sistēmas īpatnējā siltuma jauda. Ļaujiet ΔT ir sistēmas temperatūras izmaiņas.
Tad piegādātā siltuma daudzums ( J ) ir masas reizinājums m , īpatnējā siltuma jauda c un temperatūras izmaiņas ΔT un to piešķir,
Q = c × m × ΔT
Siltuma pārneses veidi
Ir trīs siltuma pārneses veidi:
- Vadība
- Konvekcija
- Radiācija
Vadība
Siltuma pārnesi caur cietiem materiāliem sauc par vadīšanu. Vadīšanas procesā pārnestā siltuma formula ir izteikta šādi:
Q = kA(T Karsts -T auksts) t/d
kur,
Q ir siltuma pārnese caur vadīšanu
k ir materiāla siltumvadītspēja
A ir virsmas laukums
TKarstsir karstās virsmas temperatūra
TAukstsir aukstās virsmas temperatūra
t ir laiks
d ir materiāla biezums
Konvekcija
Siltuma pārnesi caur šķidrumiem un gāzēm sauc par konvekciju. Konvekcijas procesā pārnestā siltuma formula ir izteikta šādi:
Q = H c A(T Karsts -T Auksts )
java galvenaiskur,
Q ir siltuma pārnese caur konvekciju
Hcir siltuma pārneses koeficients
A ir virsmas laukums
TKarstsir karstās sistēmas temperatūra
TAukstsir aukstās sistēmas temperatūra
Radiācija
Siltuma pārnesi caur elektromagnētiskajiem viļņiem sauc par starojumu. Radiācijas procesā pārnestā siltuma formula ir izteikta šādi:
Q = σ (T Karsts – T auksts) 4 A
kur,
Q ir siltuma pārnese caur starojumu
σ ir Stefans Bolcmans Konstants
T Karsts ir karstās sistēmas temperatūra
T Auksts ir aukstās sistēmas temperatūra
A ir virsmas laukums
Stefana Bolcmaņa konstante (σ) tiek aprēķināta šādi:
σ = 2.p 5 K B 4 / 15 h 3 c 2 = 5,670367(13) × 10 -8 Dž. m -2 . S -1 . K -4
kur,
σ ir Stefans Bolcmans Konstants
pi(π) ∼=
k B ir Bolcmaņa konstante
h ir Planka konstante
c ir gaismas ātrums vakuumā
Problēmu paraugi
1. uzdevums: Sistēma ar masu 10 kg un sākotnējo temperatūru 200 K tiek uzkarsēta līdz 450 K. Sistēmas īpatnējā siltumietilpība ir 0,91 KJ/kg K. Aprēķiniet siltumu, ko sistēma iegūst šajā procesā.
Risinājums:
izlases vērtību ģenerators java
Saskaņā ar jautājumu,
Masa, m = 10 kg
Īpatnējā siltumietilpība, c = 0,91 KJ/kg K
Sākotnējā temperatūra, T i = 200 K
Galīgā temperatūra, T f = 450 K
Temperatūras izmaiņas, ΔT = 450K – 200K = 250K
Izmantojot siltuma pārneses formulu,
Q = c × m × ΔT
Q = 0,91 x 10 x 250
Q = 2275 KJ
Tādējādi kopējais sistēmas iegūtais siltums ir 2275 KJ.
2. problēma. Dzelzs īpatnējais siltums ir 0,45 J/g°C. Kāda dzelzs masa ir nepieciešama 1200 džoulu siltuma pārnesei, ja temperatūras maiņa ir 40°C?
Risinājums:
Saskaņā ar jautājumu,
Dzelzs īpatnējais siltums, c = 0,45 J/g°C
Temperatūras izmaiņas, ΔT = 40°C
Pārvadītā siltuma daudzums, Q = 1200 J
Izmantojot siltuma pārneses formulu,
Q = c × m × ΔT
m = Q /(c x ΔT)
m = 1200 / (0,45 x 40)
m = 66,667 g
Tāpēc nepieciešamā dzelzs masa 1200 džoulu siltuma pārnesei ir 66,667 grami.
3. problēma: Apsveriet divas ūdens kolonnas dažādās temperatūrās, kuras atdala stikla siena, kuras garums ir 3 m, platums 1,5 m un biezums 0,005 m. Viena ūdens staba temperatūra ir 380K, bet otra - 120K. Aprēķināt nodotā siltuma daudzumu, ja stikla siltumvadītspēja ir 1,4 W/mK.
Risinājums:
Saskaņā ar jautājumu,
Stikla siltumvadītspēja, k = 1,4 W/mK.
Pirmā ūdens staba temperatūra, T Karsts = 380K
Otrā ūdens staba temperatūra, T Auksts = 120K
Stikla sienas laukums, kas atdala divas kolonnas, A = garums x platums = 3 m x 1,5 m = 4,5 m 2
Stikla biezums, d = 0,005m
Izmantojot siltuma pārneses formulu vadītspējai,
Q = kA(T Karsts -T Auksts )t/d
Q = 1,4 x 4,5 (380-120) / 0,005
Q = 327 600 W
Tādējādi nodotā siltuma daudzums ir 327600 vati.
4. uzdevums: aprēķiniet siltuma pārnesi caur konvekciju, ja vides siltuma pārneses koeficients ir 8 W/(m 2 K) un platība ir 25 m 2 un temperatūras starpība ir 20K.
Risinājums:
Saskaņā ar jautājumu,
Siltuma pārneses koeficients, H c = 8 W/(m 2 K)
Platība, A = 25m 2
Temperatūras izmaiņas (T Karsts – T auksts) = 20 tūkst
Izmantojot siltuma pārneses formulu konvekcijai,
Q = H c A(T Karsts -T Auksts )
Q = 8 x 25 x 20
Q = 4000 W
Tādējādi caur konvekciju nodotā siltuma daudzums ir 4000 vati.
hashtable pret hashmap
5. uzdevums: aprēķiniet siltumu, kas tiek pārnests caur starojumu starp diviem melniem ķermeņiem temperatūrā 300K un 430K, un vides laukums ir 48 m 2 . (Ņemot vērā Stefana Bolcmana konstantu, σ = 5,67 x 10 -8 W/(m 2 K 4 ) ).
Risinājums:
Saskaņā ar jautājumu,
Karsta ķermeņa temperatūra, TKarsts= 430 tūkst
Aukstā ķermeņa temperatūra, TAuksts= 300 tūkst
Temperatūras izmaiņas (TKarsts– TAuksts) = 430 K – 300 K = 130 K
Platība, A = 48 m2
Stefana Bolcmaņa konstante, σ = 5,67 x 10-8W/(m2K4)
Izmantojot siltuma pārneses formulu starojumam,
Q = σ (TKarsts-TAuksts) 4A
Q = 5,67 x 10-8x 1304x 48
Q = 777,3 W
Tādējādi siltuma daudzums, kas tiek nodots caur starojumu, ir 777,3 vati.