Hari ini kita akan cuba mencari jawapan kepada soalan “Pemindahan haba ialah?..”. Dalam artikel itu, kami akan mempertimbangkan apakah proses itu, jenisnya yang wujud di alam semula jadi, dan juga mengetahui apakah hubungan antara pemindahan haba dan termodinamik.
Definisi
Pemindahan haba ialah proses fizikal, intipatinya ialah pemindahan tenaga haba. Pertukaran berlaku antara dua badan atau sistem mereka. Dalam kes ini, prasyarat ialah pemindahan haba daripada badan yang lebih panas kepada badan yang kurang panas.
Ciri Proses
Pemindahan haba ialah jenis fenomena yang sama yang boleh berlaku dengan sentuhan langsung dan dengan pemisah sekatan. Dalam kes pertama, semuanya jelas; dalam kes kedua, badan, bahan dan media boleh digunakan sebagai penghalang. Pemindahan haba akan berlaku dalam kes di mana sistem yang terdiri daripada dua atau lebih jasad tidak berada dalam keadaan keseimbangan terma. Iaitu, salah satu objek mempunyai suhu yang lebih tinggi atau lebih rendah berbanding dengan yang lain. Di sinilah pemindahan tenaga haba berlaku. Adalah logik untuk mengandaikan bahawa ia akan berakhir apabilaapabila sistem mencapai keadaan keseimbangan termodinamik atau terma. Proses itu berlaku secara spontan, kerana undang-undang kedua termodinamik boleh memberitahu kita.
Paparan
Pemindahan haba ialah satu proses yang boleh dibahagikan kepada tiga cara. Mereka akan mempunyai sifat asas, kerana di dalamnya subkategori sebenar boleh dibezakan, mempunyai ciri ciri mereka sendiri bersama dengan corak umum. Sehingga kini, adalah kebiasaan untuk membezakan tiga jenis pemindahan haba. Ini adalah pengaliran, perolakan dan sinaran. Mari kita mulakan dengan yang pertama, mungkin.
Kaedah pemindahan haba. Kekonduksian terma
Ini adalah nama harta badan material untuk menjalankan pemindahan tenaga. Pada masa yang sama, ia dipindahkan dari bahagian yang lebih panas ke bahagian yang lebih sejuk. Fenomena ini berdasarkan prinsip pergerakan molekul yang huru-hara. Ini adalah gerakan Brownian yang dipanggil. Semakin tinggi suhu badan, semakin aktif molekul bergerak di dalamnya, kerana mereka mempunyai lebih banyak tenaga kinetik. Elektron, molekul, atom mengambil bahagian dalam proses pengaliran haba. Ia dijalankan dalam badan, bahagian yang berlainan mempunyai suhu yang berbeza.
Jika sesuatu bahan mampu mengalirkan haba, kita boleh bercakap tentang kehadiran ciri kuantitatif. Dalam kes ini, peranannya dimainkan oleh pekali kekonduksian terma. Ciri ini menunjukkan berapa banyak haba akan melalui penunjuk unit panjang dan luas per unit masa. Dalam kes ini, suhu badan akan berubah tepat sebanyak 1 K.
Sebelum ini dipercayai bahawa pertukaran haba masukpelbagai badan (termasuk pemindahan haba struktur penutup) adalah disebabkan oleh fakta bahawa apa yang dipanggil kalori mengalir dari satu bahagian badan ke bahagian lain. Walau bagaimanapun, tiada siapa yang menemui tanda-tanda kewujudannya yang sebenar, dan apabila teori kinetik molekul berkembang ke tahap tertentu, semua orang terlupa untuk memikirkan tentang kalori, kerana hipotesis itu ternyata tidak dapat dipertahankan.
Perolakan. Pemindahan haba air
Kaedah pertukaran tenaga haba ini difahami sebagai pemindahan melalui aliran dalaman. Mari bayangkan sebuah cerek berisi air. Seperti yang anda ketahui, arus udara yang lebih panas naik ke atas. Dan yang sejuk, lebih berat tenggelam. Jadi mengapa air harus berbeza? Ia betul-betul sama dengan dia. Dan dalam proses kitaran sedemikian, semua lapisan air, tidak kira berapa banyak terdapat, akan menjadi panas sehingga keadaan keseimbangan terma berlaku. Dalam keadaan tertentu, sudah tentu.
Radiasi
Kaedah ini berdasarkan prinsip sinaran elektromagnet. Ia datang dari tenaga dalaman. Kita tidak akan membahas banyak tentang teori sinaran terma, kita hanya akan ambil perhatian bahawa sebab di sini terletak pada susunan zarah, atom dan molekul bercas.
Masalah pengaliran haba yang mudah
Sekarang mari kita bincangkan tentang cara pengiraan pemindahan haba kelihatan dalam amalan. Mari kita selesaikan masalah mudah yang berkaitan dengan jumlah haba. Katakan kita mempunyai jisim air bersamaan dengan setengah kilogram. Suhu air awal - 0 darjahCelsius, akhir - 100. Mari cari jumlah haba yang dibelanjakan oleh kita untuk memanaskan jisim jirim ini.
Untuk ini kita memerlukan formula Q=cm(t2-t1), dengan Q ialah jumlah haba, c ialah muatan haba tentu air, m ialah jisim bahan, t1 ialah suhu awal, t2 ialah suhu akhir. Bagi air, nilai c ialah jadual. Kapasiti haba tentu akan sama dengan 4200 J / kgC. Sekarang kita menggantikan nilai-nilai ini ke dalam formula. Kami mendapat bahawa jumlah haba akan bersamaan dengan 210000 J, atau 210 kJ.
Hukum pertama termodinamik
Termodinamik dan pemindahan haba saling berkaitan oleh beberapa undang-undang. Ia berdasarkan pengetahuan bahawa perubahan dalam tenaga dalaman dalam sistem boleh dicapai dalam dua cara. Yang pertama ialah kerja mekanikal. Yang kedua ialah komunikasi jumlah haba tertentu. By the way, undang-undang pertama termodinamik adalah berdasarkan prinsip ini. Berikut ialah perumusannya: jika sejumlah haba diberikan kepada sistem, ia akan dibelanjakan untuk melakukan kerja pada badan luaran atau untuk meningkatkan tenaga dalamannya. Tatatanda matematik: dQ=dU + dA.
Kebaikan atau keburukan?
Semestinya semua kuantiti yang termasuk dalam tatatanda matematik hukum pertama termodinamik boleh ditulis dengan tanda "tambah" dan dengan tanda "tolak". Lebih-lebih lagi, pilihan mereka akan ditentukan oleh syarat-syarat proses. Andaikan bahawa sistem menerima sedikit haba. Dalam kes ini, badan di dalamnya menjadi panas. Oleh itu, terdapat pengembangan gas, yang bermaksud itukerja sedang dilakukan. Akibatnya, nilai akan menjadi positif. Jika jumlah haba diambil, gas menjadi sejuk, dan kerja dilakukan ke atasnya. Nilai akan diterbalikkan.
Perumusan alternatif bagi hukum pertama termodinamik
Andaikan kita mempunyai enjin yang terputus-putus. Di dalamnya, badan kerja (atau sistem) melakukan proses pekeliling. Ia biasanya dipanggil kitaran. Akibatnya, sistem akan kembali kepada keadaan asalnya. Adalah logik untuk mengandaikan bahawa dalam kes ini perubahan dalam tenaga dalaman akan sama dengan sifar. Ternyata jumlah haba akan sama dengan kerja yang dilakukan. Peruntukan ini membolehkan kami merumuskan undang-undang pertama termodinamik dengan cara yang berbeza.
Daripada itu kita dapat memahami bahawa mesin gerakan kekal jenis pertama tidak boleh wujud dalam alam semula jadi. Iaitu, peranti yang berfungsi dalam jumlah yang lebih besar berbanding dengan tenaga yang diterima dari luar. Dalam kes ini, tindakan mesti dilakukan secara berkala.
Hukum pertama termodinamik untuk isoproses
Mari kita mulakan dengan proses isochorik. Ia mengekalkan kelantangan tetap. Ini bermakna bahawa perubahan dalam volum akan menjadi sifar. Oleh itu, kerja juga akan sama dengan sifar. Mari kita buang istilah ini daripada undang-undang pertama termodinamik, selepas itu kita memperoleh formula dQ=dU. Ini bermakna bahawa dalam proses isokhorik, semua haba yang dibekalkan kepada sistem pergi untuk meningkatkan tenaga dalaman gas atau campuran.
Sekarang mari kita bercakap tentang proses isobarik. Tekanan kekal malar. Dalam kes ini, tenaga dalaman akan berubah selari dengan kerja. Berikut ialah formula asal: dQ=dU + pdV. Kita boleh mengira kerja yang dilakukan dengan mudah. Ia akan sama dengan ungkapan uR(T2-T1). Dengan cara ini, ini adalah makna fizikal pemalar gas sejagat. Dengan kehadiran satu mol gas dan perbezaan suhu satu Kelvin, pemalar gas universal akan sama dengan kerja yang dilakukan dalam proses isobarik.
