Основы термодинамики Теплообмен Фазовые переходы Тепловой баланс

СОДЕРЖАНИЕ
Температура.
Измерение температуры. Термометры
Температурные шкалы
Абсолютная температура
Температура в окружающем мире
Теплопередача, теплообмен.
Нагревание и охлаждение вещества. Удельная теплоёмкость вещества.
Агрегатные состояния вещества.
Плавление и кристаллизация. Удельная теплота плавления.
Парообразование и конденсация. Удельная теплота парообразования.
График основных тепловых процессов
Горение топлива. Удельная теплота сгорания топлива.
Уравнение теплового баланса.
САЙТЫ для любознательных и самостоятельной работы:
http://class-fizika.narod.ru/index.htm
http://www.fizika.ru/index.htm
http://naturalscience.ru/component/option,com_frontpage/Itemid,1/

Температура
Важнейшим внутренним параметром газа является температура, чувствительность к которой заложена в живых системах, однако она субъективна («степень нагретости тела»).
Температура - характеристика внутреннего состояния макроскопической системы – состояния теплового равновесия.
Температура – термодинамический параметр, одинаковый во всех частях термодинамической системы, находящейся в тепловом равновесии.
Температуры тел, находящихся в тепловом контакте, выравниваются.

Термометры.
Жидкостный термометр (ртуть: температура от -38 до 2600С; глицерин: от – 50 до 1000С) – тепловое расширение.
Термопара (температура от -269 до 23000 С).
Термисторы (зависимость сопротивления от температуры).
Манометрические (зависимость давления от температуры).
Газовые термометры – тепловое расширение.
Акустические, магнитные и др.
Измерение температуры.
1. Тело необходимо привести в тепловой контакт с термометром.
2. Термометр должен иметь массу значительно меньше массы тела.
3. Показание термометра следует отсчитывать после наступ­ления теплового равновесия.
Подумайте, какие термометры представлены на рисунках

Температурные шкалы:
Шкала Цельсия 0 0С. С – таяние люда,
100 0С – кипение воды
(изначально – наоборот).
Шкала Реомюра. 0 0С - 0 0R,
100 0С – 80 0R . ⇒ 1 0R=1,25 0С.
Шкала Фаренгейта. 00С=320F,
100 0С=212 0F ⇒ t 0C=5/9(t 0F-32).
Недостаток этих шкал –
произвольность выбора
реперных точек
(точек отсчета),
их зависимость от внешних условий.

Температура
абсолютного нуля
не зависит
от внешних условий
и
одинакова
для всех веществ.
АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Самая низкая температура
Абсолютный нуль по шкале Кельвина (0 K) соответствует –273,15° по шкале Цельсия. Самая низкая температура, 2·10–9 K (двухмиллиардная часть градуса) выше абсолютного нуля, была достигнута в двухступенчатом криостате ядерного размагничивания в Лаборатории низких температур Хельсинкского технологического университета, Финляндия, группой учёных под руководством профессора Олли Лоунасмаа, о чём было объявлено в октябре 1989 г.
Самая высокая температура
Она получена в центре взрыва термоядерной бомбы – около 300...400 млн°C. Максимальная температура, достигнутая в ходе управляемой термоядерной реакции на испытательной термоядерной установке ТОКАМАК в Принстонской лаборатории физики плазмы, США, в июне 1986 г., составляет 200 млн°C.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
Теплопередача (теплообмен) - процесс изменения внутренней энергии без совершения работы.
Количественная характеристика - количество теплоты - часть изменения внутренней энергии, происходящего в процессе теплопередачи.
Обозначается Q.
Единицы измерения: Дж, кал (калория).
1 кал = 4,19 Дж.

3. Излучение - вид теплопередачи, при котором энергия передается с помощью электромагнитных волн (преимущественно инфракрасного диапазона). Может происходить в вакууме.
1. Теплопроводность - вид теплопередачи, при котором энергия передается от более нагретого участка тела к менее нагретому, благодаря движению и взаимодействию частиц тела. Характерна для твердых тел.
2. Конвекция - вид теплопередачи, при котором энергия передается потоками (струями) вещества. Характерна для жидкостей и газов.
ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Изменение температуры:
(Шкала Цельсия)
Q = cm(t02-t01)
Q = cmΔt
РАСЧЁТ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ
Изменение температуры.
(Шкала Кельвина)
Q = cm(Т2-Т1) = cmΔТ.
Величина с называется удельной теплоемкостью. Она характеризует тепловые свойства вещества по его способности к изменению температуры.
Удельная теплоемкость показывает на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг данного вещества при изменении его температуры на 1 К.
Единица измерения Дж/кг.К.
Q=CΔT. Величина С называется теплоемкостью тела. С=сm.
Q = cvνΔT. Величина cν называется молярной теплоемкостью (теплоемкость 1 моля вещества).

ИСПАРЕНИЕ (Г→Ж)
КИПЕНИЕ (Г→Ж)
КОНДЕНСАЦИЯ (Г→Ж)
СУБЛИМАЦИЯ (Т.Т.→Г)
ДЕСУБЛИМАЦИЯ (Г→Т.Т.)
ПЛАВЛЕНИЕ (Г→Ж)
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ (Г→Ж)
ОТВЕРДЕВАНИЕ (Г→Ж)

Плавление и отвердевание вещества.
Q=λm.
- удельная теплота плавления
Удельная теплота плавления показывает на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг данного вещества при его полном переходе из твердого состояния в жидкое (при температуре плавления). Зависит от внешних условий.
Единица λ - Дж/кг.
При плавлении и отвердевании (кристаллизации) температура остается неизменной пока вещество не перейдет в одну фазу.
Энергия при плавлении тратится на разрушение кристаллической решетки.
При отвердевании Q = -λm.

Q = ±Lm = ±rm
ПАРООБРАЗОВАНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ
Парообразование и конденсация вещества. Q = Lm = rm.
L ( r ) - удельная теплота парообразования. Удельная теплота парообразования показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг данного вещества при полном превращении жидкости в пар (при температуре кипения). Зависит от внешних условий.
Единица L ( r ) Дж/кг.
При кипении температура остается постоянной. Энергия тратится на разрыв связей между молекулами.
При конденсации Q = -Lm = -rm.

ГРАФИК ОСНОВНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
I – нагревание твердого тела;
II – плавление твердого тела;
III – нагревание жидкости;
IV – кипение;
V – нагревание газа;
VI – охлаждение газа;
VII – конденсация;
VIII – охлаждение жидкости;
IX – кристаллизация (отвердевание);
X – охлаждение твердого тела.
Соотнесите фотографию и фильм с соответствующими частями графика

q - удельная теплота сгорания топлива.
Удельная теплота сгорания топлива показывает сколько энергии выделяется при полном сгорании 1 кг данного вещества.
Единица q - Дж/кг.
Сгорание - соединение с кислородом.
При горении изменяется взаимное расположение частиц вещества, следовательно, меняется их потенциальная энергия, а значит, внутренняя энергия вещества.
Вещества, при горении которых выделяется энергия, являются топливом.
Q = qm
Сгорание топлива