Bugun biz “Issiqlik uzatishmi?..” degan savolga javob topishga harakat qilamiz. Maqolada biz jarayon nima ekanligini, tabiatda uning qanday turlari mavjudligini ko'rib chiqamiz, shuningdek, issiqlik uzatish va termodinamika o'rtasidagi bog'liqlik nima ekanligini bilib olamiz.
Tanrif
Issiqlik uzatish jismoniy jarayon bo`lib, uning mohiyati issiqlik energiyasini uzatishdan iborat. Almashinuv ikki jism yoki ularning tizimi o'rtasida sodir bo'ladi. Bunday holda, issiqlikni ko'proq isitiladigan jismlardan kamroq isitiladigan jismlarga o'tkazish zaruriy shart bo'ladi.
Jarayon xususiyatlari
Issiqlik uzatish - bu to'g'ridan-to'g'ri aloqada ham, ajratuvchi qismlarda ham sodir bo'lishi mumkin bo'lgan bir xil turdagi hodisa. Birinchi holda, hamma narsa aniq, ikkinchidan, to'siqlar sifatida jismlar, materiallar va ommaviy axborot vositalaridan foydalanish mumkin. Ikki yoki undan ortiq jismdan iborat tizim termal muvozanat holatida bo'lmagan hollarda issiqlik uzatish sodir bo'ladi. Ya'ni, ob'ektlardan biri boshqasiga nisbatan yuqori yoki past haroratga ega. Bu erda issiqlik energiyasini uzatish sodir bo'ladi. Qachon tugaydi, deb taxmin qilish mantiqan to'g'ritizim termodinamik yoki termal muvozanat holatiga kelganda. Jarayon o'z-o'zidan sodir bo'ladi, chunki termodinamikaning ikkinchi qonuni bizga aytishi mumkin.
Koʻrishlar
Issiqlik oʻtkazuvchanligi bu jarayon boʻlib, uni uchta usulga boʻlish mumkin. Ular asosiy xususiyatga ega bo'ladi, chunki ular ichida umumiy naqshlar bilan birga o'ziga xos xususiyatlarga ega bo'lgan haqiqiy kichik toifalarni ajratish mumkin. Bugungi kunga kelib, issiqlik uzatishning uch turini ajratish odatiy holdir. Bular o'tkazuvchanlik, konveksiya va nurlanishdir. Birinchisidan boshlaylik, ehtimol.
Issiqlik uzatish usullari. Issiqlik o'tkazuvchanligi
Bu moddiy jismning energiya uzatishni amalga oshirish xususiyatining nomi. Shu bilan birga, u issiqroq qismdan sovuqroq qismga o'tkaziladi. Bu hodisa molekulalarning xaotik harakati tamoyiliga asoslanadi. Bu Braun harakati deb ataladi. Tananing harorati qancha yuqori bo'lsa, molekulalar shunchalik faol harakat qiladi, chunki ular ko'proq kinetik energiyaga ega. Issiqlik o'tkazish jarayonida elektronlar, molekulalar, atomlar ishtirok etadi. U turli qismlari har xil haroratga ega bo'lgan jismlarda amalga oshiriladi.
Agar modda issiqlik o'tkazishga qodir bo'lsa, miqdoriy xarakteristikaning mavjudligi haqida gapirish mumkin. Bunday holda, uning rolini issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti o'ynaydi. Bu xususiyat vaqt birligi uchun uzunlik va maydonning birlik ko'rsatkichlari orqali qancha issiqlik o'tishini ko'rsatadi. Bunday holda, tana harorati 1 K ga o'zgaradi.
Ilgari issiqlik almashinuvi mavjud deb hisoblanganturli jismlar (shu jumladan, o'rab turgan tuzilmalarning issiqlik o'tkazuvchanligi) kaloriya deb ataladigan narsa tananing bir qismidan boshqasiga o'tishi bilan bog'liq. Biroq, hech kim uning haqiqiy mavjudligi belgilarini topmadi va molekulyar-kinetik nazariya ma'lum darajaga etganida, hamma kaloriya haqida o'ylashni unutdi, chunki gipoteza asossiz bo'lib chiqdi.
Konveksiya. Suv issiqlik uzatish
Issiqlik energiyasi almashinuvining bu usuli ichki oqimlar orqali uzatish deb tushuniladi. Keling, bir choynak suvni tasavvur qilaylik. Ma'lumki, issiqroq havo oqimlari tepaga ko'tariladi. Va sovuq, og'irroqlari esa cho'kib ketadi. Xo'sh, nima uchun suv boshqacha bo'lishi kerak? U bilan ham xuddi shunday. Va bunday aylanish jarayonida suvning barcha qatlamlari, qancha bo'lishidan qat'i nazar, termal muvozanat holati paydo bo'lguncha qiziydi. Muayyan sharoitlarda, albatta.
Radiatsiya
Bu usul elektromagnit nurlanish tamoyiliga asoslangan. Bu ichki energiyadan kelib chiqadi. Biz termal nurlanish nazariyasiga ko'p kirmaymiz, shunchaki shuni ta'kidlaymizki, bu erda sabab zaryadlangan zarralar, atomlar va molekulalarning joylashishidadir.
Oddiy issiqlik o'tkazuvchanlik muammolari
Endi issiqlik uzatishni hisoblash amalda qanday ko'rinishi haqida gapiraylik. Keling, issiqlik miqdori bilan bog'liq oddiy masalani hal qilaylik. Aytaylik, bizda yarim kilogramm suv massasi bor. Dastlabki suv harorati - 0 darajaSelsiy, yakuniy - 100. Keling, ushbu massa massasini isitish uchun sarflagan issiqlik miqdorini topaylik.
Buning uchun bizga Q=sm(t2-t1) formula kerak, bu erda Q - issiqlik miqdori, c - suvning solishtirma issiqlik sig'imi, m - moddaning massasi, t1 - boshlang'ich harorat, t2 - yakuniy harorat. Suv uchun c qiymati jadval shaklida. Maxsus issiqlik quvvati 4200 J / kgS ga teng bo'ladi. Endi biz ushbu qiymatlarni formulaga almashtiramiz. Biz issiqlik miqdori 210000 J yoki 210 kJ ga teng bo'lishini tushunamiz.
Termodinamikaning birinchi qonuni
Termodinamika va issiqlik uzatish ba'zi qonunlar bilan o'zaro bog'langan. Ular tizim ichidagi ichki energiyaning o'zgarishiga ikki yo'l bilan erishish mumkinligi haqidagi bilimlarga asoslanadi. Birinchisi - mexanik ish. Ikkinchisi - ma'lum miqdordagi issiqlikning aloqasi. Aytgancha, termodinamikaning birinchi qonuni ana shu tamoyilga asoslanadi. Mana uning formulasi: agar tizimga ma'lum miqdorda issiqlik berilgan bo'lsa, u tashqi jismlarda ishlashga yoki uning ichki energiyasini oshirishga sarflanadi. Matematik belgilar: dQ=dU + dA.
Ijobiy yoki kamchiliklari?
Termodinamikaning birinchi qonunining matematik yozuviga kiritilgan mutlaqo barcha miqdorlarni ham “ortiqcha” belgisi bilan, ham “minus” belgisi bilan yozish mumkin. Bundan tashqari, ularning tanlovi jarayonning shartlari bilan belgilanadi. Aytaylik, tizim ma'lum miqdorda issiqlik oladi. Bunda undagi jismlar qiziydi. Shuning uchun, gazning kengayishi bor, bu shuni anglatadikiishlar olib borilmoqda. Natijada, qiymatlar ijobiy bo'ladi. Agar issiqlik miqdori olib tashlansa, gaz soviydi va uning ustida ish olib boriladi. Qiymatlar o'zgartiriladi.
Termodinamikaning birinchi qonunining muqobil formulasi
Dvigatelning uzilishlari bor deylik. Unda ishchi organ (yoki tizim) aylanma jarayonni amalga oshiradi. Bu odatda tsikl deb ataladi. Natijada, tizim asl holatiga qaytadi. Bu holda ichki energiyaning o'zgarishi nolga teng bo'ladi deb taxmin qilish mantiqan to'g'ri bo'ladi. Ma'lum bo'lishicha, issiqlik miqdori bajarilgan ishlarga teng bo'ladi. Bu qoidalar termodinamikaning birinchi qonunini boshqacha tarzda shakllantirishga imkon beradi.
Bundan shuni tushunishimiz mumkinki, tabiatda birinchi turdagi abadiy harakatlanuvchi mashina mavjud bo'lmaydi. Ya'ni, tashqi tomondan olingan energiya bilan solishtirganda ko'proq ishlaydigan qurilma. Bunday holda, harakatlar vaqti-vaqti bilan bajarilishi kerak.
Izoprotsesslar uchun termodinamikaning birinchi qonuni
Izoxorik jarayondan boshlaylik. Ovozni doimiy ushlab turadi. Bu tovushning o'zgarishi nolga teng bo'lishini anglatadi. Shuning uchun ish ham nolga teng bo'ladi. Keling, termodinamikaning birinchi qonunidan bu atamadan voz kechaylik, shundan so'ng biz dQ=dU formulasini olamiz. Bu shuni anglatadiki, izoxorik jarayonda tizimga berilgan barcha issiqlik gaz yoki aralashmaning ichki energiyasini oshirishga ketadi.
Endi izobar jarayon haqida gapiraylik. Bosim doimiy bo'lib qoladi. Bunday holda, ichki energiya ish bilan parallel ravishda o'zgaradi. Mana asl formula: dQ=dU + pdV. Biz bajarilgan ishni osongina hisoblashimiz mumkin. U uR(T2-T1) ifodasiga teng bo'ladi. Aytgancha, bu universal gaz konstantasining jismoniy ma'nosi. Bir mol gaz va bir Kelvin harorat farqi mavjud bo'lganda, universal gaz doimiysi izobarik jarayonda bajarilgan ishga teng bo'ladi.
