В теплую комнату внесли холодный предмет: В теплую комнату внесли холодный предмет.Изобразите на рисунке направление конвекционных

3, если при темп … ературе T1=293 K его относительная влажность 90%,а температура воздуха понизилась до T2=288K (p нас 20° =17,3 г/м3 p нас 15° =12,8 г/м3). 2.Относительная влажность воздуха при температуре t1=15°C была 96%. Если количество водяного пара в воздухе увеличится вдвое, а его температура повысится до t2=25°C (p нас 15° = 12,8 г/м3, а 25°С 23 г/м3) то относительная влажность воздуха составит… %. 3. Относительная влажность воздуха в помещении при температуре t1=10°C 25%. Если температуру воздуха повысить до t2=30°С (p 10 =9, 41 г/м3 p 30 = 30 г/м3), а количество водяного пара в помещении увеличить вдвое то относительная влажность воздуха составит… %.

Почему компоненты воздуха (азот, кислород и другие) не просачиваются на поверхность Земли даже в безветренную погоду?​

Положительно заряженная частица с зарядом q = ? и массой 3.34 * 10 в -27 влетает в однородноеэлектрическое поле с напряженностью 50 кн/кл так, что век … тор начальной скоростисовпадает по направлению с вектором напряженности электрического поля.

Завремя 1.7 мкс скорость частицы увеличивается от начальной скорости 230 км/c до скорости 43 * 10 в квадрате км/cОпределите значение величины, обозначенной ?Дано: m = 3.34 * 10 в -27E = 50 кн/клt = 1.7 мкс U0 = 230 км/с U = 43.10 в 2 км/cНайти: qПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА ДАМ 30 БАЛЛОВ!

В вершинах прямоугольного треугольника ABC (угол C – прямой) находятся заряды qA = 8нкл, qB =2 нкл, qC =3,5 нкл . Длины катетов AC и BC равны соответс … твенно a = 20см и b = ? Сила, действующая на заряд qC со стороны зарядов qA и qB равна F = 11,7 мкн. Определите значение величины, обозначенной ? Дано: qA = 8 нкл qB = 2 нкл qC = 3,5 нкл а = 20 см F = 11,7 мкн Найти: b ПОЖАЛУЙСТА ПОМОГИТЕ, ДАМ 30 БАЛЛОВ!

на какой высоте кинетическая энергия брошенной вверх палки равна её потенциальной энергии если начальная скорость палки равна 14м/с?​

Физика 7 класс!! 30 баллов

Тепловые явления. Контрольная работа 1, 8 класс, 1 вариант

Категория: Физика.

Тепловые явления. Контрольная работа 1, 8 класс, 1 вариант

Вариант 1

Начальный уровень

1. Укажите, какие из перечисленных явлений относятся к механическим, а какие – к тепловым: падение тела на землю; испарение воды; движение автомобиля; нагревание спутника при спуске в плотных слоях атмосферы.

2. В каком костюме летом более жарко: в белом или черном? Объясните почему?

3. Можно ли в медной кастрюле расплавить стальную деталь?

Средний уровень

1. В теплую комнату внесли холодный предмет. Изобразите на рисунке направление конвекционных потоков воздуха около этого предмета.

2. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 1 кг стали на 2 °С?

3. На сколько Джоулей увеличится внутренняя энергия 2 кг льда, взятого при температуре плавления, если он растает?

Достаточный уровень

1. Луна полностью лишена воздушной оболочки. Может ли при этих условиях верхний слой лунного грунта быть влажным? Объясните.

2. В алюминиевом чайнике нагревали воду и, пренебрегая потерями количества теплоты в окружающее пространство, построили графики зависимости количества теплоты, полученной чайником и водой, от времени нагревания. Какой график построен для воды, а какой – для чайника?

3. Медное жало паяльника массой 59 г остывает от 432 °С до 232 °С. 40 % теплоты, выделяющейся при этом, полезно используется на плавление олова. Определите, какую массу олова, взятого при температуре плавления, можно расплавить за счет этой теплоты.

Высокий уровень

1. Сколько воды можно нагреть от 20 °С до 70 °С, используя теплоту, выделившуюся при полном сгорании 0,42 кг сухих дров.

2. Чугунная и алюминиевая детали одинаковой массы находятся при температуре 20 °С. Для плавления какой из этих деталей необходимо большее количество теплоты? Во сколько раз большее?

3. На электроплитке нагревали 1,2 л воды от 10 °С до 100 °С. При этом 3 % ее обратилось в пар. Сколько времени длилось нагревание, если мощность плитки 800 Вт, а ее КПД – 65 %?

А. В. Крушин, МАОУ «СОШ № 7», г. Южноуральск, Челябинская область

Метки: Физика

Контрольная работа. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Начальный уровень

ВАРИАНТ 1

1. Укажите, какие из перечисленных явлений отно­сятся к механическим, а какие — к тепловым: па­дение тела на землю; испарение воды; движение автомобиля; нагревание спутника при спуске в плотных слоях атмосферы.

2. В каком костюме летом более жарко: в белом или черном? Объясните почему?

3. Можно ли в медной кастрюле расплавить стальную деталь?

ВАРИАНТ 2

1. Какое из приведенных тел обладает большей внут­ренней энергией: 1 л воды при 20°С или 1 л воды при 100°С?

2. Зачем рукоятку пистолета покрывают слоем дерева или пластмассы?

3.Какое из приведенных в таблице веществ кипит при самой низкой температуре?

ВАРИАНТ 3

1. В каких из перечисленных процессах меняется внутренняя энергия тел: а) тело нагревают; б) мяч падает; в) мяч катится по гладкой горизонтальной поверхности?

2. Объясните, почему батареи отопления ставят обы­чно внизу под окнами, а не вверху? В каком состоянии (твердом или жидком) находи­тся медь и алюминий при температуре 1000°С?

ВАРИАНТ 4

1. Два алюминиевых бруска имеют одинаковую те­мпературу, но масса одного 0,5 кг, а другого 1 кг. Какой из двух данных брусков обладает бо­льшей внутренней энергией? Как теплота передается от Солнца к Земле?

2. Какую максимальную температуру можно изме­рить спиртовым термометром?

В А Р И А Н Т 5

1. Как будет изменяться внутренняя энергия молока в кастрюле по мере его подогревания?

2. Из какой посуды удобнее пить горячий чай: из алю­миниевой кружки или фарфоровой чашки? Почему?

3. Какое из веществ, указанных в таблице, имеет наименьшую температуру плавления?

В А Р И А Н Т 6

1. Сметану поставили в холодильник. Как измени­лась внутренняя энергия сметаны?

2. Почему кирпичный гараж считается более «теп­лым», чем металлический?

3. В каком состоянии (жидком или газообразном) на­ходится вода и спирт при температуре 95°С?

Средний уровень

ВАРИАНТ 1

1. В теплую комнату внесли холодный предмет. Изо­бразите на рисунке направление конвекционных потоков воздуха около этого предмета. Какое количество теплоты необходимо для нагре­вания 1 кг стали на 2°С?

2. На сколько джоулей увеличится внутренняя энер­гия 2 кг льда, взятого при температуре плавле­ния, если он растает?

ВАРИАНТ 2

1. Почему не получают ожога, если кратковременно касаются горячего утюга мокрым пальцем?

2. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 2 кг каменного угля?

3. На сколько джоулей увеличится внутренняя энер­гия 3 кг воды при обращении ее в пар? Темпера­тура воды 100°С.

ВАРИАНТ 3

1. Каким способом может быть передана теплота в безвоздушном пространстве?

2. Какое количество теплоты выделится при остыва­нии алюминиевой детали массой 1 кг на 5°С?

3. Какое количество теплоты необходимо для плав­ления 100 г стали при температуре плавления?

ВАРИАНТ 4

1. Почему стены в деревянных домах делают тоньше, чем в каменных?

2. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 0,5 кг антрацита?

3. На сколько джоулей увеличится внутренняя энер­гия 2 кг эфира, взятого при температуре 35°С, ес­ли его испарить?

BAPИAHТ 5

1. Можно ли спиртовым термометром измерять тем­пературу кипящей воды?

2. Какое количество теплоты необходимо для нагре­вания 200 г меди на 1°С?

3. Сколько энергии выделится при конденсации 2 кг спирта, взятого при температуре кипения?

ВАРИАНТ 6

1. Верхняя часть свечи при ее горении размягчается и плавится. Объясните, какие способы передачи теплоты в этом случае играют основную роль.

2. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 500 г природного газа?

3. Какое количество теплоты необходимо для плав­ления 200 г свинца при температуре плавления?

Достаточный уровень

BAPИAHT 1

1. Луна полностью лишена воздушной оболочки. Мо­жет ли при этих условиях верхний слой лунного грунта быть влажным? Объясните.

2. В алюминиевом чайнике нагревали воду и, пренебре­гая потерями количества теплоты в окружающее про­странство, построили графики зависимости количест­ва теплоты, полученной чайником и водой, от време­ни нагревания (см. рис.1). Какой график построен для воды, а какой — для чайника?

3. Медное жало паяльника массой 59 г остывает от 432°С до 232°С. 40 % теплоты, выделяющейся при этом, полезно используется на плавление олова. Опре­делите, какую массу олова, взятого при температуре плавления, можно расплавить за счет этой теплоты.

ВАРИАНТ 2

1. Температура обшивки космического корабля при его движении в разреженных слоях атмосферы достигает нескольких тысяч градусов, а темпера­тура среды, в которой находится космический ко­рабль, не превышает 50-60°С ниже нуля. Чем это объясняется?

2. На рисунке 2 представлены графики А та В нагрева­ния двух тел. Массы тел одинаковы и равны 50 г каждая. Найдите началь­ные и конечные темпера­туры тел. Объясните при­чину различия графиков. Какое из тел изготовлено из вещества с меньшей удельной теплоемкостью? Из каких веществ изго­товлены тела?

3. Железная гиря массой 5 кг остывает от 1127°С до 327°С. Сколько свинца, взятого при температуре 27°С, можно расплавить за счет теплоты, выде­лившейся при остывании железной гири?

В А Р И А Н Т 3

1. Почему 100-градусный пар обжигает сильнее воды такой же температуры?

2. На одинаковых горелках нагревались вода, медь и железо равной массы. Укажите, какой график построен для воды, какой — для меди и какой — для железа. (При построении графика потери теплоты в окружаю­щее пространство не учитывались.)

3. Какое количество теплоты потребуется, чтобы пре­вратить 500 г льда, имеющего температуру -40°С, в пар при 100°С?

В А Р И А Н Т 4

1. На вершине горы высотой 4000 м вода закипает при температуре 86°С. Объясните это.

2. Два ученика получили задание построить графи­ки зависимости темпера­туры воды от количества теплоты, полученной ею от нагревателя. Эти гра­фики представлены на рисунке. 1) Объясните, почему графики оказа­лись разными? 2) Какой из графиков соответствует нагреванию большей мас­сы воды? 3) Во сколько раз отличались массы воды в опытах мальчиков?

3. Сколько теплоты нужно затратить, чтобы вскипя­тить 3 кг воды, взятой при температуре 20°С, в алюминиевой кастрюле массой 400 г, если в ходе этого процесса 20 г воды испарилось?

ВАРИАНТ 5

1. Можно ли вскипятить воду в кастрюле, плаваю­щей в кипящей воде?

2. Какой процесс изображает график — плавление или отвердевание — и какого вещества? Какие про­цессы характеризуют части графика АВ, ВС, CD? При какой температуре началось и при какой темпе­ратуре кончилось наблюдение? Сколько времени дли­лось охлаждение жидкости до температуры отвердева­ния?

3. Температура воды массой 5 кг повысилась от 7°С до 53°С при опускании в нее нагретой железной гири. Определите массу этой гири, если после опускания ее в воду температура гири понизилась от 1103°С до 53°С.

ВАРИАНТ 6

1. Какая вода будет быстрее охлаждать раскаленный металл: холодная (t=20°С) или горячая (t=100°С)? Объясните.

2. На рисунке показано изменение температуры двух жидкостей со временем. Какие это жидкости? Какому их состоянию соответствуют части графика АВ, ВС, CD? Объясните, почему часть линии графика параллельна оси времени.

3. На сколько градусов нагреется кусок меди массой 500 г, если ему сообщить такое же количество те­плоты, которое пойдет на нагревание воды массой 200 г от 10°С до 60°С?

Высокий уровень

ВАРИАНТ 1

1. Сколько воды можно нагреть от 20°С до 70°С, ис­пользуя теплоту, выделившуюся при полном сгора­нии 0,42 кг сухих дров.

2. Чугунная и алюминиевая детали одинаковой мас­сы находятся при температуре 20°С. Для плавле­ния какой из этих деталей необходимо большее количество теплоты? Во сколько раз большее?

3. На электроплитке нагревали 1,2 л воды от 10°С до 100°С. При этом 3 % ее обратилось в пар. Сколько времени длилось нагревание, если мощность плит­ки 800 Вт, а ее КПД 65 %?

ВАРИАНТ 2

1. На сколько изменится температура воды, масса ко­торой 22 кг, если ей передать всю энергию, выде­лившуюся при сгорании керосина массой 10 г?

2. С какой скоростью должен лететь кусок льда мас­сой 1 кг, чтобы при ударе о каменную стену он по­лностью расплавился? Температура льда 0°С.

3. Мощность двигателя автомобиля «Жигули» 50 кВт. Каков КПД его двигателя, если при скорости 100 км/ч он потребляет 14 л бензина на 100 км пути?

ВАРИАНТ 3

1. На газовой плите нагрели 4,4 кг воды от 0°С до температуры кипения. Сколько природного газа было при этом израсходовано, если считать, что вся выделившаяся теплота пошла на нагревание воды?

2. Медный и алюминиевый бруски одинаковых раз­меров находятся при температуре 0°С. Для плавле­ния какого из них необходимо большее количество теплоты? Во сколько раз большее?

3. Калориметр содержит лед массой 100 г при темпе­ратуре 0°С. В калориметр впускают пар с темпе­ратурой 100°С. Сколько воды оказалось в калори­метре, когда весь лед растаял? Температура обра­зовавшейся воды равна 0°С.

ВАРИАНТ 4

1. В сосуд с водой, масса которой 150 г, а температу­ра 16°С, добавили воду массой 50 г при темпера­туре 80°С. Определите температуру смеси.

2. Кусок алюминия и кусок свинца упали с одинаковой высоты. Какой из металлов при ударе в конце падения будет иметь более высокую температуру? Во сколько раз? Считать, что вся энергия тел при падении пошла на их нагревание.

3. Сколько необходимо сжечь керосина для превра­щения 1 кг льда, взятого при температуре -10°С, в пар при 100°С? КПД нагревателя 50 %.

ВАРИАНТ 5

1. На сколько градусов можно нагреть медный ша­рик, затратив такую же энергию, какая необходи­ма для подъема этого шарика на высоту 76 м?

2. Автомобиль равномерно движется по горизонтальной дороге. При сгорании топлива в двигателе автомоби­ля выделяется энергия 160 кДж. Какая часть этой энергии превратилась в конечном счете в механиче­скую, если КПД двигателя 45% ?

3. Какое количество теплоты выделится при конденса­ции 0,5 кг водяного пара, взятого при температуре парообразования, остывании образовавшейся при этом воды и ее превращения в лед?

ВАРИАНТ 6

1. Железный метеорит массой 0,05 кг влетел в земную атмосферу из мирового пространства. При движе­нии в атмосфере Земли метеорит расплавился. Сколько выделилось теплоты при трении метеорита о воздух, если считать, что вся выделившаяся теп­лота пошла на нагревание и плавление метеорита? Начальную температуру метеорита принять равной -215°С.

2. В воду массой 1,5 кг положили лед, температура которого 0°С. Начальная температура воды 30°С. Сколько нужно взять льда, чтобы он весь растаял?

3. Определить мощность, развиваемую двигателем ав­томобиля, если на каждый километр пути при ско­рости 60 км/ч расходуется 74 г бензина. КПД дви­гателя 30%.

Контролная работа по теме тепловые явления 8 кл


Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс
  Вариант 1.
1.     Стальная  деталь  массой  500 г  при  обработке  на  токарном  станке  нагрелась  на  20  ˚С.  Чему  равно  изменение  внутренней  энергии  детали? (Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг ˚С))
2.     Какую  массу  пороха  нужно  сжечь,  чтобы при  полном  его  сгорании  выделилось  38000  кДж  энергии? (Удельная теплота сгорания пороха 3,8 М Дж/кг)
3.     Оловянный  и  латунный  шары  одинаковой  массы,  взятые  при температуре  20˚С опустили  в  горячую  воду.   Одинаковое  ли  количество  теплоты  получат  шары  от  воды  при  нагревании? (Удельная теплоемкость олова  250 Дж/(кг °С), латуни  380 Дж/(кг ˚С) )4.     Как и на сколько изменится  температура  воды  массой  20  кг,  если  ей  передать  всю  энергию,   выделяющуюся  при  сгорании  бензина  массой  20  г? (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг °С), удельная теплота сгорания бензина 46 М Дж/кг).
5. Какое количество теплоты необходимо для плавления олова массой 22 г, взятого при температуре 22°С? Постройте график данных процессов.
  6. Можно ли в медной кастрюле расплавить стальную деталь? Объясните почему.
Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс
Вариант  2.
1.   Определите  массу  серебряной  ложки,  если  для  изменения  ее  температуры  от  20 °С  до  40 °С  требуется  250  Дж  энергии. (Удельная теплоемкость серебра 250 Дж/(кг °С)).
2.    Какое  количество  теплоты  выделится  при  полном  сгорании  торфа  массой  200  г?  (Удельная теплота сгорания торфа 14 000 кДж/кг)
3.    Стальную  и  свинцовую  гири  массой  по  1  кг  прогрели  в  кипящей  воде,  а  затем  поставили  на  лед.   Под  какой  из  гирь  растает  больше  льда? (Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг °С), свинца 140 Дж/(кг °С))
4.  Какую  массу  керосина  нужно  сжечь,  чтобы  получить  столько  же  энергии,  сколько  ее  выделяется  при  сгорании  каменного  угля  массой   500 г.  (Удельная теплота сгорания керосина  46 МДж/кг, каменного угля 30 М Дж/кг).
5. Какое количество теплоты необходимо для плавления свинца массой 53 г, взятого при температуре 26 С? Постройте график данных процессов.

6.  В теплую комнату внесли холодный предмет. Изобразите на рисунке направление конвекционных потоков воздуха около этого предмета.
Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс
Вариант  3
1. Какое количество теплоты необходимо для нагревания железной гири массой 500г от 20 до 30 °С. (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг °С)).
2. Какая масса каменного угля была сожжена в печи, если при этом выделилось 60 МДж теплоты?  (Удельная теплота сгорания угля 30000 кДж/кг).
3. В каком платье летом менее жарко: в белом или в темном? Почему?
4. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы нагреть 100 кг стали от 100 до 200°С?   Потерями тепла пренебречь.  (Удельная теплота сгорания угля 3 *10 7 Дж/кг, удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг °С)).
5. Какое количество теплоты необходимо для плавления алюминия массой 0,5 т, взятого при температуре 30 °С? Постройте график данных процессов.
6. Медный   и  свинцовый   шары  по  100  г  прогрели  в  кипящей  воде,  а  затем  поставили  на  лед.    Под  каким  из  шаров  растает  больше  льда? (Удельная теплоемкость меди 380 Дж/(кг °С), свинца 140 Дж/(кг °С)).
Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс
Вариант  4
1.Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 г спирта? (Удельная теплота сгорания спирта 2,7 *107  Дж/кг)
2.Какова масса железной детали, если на ее нагревание от 20 до 200 °С пошло 20,7 кДж теплоты? (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг °С)).
3.Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?
4.Какое количество теплоты необходимо для нагревания 3 л воды в алюминиевой кастрюле массой 300 г от 20 до 100 °С?  (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг °С),  алюминия  920 Дж/(кг °С),   плотность воды 1000 кг/м3).
5.Какое количество теплоты необходимо для плавления серебра массой 4 г, взятого при температуре 48 °С? Постройте график данных процессов.
6. Серебряную   и  оловянную   ложки  массой  по  5  г  прогрели  в  кипящей  воде,  а  затем  положили  на  лед.   Под  какой  из  гирь  растает  больше  льда? (Удельная теплоемкость серебра 0,23 кДж/(кг °С), серебра 230 Дж/(кг °С)).
Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс
  Вариант 5.
1.     Стальная  деталь  массой  50 г  при  обработке  на  токарном  станке  нагрелась  на  200  ˚С.  Чему  равно  изменение  внутренней  энергии  детали? (Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг ˚С))
2.     Какую  массу  пороха  нужно  сжечь,  чтобы при  полном  его  сгорании  выделилось  380   кДж  энергии? (Удельная теплота сгорания пороха 3,8 М Дж/кг)
3.     Оловянный  и  латунный  шары  одинаковой  массы,  взятые  при температуре  25˚С опустили  в  горячую  воду.   Одинаковое  ли  количество  теплоты  получат  шары  от  воды  при  нагревании? (Удельная теплоемкость олова  250 Дж/(кг °С), латуни  380 Дж/(кг ˚С) )4.     На  сколько  изменится  температура  5 л воды ,  если  ей  передать  всю  энергию,   выделяющуюся  при  сгорании  бензина  массой  200  г? (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг °С), удельная теплота сгорания бензина 46 М Дж/кг).
5. Какое количество теплоты необходимо для плавления олова массой 2,2 т, взятого при температуре 57°С? Постройте график данных процессов.
  6. Можно ли в медной кастрюле расплавить стальную деталь? Объясните почему.
Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс
Вариант  6.
1.   Определите  массу  серебряной  ложки,  если  для  изменения  ее  температуры  от  20 °С  до  140 °С  требуется  750  Дж  энергии. (Удельная теплоемкость серебра 250 Дж/(кг °С)).
2.    Какое  количество  теплоты  выделится  при  полном  сгорании  торфа  массой  20 т?  (Удельная теплота сгорания торфа 14 000 кДж/кг)
3.    Стальную  и  свинцовую  гири  массой  по  0,5  кг  прогрели  в  кипящей  воде,  а  затем  поставили  на  лед.   Под  какой  из  гирь  растает  больше  льда? (Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг °С), свинца 140 Дж/(кг °С))
4.  Какую  массу  бензина  нужно  сжечь,  чтобы  получить  столько  же  энергии,  сколько  ее  выделяется  при  сгорании  каменного  угля  массой   50 г.   (Удельная теплота сгорания бензина  44 МДж/кг, каменного угля 30 М Дж/кг).
5. Какое количество теплоты необходимо для плавления свинца массой 25, взятого при температуре 56 °С? Постройте график данных процессов.
6.  В теплую комнату внесли холодный предмет. Что произойдет с поверхностью предмета? Объясните, почему это происходит.
Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс
Вариант  7
1. Какое количество теплоты необходимо для нагревания свинцового грузила массой 5 г от 20 до 130 °С. (Удельная теплоемкость свинца 130 Дж/(кг °С)).
2. Какая масса дизельного топлива была сожжена, если при этом выделилось 63 кДж теплоты?  (Удельная теплота сгорания топлива 42000 кДж/кг).
3. В каком пальто зимой более тепло: в белом или в темном? Почему?
4. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы нагреть 2,5 т стали от 100 до 200°С? Потерями тепла пренебречь. (Удельная теплота сгорания угля 30 МДж/кг, удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг °С)).
5. Какое количество теплоты необходимо для плавления меди массой 0,5 кг, взятого при температуре 33 °С? Постройте график данных процессов.
6. Медный   и  свинцовый   шары  по  10   г  прогрели  в  кипящей  воде,  а  затем  поставили  на  лед.   Под  каким  из  шаров  растает  больше  льда? (Удельная теплоемкость меди 380 Дж/(кг °С), свинца 0,14 кДж/(кг °С)).
Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс
Вариант  8
1.Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 0,5 л спирта? (Удельная теплота сгорания спирта 2,9 *107  Дж/кг)
2.Какова масса железной детали, если на ее нагревание от 2 до 20 °С пошло 2 кДж теплоты? (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг °С)).
3.Почему все плотные стройматериалы обладают худшими теплоизоляционными свойствами, чем пористые строительные материалы? Приведите примеры.
4. На сколько градусов должна остыть кирпичная печь массой 1,5 т, чтобы нагреть воздух в комнате объемом 50 м3 от 8°С до 18°С?
5. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания 3 л воды в алюминиевой кастрюле массой 250г от 20 до 900С.
6.Какое количество теплоты необходимо для плавления серебра массой 4 г, взятого при температуре 48 °С? Постройте график данных процессов.

Контрольная работа для 8 класса по физике «Тепловые явления». | Тест по физике (8 класс) по теме:

8 класс                                                                                                                                           ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Контрольная работа 1

Тепловые явления

Вариант

Начальный уровень

1. Укажите, какие из перечисленных явлений относятся к механическим, а какие — к тепловым: падение тела на землю; испарение воды; движение автомобиля; нагревание спутника при спуске в плотных слоях атмосферы.

2. В каком костюме летом более жарко: в белом или черном? Объясните почему?

3. Можно ли в медной кастрюле расплавить стальную деталь?

 

Средний уровень

1. В теплую комнату внесли холодный предмет. Изобразите на рисунке направление конвекционных потоков воздуха около этого предмета.

2. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 1 кг стали на 2 °С?

3. На сколько Джоулей увеличится внутренняя энергия 2 кг льда, взятого при температуре плавления, если он растает?

Достаточный уровень

1. Луна полностью лишена воздушной оболочки. Может ли при этих условиях верхний слой лунного грунта быть влажным? Объясните.

2. В алюминиевом чайнике нагревали воду и, пренебрегая потерями количества теплоты в окружающее пространство, построили графики зависимости количества теплоты, полученной чайником и водой, от времени нагревания. Какой график построен для воды, а какой — для чайника?

3. Медное жало паяльника массой 59 г остывает от 432 °С до 232 °С. 40 % теплоты, выделяющейся при этом, полезно используется на плавление олова. Определите, какую массу олова, взятого при температуре плавления, можно расплавить за счет этой теплоты.

Высокий уровень

1. Сколько воды можно нагреть от 20 °С до 70 °С, используя теплоту, выделившуюся при полном сгорании 0,42 кг сухих дров.

2. Чугунная и алюминиевая детали одинаковой массы находятся при температуре 20 °С. Для плавления какой из этих деталей необходимо большее количество теплоты? Во сколько раз большее?

3. На электроплитке нагревали 1,2 л воды от 10 °С до 100 °С. При этом 3 % ее обратилось в пар. Сколько времени длилось нагревание, если мощность плитки 800 Вт, а ее КПД — 65 %?

контрольная работа «Тепловые явления» | Методическая разработка по физике (8 класс) на тему:

Вариант 1.

1.     Стальная  деталь  массой  500 г  при  обработке  на  токарном  станке  нагрелась  на  20  ˚С.  Чему  равно  изменение  внутренней  энергии  детали? (Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг ˚С))

2.     Какую  массу  пороха  нужно  сжечь,  чтобы при  полном  его  сгорании  выделилось  38000  кДж  энергии? (Удельная теплота сгорания пороха 3,8  М Дж/кг)

3.     Оловянный  и  латунный  шары  одинаковой  массы,  взятые  при температуре  20˚С опустили  в  горячую  воду.   Одинаковое  ли  количество  теплоты  получат  шары   от  воды  при  нагревании? (Удельная теплоемкость олова  250 Дж/(кг °С), латуни  380 Дж/(кг ˚С) )

4.      Как и на сколько изменится  температура  воды  массой  20  кг,  если  ей  передать  всю  энергию,   выделяющуюся  при  сгорании  бензина  массой  20  г? (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг °С), удельная теплота сгорания бензина 46 М Дж/кг).

5. Какое количество теплоты необходимо для плавления олова массой 22 г, взятого при температуре 22°С?  Постройте график данных процессов.

       6. Можно ли в медной кастрюле расплавить стальную деталь? Объясните почему.

Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс

Вариант  2.

1.   Определите  массу  серебряной  ложки,  если  для  изменения  ее  температуры  от  20 °С  до  40 °С  требуется  250  Дж  энергии. (Удельная теплоемкость серебра 250 Дж/(кг °С)).

2.    Какое  количество  теплоты  выделится  при  полном  сгорании  торфа  массой  200  г?  (Удельная теплота сгорания торфа 14 000 кДж/кг)

3.    Стальную  и  свинцовую  гири  массой  по  1  кг  прогрели  в  кипящей  воде,  а  затем  поставили  на  лед.    Под  какой  из  гирь  растает  больше  льда? (Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг °С), свинца 140 Дж/(кг °С))

4.  Какую  массу  керосина  нужно  сжечь,  чтобы  получить  столько  же  энергии,  сколько  ее  выделяется  при  сгорании  каменного  угля  массой   500 г.  (Удельная теплота сгорания керосина  46 МДж/кг, каменного угля 30 М Дж/кг).

5. Какое количество теплоты необходимо для плавления свинца массой 53 г, взятого при температуре 26 С?  Постройте график данных процессов.

6.  В теплую комнату внесли холодный предмет. Изобразите на рисунке направление конвекционных потоков воздуха около этого предмета.

Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс

Вариант  3

1. Какое количество теплоты необходимо для нагревания железной гири массой 500г от 20 до 30 °С. (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг °С)).

2. Какая масса каменного угля была сожжена в печи, если при этом выделилось 60 МДж теплоты?  (Удельная теплота сгорания угля  30000 кДж/кг).

3. В каком платье летом менее жарко: в белом или в темном? Почему?

4. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы нагреть 100 кг стали от 100 до 200°С?   Потерями тепла пренебречь.  (Удельная теплота сгорания угля 3 *10 7 Дж/кг, удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг °С)).

5. Какое количество теплоты необходимо для плавления алюминия массой 0,5  т, взятого при температуре 30 °С?  Постройте график данных процессов.

6. Медный   и  свинцовый   шары  по  100   г  прогрели  в  кипящей  воде,  а  затем  поставили  на  лед.   Под  каким  из  шаров  растает  больше  льда? (Удельная теплоемкость меди 380 Дж/(кг °С), свинца 140 Дж/(кг °С)).

Контрольная работа по теме «Тепловые явления» 8 класс

Вариант  4

1.Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 г спирта? (Удельная теплота сгорания спирта 2,7 *107  Дж/кг)

2.Какова масса железной детали, если на ее нагревание от 20 до 200 °С пошло 20,7 кДж теплоты? (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг °С)).

3.Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?

4.Какое количество теплоты необходимо для нагревания 3 л воды в алюминиевой кастрюле массой 300 г от 20 до 100 °С?  (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг °С),  алюминия  920 Дж/(кг °С),   плотность воды 1000 кг/м3).

5.Какое количество теплоты необходимо для плавления серебра массой 4 г, взятого при температуре 48 °С?  Постройте график данных процессов.

6. Серебряную   и  оловянную   ложки  массой  по  5  г  прогрели  в  кипящей  воде,  а  затем  положили  на  лед.   Под  какой  из  гирь  растает  больше  льда? (Удельная теплоемкость серебра 0,23 кДж/(кг °С), серебра 230 Дж/(кг °С)).

Свойства воздушных шаров — Funburg.ru

Химические и физические процессы, влияющие на продолжительность «жизни» шарика

Основная причина разрушения воздушных шаров – кислород, содержащийся в атмосфере. Пока шар находится в ненадутом состоянии, молекулярная структура латекса устойчива к влиянию кислорода, но после надува стенки шара становятся значительно тоньше, молекулы латекса вступают в реакцию с молекулами кислорода, в результате чего происходит окисление и деструкция латекса – его эластичность снижается, количество пор возрастает. С визуальной точки зрения окисление латекса проявляется в потере блеска и прозрачности, шар становится матовым, мутнеет.

Этот процесс происходит со всем латексными шарами, независимо от времени года, меняется лишь скорость его протекания. Все факторы, повышающие активность кислорода, увеличивают скорость окисления шаров: это температура, ветер, солнечный свет и озон. Именно поэтому проблема быстрого окисления латекса особенно актуальна летом. К примеру, в жаркую погоду при значительной влажности время полета шара сокращается примерно в два раза.

Существует несколько факторов, влияющих на скорость протекания реакции окисления:
– солнечный свет и высокая температура;
– перепады температуры;
– ветер.

Солнечный свет и высокая температура

Воздушные шары очень чувствительны к яркому солнечному свету. Размещая шары под прямыми солнечными лучами, вы можете потерять их буквально в течение нескольких часов.
Солнечное излучение в своем спектре содержит значительную долю ультрафиолетового излучения, которое активизирует атмосферный кислород, который, в свою очередь, активнее соединяется с латексом, и в результате окисление происходит за считанные часы.

Также чем выше температура вокруг воздушного шарика, тем активнее происходит реакция окисления, стенки шара истончаются, активнее ведут себя молекулы гелия и быстрее просачиваются сквозь поры латекса. При понижении температуры эти процессы протекают гораздо медленнее, и срок «жизни» шариков гораздо длиннее. Также под воздействием высокой температуры, гелий внутри шара расширяется, отчего шар может лопнуть.

Если планируете использовать шары на улице в жаркую погоду, выбирайте шары светлых оттенков – например, голубой вместо синего, розовый вместо красного и т. д. Шары темных оттенков притягивают больше света и больше нагреваются, соответственно на ярком солнце сдуваются и лопаются первыми.

Не просите надуть шары максимально большого размера – при жаркой солнечной погоде очень важно надувать шары правильного размера, чтобы шар оставался круглым или овальным, но не принимал форму «лампочки». Благодаря этому сохраняется необходимая толщина стенки шара, что позволяет ему дольше выдерживать воздействие солнечного света.

Перепады температуры

Гелий существенно изменяет свой объем при изменении температуры – расширяется при высоких температурах и сжимается при низких. Это особенно заметно зимой – когда вы выносите шар на мороз, его размер сильно уменьшается, он «сжимается», а если занести шар обратно в тепло, он примет прежнюю форму. При этом необходимо учитывать, что частые перепады температуры приводят к быстрому износу латекса, в результате чего шарик быстрее сдувается.

Если вынести латексный шар, обработанный HiFloat, на мороз, он сожмется, и в этот момент станет виден HiFloat внутри шара: шар кажется «помятым» и выглядит не лучшим образом. При попадании в теплое помещение шар принимает свою прежнюю форму и идеальный внешний вид. Поэтому, если вы планируете использовать шары в зимнее время именно на улице (организуете поздравление на свежем воздухе или используете шары для уличного оформления), предупредите об этом при оформлении заказа – скорее всего, вам лучше будет заказать шары без обработки HiFloat.

Особенно хорошо процесс сжатия и расширения гелия под воздействием температуры видно на фольгированных шарах: заполненный гелием фольгированный шар при выносе на холодный воздух сразу меняет форму, будто сдувается, поэтому не лучшим образом подходит для использования на улице в холодное время года. Но при входе в теплое помещение «надувается» на глазах и быстро приобретает былую форму!

Не размещайте шары вблизи кондиционеров, обогревателей или у входа – в местах, подверженных частой перемене температуры, когда на шары попадают потоки неравномерно нагретого или охлажденного воздуха.

При входе с улицы в теплое помещение подождите несколько минут в подъезде, а не сразу заносите шарики в квартиру, чтобы температура внутри шаров приблизилось к комнатной и резкое расширение гелия не привело к разрыву шара.

Если собираетесь использовать шары на улице, предупредите об этом при оформлении заказа – мы поможем выбрать подходящие для такого случая шары.

Ветер

При обдуве шара воздухом количество кислорода, который участвует в окислении латекса, увеличивается, соответственно, увеличивается и скорость старения латекса – стенки шара истончаются, он теряет свои блеск, прозрачность, гелию становится легче выбраться наружу, и шар со временем начинает уменьшаться в объеме. При этом важно учесть, что и в помещении есть ветра – работа вентилятора, кондиционера и сквозняк оказывают схожее действие.

К тому же ветер неизбежно приносит частицы пыли, которые оседают на стенках шара. В результате трения шаров друг о друга частицы пыли царапают стенки шаров – образуются микротрещины, которые могут привести к тому, что шар лопнет или опустится раньше времени.

Не размещайте шары вблизи вентилятора, кондиционера или у окна, если есть такая возможность.

Перевозите шары в специальных транспортировочных пакетах, чтобы снизить воздействие ультрафиолетового излучения и уберечь шары от ветра, или заказывайте их с доставкой!

Отдавайте предпочтение шарам типа «пастель», так как внешние признаки процесса окисления на них заметны меньше, чем на шариках типа «кристалл», «металл» и «перламутр». На шариках типа «кристалл» (в том числе на шариках с конфетти), процесс окисления наиболее заметен: в результате него шарики теряют свою прозрачность и становятся не такими эффектными.

Второй закон термодинамики

Термодинамика — это раздел физики который имеет дело с энергией и работой системы. Термодинамика имеет дело только с крупномасштабный ответ системы, которую мы можем наблюдать и измерять в экспериментах. В ракетостроении термодинамика газа, очевидно, играет важную роль в анализе двигательные установки но и в понимании высокоскоростные потоки. В первый закон термодинамики определяет отношения между различными формами энергия, присутствующая в системе (кинетическая и потенциальная), Работа что система выполняет и передача тепла.Первый закон гласит, что энергия сохраняется во всех термодинамических процессах.

Мы можем представить себе термодинамические процессы, которые сохраняют энергию но которые никогда не встречаются в природе. Например, если мы поднесем горячий предмет в контакта с холодным предметом, мы наблюдаем, что горячий предмет остывает и холодный объект нагревается до достижения равновесия. Передача тепла идет от горячий объект к холодному объекту. Однако мы можем представить себе систему, в которой вместо этого тепло передается от холодного объекта к горячему, и такая система не нарушает первый закон термодинамики. Холод объект становится холоднее, а горячий объект становится горячее, но энергия сохраняется. Очевидно, что мы не встречаем такой системы в природе и Чтобы объяснить это и подобные наблюдения, термодинамики предложили секунд Закон термодинамики . Классиус, Кельвин и Карно предложили различные формы второго закона, чтобы описать конкретную физическую проблему, которую каждый изучение. Изложенное на слайде описание второго закона было взято. из учебника Холлидея и Резника «Физика».Начинается с определения новой переменной состояния, называемой энтропия. Энтропия имеет множество физические интерпретации, включая статистический беспорядок системы, но для наших целей будем считать энтропию просто еще одним свойством системы, например энтальпия или температура.

Второй закон гласит, что существует полезное состояние переменная называется энтропией S . Изменение энтропии дельта S равно теплопередача дельта Q разделенная по температуре Т .

дельта S = дельта Q / T

Для данного физического процесса суммарная энтропия система и окружающая среда остаются постоянными, если процесс может быть в обратном порядке. Если обозначить начальное и конечное состояния системы буквами «i» и «f»:

Sf = Si (обратимый процесс)

Пример обратимого процесса В идеале заставляет течь через суженную трубу.Идеально означает отсутствие потерь в пограничном слое. Когда поток движется через сужение, давление, температура и изменение скорости, но эти переменные возвращаются к исходному значения после сужения. В штат газа возвращается в исходное состояние и изменение энтропии системы равна нулю. Инженеры называют такой процесс изоэнтропический процесс. Изэнтропия означает постоянную энтропию.

Второй закон гласит, что если физический процесс необратимый , объединенный энтропия системы и окружающая среда должна увеличиться до .Конечная энтропия должна быть больше начальной энтропии для необратимого процесса:

Sf> Si (необратимый процесс)

Примером необратимого процесса является проблема обсуждается во втором абзаце. Горячий предмет соприкасается с холодным предметом. В конце концов, они оба достигают одинаковой температуры равновесия. Если мы тогда разделяют объекты, которые остаются при равновесной температуре, и естественным образом не возвращаются к исходной температуре.В процесс доведения их до одинаковой температуры необратим.


Экскурсии
  • Термодинамика:
  • Изэнтропический поток:

Действия:

Сайты по теме:
Rocket Index
Rocket Home
Beginner’s Guide Home

Эксперимент меняет направление тепла flo

Тепло течет от горячих предметов к холодным.Когда горячее и холодное тело находятся в тепловом контакте, они обмениваются тепловой энергией до тех пор, пока не достигнут теплового равновесия, при этом горячее тело охлаждается, а холодное тело нагревается. Это естественное явление, с которым мы сталкиваемся постоянно.

Это объясняется вторым законом термодинамики, который гласит, что полная энтропия изолированной системы всегда имеет тенденцию увеличиваться со временем, пока не достигнет максимума. Энтропия — это количественная мера беспорядка в системе. Изолированные системы спонтанно развиваются в сторону все более неупорядоченных состояний и отсутствия дифференциации.

Эксперимент, проведенный исследователями из Бразильского центра исследований в области физики (CBPF) и Федерального университета ABC (UFABC), а также сотрудниками других учреждений в Бразилии и других странах, показал, что квантовые корреляции влияют на способ измерения энтропии. распределяется между частями в тепловом контакте, меняя направление так называемой «термодинамической стрелки времени».

Другими словами, тепло может самопроизвольно перетекать от холодного объекта к горячему без необходимости вкладывать энергию в процесс, как того требует домашний холодильник.Статья, описывающая эксперимент с теоретическими соображениями, только что была опубликована в Nature Communications .

Первый автор статьи, Каонан Микадеи, защитил докторскую диссертацию под руководством профессора Роберто Серра и сейчас проводит постдокторские исследования в Германии. Серра, также один из авторов статьи, получил поддержку Исследовательского фонда Сан-Паулу — FAPESP через Бразильский национальный институт науки и технологий квантовой информации.FAPESP также предоставил два исследовательских гранта, связанных с проектом, другому соавтору, Габриэлю Тейшейре Ланди, профессору Физического института Университета Сан-Паулу (IF-USP).

«Можно сказать, что корреляции представляют информацию, совместно используемую различными системами. В макроскопическом мире, описываемом классической физикой, добавление энергии извне может обратить поток тепла в системе, так что он течет от холода к горячему. Это то, что бывает, например, в обычном холодильнике », — сказал Серра.

«Можно сказать, что в нашем наноскопическом эксперименте квантовые корреляции производили эффект, аналогичный эффекту добавленной энергии. Направление потока было изменено на противоположное без нарушения второго закона термодинамики. Напротив, если мы примем во внимание элементы В теории информации при описании переноса тепла мы находим обобщенную форму второго закона и демонстрируем роль квантовых корреляций в этом процессе ».

Эксперимент проводился с образцом молекул хлороформа (атом водорода, атом углерода и три атома хлора), меченных изотопом углерода-13.Образец был разбавлен в растворе и изучен с помощью спектрометра ядерного магнитного резонанса, подобного сканерам МРТ, используемым в больницах, но с гораздо более сильным магнитным полем.

«Мы исследовали температурные изменения спинов ядер атомов водорода и углерода. Атомы хлора не играли никакой материальной роли в эксперименте. Мы использовали радиочастотные импульсы, чтобы установить спин каждого ядра с разной температурой, на один холоднее, Еще один теплее.Разница температур была небольшой, порядка десятков миллиардных долей 1 Кельвина, но теперь у нас есть методы, которые позволяют нам манипулировать квантовыми системами и измерять их с чрезвычайной точностью.В этом случае мы измерили радиочастотные колебания, производимые атомными ядрами », — сказал Серра.

Исследователи исследовали две ситуации: в одной из них ядра водорода и углерода начали процесс некоррелированно, а в другой они изначально были квантово-коррелированными.

«В первом случае, когда ядра не коррелированы, мы наблюдали поток тепла в обычном направлении, от горячего к холодному, пока оба ядра не достигли одинаковой температуры. Во втором случае, когда ядра изначально коррелировали, мы наблюдали поток тепла в противоположное направление, от холодного к горячему.Эффект длился несколько тысячных долей секунды, пока не была исчерпана первоначальная корреляция, — пояснил Серра.

Наиболее примечательным аспектом этого результата является то, что он предлагает процесс квантового охлаждения, в котором добавление внешней энергии (как это делается в холодильниках и кондиционерах для охлаждения определенной среды) может быть заменено корреляциями, т. Е. Обменом информация между объектами.

Демон Максвелла

Идея о том, что информацию можно использовать для изменения направления теплового потока — другими словами, чтобы вызвать локальное уменьшение энтропии — возникла в классической физике в середине девятнадцатого века, задолго до изобретения теории информации.

Это был мысленный эксперимент, предложенный в 1867 году Джеймсом Клерком Максвеллом (1831–1879), который, среди прочего, создал знаменитые классические уравнения электромагнетизма. В этом мысленном эксперименте, вызвавшем в то время горячие споры, великий шотландский физик сказал, что если бы существовало существо, способное знать скорость каждой молекулы газа и манипулировать всеми молекулами в микроскопическом масштабе, оно могло бы разделите их на двух реципиентов, поместив молекулы быстрее среднего в один, чтобы создать горячий отсек, и молекулы медленнее среднего в другой, чтобы создать холодный отсек.Таким образом, газ, первоначально находящийся в тепловом равновесии из-за смеси более быстрых и более медленных молекул, эволюционировал бы в дифференцированное состояние с меньшей энтропией.

Максвелл задумал мысленный эксперимент, чтобы доказать, что второй закон термодинамики был просто статистическим.

«Предложенное им существо, способное вмешиваться в материальный мир на молекулярном или атомном уровне, стало известно как« демон Максвелла ». Это была выдумка, изобретенная Максвеллом, чтобы представить свою точку зрения.Однако теперь мы действительно можем работать в атомных или даже меньших масштабах, так что обычные ожидания изменены », — сказал Серра.

Эксперимент, проведенный Серрой и его сотрудниками и описанный в только что опубликованной статье, является демонстрацией этого. Конечно, он не воспроизводил мысленный эксперимент Максвелла, но дал аналогичный результат.

«Когда мы говорим об информации, мы не имеем в виду нечто нематериальное. Информация требует физического субстрата, памяти.Если вы хотите стереть 1 бит памяти с флеш-накопителя, вы должны потратить в 10 000 раз меньше минимального количества энергии, состоящего из постоянной Больцмана, умноженной на абсолютную температуру. Этот минимум энергии, необходимый для стирания информации, известен как принцип Ландауэра. Это объясняет, почему стирание информации вызывает нагревание. «Аккумуляторы для ноутбуков потребляют тепло больше всего остального», — сказал Серра.

Исследователи заметили, что информацию, присутствующую в квантовых корреляциях, можно использовать для выполнения работы, в данном случае передачи тепла от более холодного объекта к более горячему, без потребления внешней энергии.

«Мы можем количественно оценить корреляцию двух систем с помощью битов. Связи между квантовой механикой и теорией информации создают то, что известно как квантовая информатика. С практической точки зрения, изученный нами эффект однажды может быть использован для охлаждения части системы. процессор квантового компьютера, — сказал Серра.

###

О Фонде исследований Сан-Паулу (FAPESP)

Исследовательский фонд Сан-Паулу (FAPESP) — это государственное учреждение, миссией которого является поддержка научных исследований во всех областях знаний путем предоставления стипендий, стипендий и грантов исследователям, связанным с высшими учебными заведениями и исследовательскими учреждениями в штате Сан-Паулу, Бразилия.FAPESP осознает, что самые лучшие исследования могут быть выполнены только при сотрудничестве с лучшими исследователями со всего мира. Поэтому он установил партнерские отношения с финансирующими агентствами, высшими учебными заведениями, частными компаниями и исследовательскими организациями в других странах, известных высоким качеством своих исследований, и поощряет ученых, финансируемых за счет его грантов, к дальнейшему развитию международного сотрудничества. Вы можете узнать больше о FAPESP на http://www.fapesp.br/en и посетить информационное агентство FAPESP по адресу http: // www.agencia.fapesp.br/en, чтобы быть в курсе последних научных достижений FAPESP помогает достичь благодаря своим многочисленным программам, наградам и исследовательским центрам. Вы также можете подписаться на информационное агентство FAPESP по адресу http://agencia.fapesp.br/subscribe.



Журнал

Nature Communications

11.2 Тепло, удельная теплоемкость и теплопередача — физика

Теплообмен, удельная теплоемкость и теплоемкость

В предыдущем разделе мы узнали, что температура пропорциональна средней кинетической энергии атомов и молекул в веществе, и что средняя внутренняя кинетическая энергия вещества тем выше, чем выше температура вещества.

Если два объекта с разной температурой соприкасаются друг с другом, энергия передается от более горячего объекта (то есть объекта с более высокой температурой) к более холодному (с более низкой температурой) объекту, пока оба объекта не будут иметь одинаковую температуру. .Когда температуры равны, нетто-теплопередачи, поскольку количество тепла, передаваемого от одного объекта к другому, равно количеству возвращаемого тепла. Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагревание увеличивает температуру, а охлаждение снижает ее. Эксперименты показывают, что тепло, передаваемое веществу или от него, зависит от трех факторов: изменения температуры вещества, массы вещества и определенных физических свойств, связанных с фазой вещества.

Уравнение теплопередачи Q равно

Q = mcΔT, Q = mcΔT,

11,7

, где м — масса вещества, а Δ T — изменение его температуры в единицах Цельсия или Кельвина. Обозначение c обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ºC. Удельная теплоемкость c — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг К) или Дж / (кг ° C ° C).Изменение температуры (ΔTΔT) одинаково в кельвинах и градусах Цельсия (но не в градусах Фаренгейта). Удельная теплоемкость тесно связана с понятием теплоемкости. Теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры вещества на 1,00 ° C ° C. В форме уравнения теплоемкость C составляет C = mcC = mc, где m — масса, а c — удельная теплоемкость. Обратите внимание, что теплоемкость такая же, как и удельная теплоемкость, но без какой-либо зависимости от массы.Следовательно, два объекта, состоящие из одного и того же материала, но с разной массой, будут иметь разную теплоемкость. Это связано с тем, что теплоемкость — это свойство объекта, а удельная теплоемкость — это свойство любого объекта , изготовленного из того же материала.

Значения удельной теплоемкости необходимо искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить. В таблице 11.2 приведены значения удельной теплоемкости для некоторых веществ в качестве справочной информации. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз выше, чем у стекла, что означает, что для повышения температуры 1 кг воды требуется в пять раз больше тепла, чем для повышения температуры 1 кг стекла тем же самым способом. количество градусов.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] [AL] Объясните, что эта формула работает только в том случае, если фаза вещества не меняется. Передача тепловой энергии, тепла и фазовый переход будут рассмотрены позже в этой главе.

Предупреждение о заблуждении

Единицы измерения удельной теплоемкости — Дж / (кг ° C⋅ ° C) и Дж / (кг K). Однако градусы Цельсия и Кельвина не всегда взаимозаменяемы. В формуле для удельной теплоемкости используется разница в температуре, а не абсолютная температура.Это причина того, что градусы Цельсия могут использоваться вместо Кельвина.

Вещества Удельная теплоемкость ( c )
Твердые вещества Дж / (кг ⋅ ° C⋅ ° C)
Алюминий 900
Асбест 800
Бетон, гранит (средний) 840
Медь 387
Стекло 840
Золото 129
Тело человека (среднее) 3500
Лед (средний) 2090
Чугун, сталь 452
Свинец 128
Серебро 235
Дерево 1700
Жидкости
Бензол 1740
Этанол 2450
Глицерин 2410
Меркурий 139
Вода 4186
Газы (при постоянном давлении 1 атм)
Воздух (сухой) 1015
Аммиак 2190
Двуокись углерода 833
Азот 1040
Кислород 913
Пар 2020

Таблица 11.2 Удельная теплоемкость различных веществ.

Snap Lab

Изменение температуры земли и воды

Что нагревается быстрее, земля или вода? Вы ответите на этот вопрос, проведя измерения для изучения различий в удельной теплоемкости.

  • Открытое пламя — соберите все распущенные волосы и одежду перед зажиганием открытого пламени. Следуйте всем инструкциям своего учителя о том, как зажечь пламя. Никогда не оставляйте открытое пламя без присмотра. Знайте расположение противопожарного оборудования в лаборатории.
  • Песок или грунт
  • Вода
  • Духовка или тепловая лампа
  • Две маленькие баночки
  • Два термометра

Инструкции

Процедура

  1. Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в две небольшие банки. (Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить равные массы, используя на 50 процентов больше воды по объему.)
  2. Нагрейте оба вещества (с помощью духовки или нагревательной лампы) в течение одинакового времени.
  3. Запишите конечные температуры двух масс.
  4. Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая в течение более длительного периода времени.
  5. Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

Контроль захвата

Потребовалось больше времени, чтобы нагреть воду или песок / почву до той же температуры? Какой образец остыл дольше? Что этот эксперимент говорит нам о том, как удельная теплоемкость воды по сравнению с удельной теплотой земли?

  1. Песок / почва нагревается и остывает дольше.Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость земли больше, чем у воды.
  2. Песок / почва нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость воды больше, чем у земли.
  3. Вода нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость земли больше, чем у воды.
  4. Вода нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость воды больше, чем у земли.

Проводимость, конвекция и излучение

Всякий раз, когда есть разница температур, происходит передача тепла. Передача тепла может происходить быстро, например, через сковороду, или медленно, например, через стенки изолированного холодильника.

Существует три различных метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Иногда все три могут происходить одновременно. См. Рисунок 11.3.

Рис. 11.3 В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в комнату. Передача тепла также происходит через теплопроводность в комнату, но гораздо медленнее. Теплообмен за счет конвекции также происходит через холодный воздух, поступающий в комнату вокруг окон, и горячий воздух, покидающий комнату, поднимаясь вверх по дымоходу.

Проводимость — это передача тепла при прямом физическом контакте. Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном сковороды, передается за счет теплопроводности. Иногда мы пытаемся контролировать теплопроводность, чтобы чувствовать себя более комфортно.Поскольку скорость теплопередачи у разных материалов разная, мы выбираем такие ткани, как толстый шерстяной свитер, которые зимой замедляют отвод тепла от нашего тела.

Когда вы идете босиком по ковру в гостиной, ваши ноги чувствуют себя относительно комфортно… пока вы не ступите на кафельный пол кухни. Поскольку ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру, почему один из них холоднее другого? Это объясняется разной скоростью теплопередачи: материал плитки отводит тепло от вашей кожи с большей скоростью, чем ковровое покрытие, что делает его на более холодным.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] [AL] Спросите учащихся, какая сейчас температура в классе. Спросите их, все ли предметы в комнате имеют одинаковую температуру. Как только это будет установлено, попросите их положить руку на стол или на металлический предмет. Стало холоднее? Почему? Если их стол изготовлен из ламината Formica, тогда он будет чувствовать себя прохладным для их рук, потому что ламинат является хорошим проводником тепла и отбирает тепло из рук, создавая ощущение «холода» из-за тепла, покидающего тело.

Некоторые материалы просто проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В общем, металлы (например, медь, алюминий, золото и серебро) являются хорошими проводниками тепла, тогда как такие материалы, как дерево, пластик и резина, плохо проводят тепло.

На рис. 11.4 показаны частицы (атомы или молекулы) в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия частицы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две частицы сталкиваются, энергия передается от частицы с большей кинетической энергией к частице с меньшей кинетической энергией.Когда два тела находятся в контакте, происходит много столкновений частиц, что приводит к чистому потоку тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Тепловой поток зависит от разности температур ΔT = Thot-TcoldΔT = Thot-Tcold. Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана.

Рис. 11.4. Частицы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области.На этой иллюстрации частица в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую кинетическую энергию перед столкновением, но ее кинетическая энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью. Напротив, частица в области более высоких температур (слева) имеет большую кинетическую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Конвекция — это передача тепла движением жидкости. Этот тип теплопередачи происходит, например, в котле, кипящем на плите, или во время грозы, когда горячий воздух поднимается к основанию облаков.

Советы для успеха

На обиходе термин жидкость обычно означает жидкость. Например, когда вы заболели и врач говорит вам «выпить жидкости», это означает только пить больше напитков, а не вдыхать больше воздуха. Однако в физике жидкость означает жидкость или газ . Жидкости движутся иначе, чем твердый материал, и даже имеют свой собственный раздел физики, известный как гидродинамика , который изучает их движение.

При повышении температуры жидкости они расширяются и становятся менее плотными.Например, на рис. 11.4 может быть изображена стенка воздушного шара с газами внутри воздушного шара с другой температурой, чем снаружи в окружающей среде. Более горячие и, следовательно, быстро движущиеся частицы газа внутри воздушного шара ударяются о поверхность с большей силой, чем более холодный воздух снаружи, заставляя воздушный шар расширяться. Это уменьшение плотности по отношению к окружающей среде создает плавучесть (тенденцию к повышению). Конвекция обусловлена ​​плавучестью — горячий воздух поднимается вверх, потому что он менее плотен, чем окружающий воздух.

Иногда мы контролируем температуру своего дома или самих себя, контролируя движение воздуха. Герметизация дверей герметичным уплотнением защищает от холодного ветра зимой. Дом на рис. 11.5 и горшок с водой на плите на рис. 11.6 являются примерами конвекции и плавучести, созданными человеком. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую и являются примерами естественной конвекции.

Рисунок 11.5 Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается вверх, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем воздух в помещении, и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления, подобная этой, в которой используется естественная конвекция, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Рис. 11.6 Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого сосуда с водой.Попав внутрь жидкости, теплопередача к другим частям кастрюли происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается плотность и поднимается, передавая тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется, пока в кастрюле есть вода.

Излучение — это форма передачи тепла, которая происходит при испускании или поглощении электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, все из которых имеют разные длины волн и количество энергии (более короткие длины волн имеют более высокую частоту и большую энергию).

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] Электромагнитные волны также часто называют электромагнитными волнами. Мы по-разному воспринимаем электромагнитные волны разной частоты. Так же, как мы можем видеть одни частоты как видимый свет, мы воспринимаем некоторые другие как тепло.

Вы можете почувствовать теплоотдачу от огня и солнца. Точно так же вы иногда можете сказать, что духовка горячая, не касаясь ее дверцы и не заглядывая внутрь — она ​​может просто согреть вас, когда вы пройдете мимо.Другой пример — тепловое излучение человеческого тела; люди постоянно излучают инфракрасное излучение, которое не видно человеческому глазу, но ощущается как тепло.

Излучение — единственный метод передачи тепла, при котором среда не требуется, а это означает, что тепло не должно вступать в прямой контакт с какими-либо предметами или переноситься ими. Пространство между Землей и Солнцем в основном пусто, без какой-либо возможности теплопередачи за счет конвекции или теплопроводности. Вместо этого тепло передается за счет излучения, и Земля нагревается, поскольку она поглощает электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем.

Рис. 11.7 Большая часть тепла от этого пожара передается наблюдателям через инфракрасное излучение. Видимый свет передает относительно небольшую тепловую энергию. Поскольку кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, вы можете почувствовать присутствие огня, даже не глядя на него. (Дэниел X. О’Нил)

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение (см. Рисунок 11.7). Скорость передачи тепла излучением в основном зависит от цвета объекта. Черный — наиболее эффективный поглотитель и радиатор, а белый — наименее эффективный.Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают ношения черной одежды. Точно так же черный асфальт на стоянке будет горячее, чем прилегающие участки травы в летний день, потому что черный поглощает лучше, чем зеленый. Верно и обратное — черный цвет излучает лучше, чем зеленый. Ясной летней ночью черный асфальт будет холоднее, чем зеленый участок травы, потому что черный излучает энергию быстрее, чем зеленый. Напротив, белый цвет — плохой поглотитель и плохой радиатор. Белый объект, как зеркало, отражает почти все излучение.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Попросите учащихся привести примеры теплопроводности, конвекции и излучения.

Виртуальная физика

Формы и изменения энергии

В этой анимации вы исследуете теплопередачу с различными материалами. Поэкспериментируйте с нагревом и охлаждением железа, кирпича и воды. Для этого нужно перетащить объект на пьедестал и затем удерживать рычаг в положении «Нагреть» или «Охлаждать». Перетащите термометр рядом с каждым объектом, чтобы измерить его температуру — вы можете в режиме реального времени наблюдать, как быстро он нагревается или охлаждается.

Теперь попробуем передать тепло между объектами. Нагрейте кирпич и поместите его в прохладную воду. Теперь снова нагрейте кирпич, но затем поместите его поверх утюга. Что ты заметил?

Выбор опции быстрой перемотки вперед позволяет ускорить передачу тепла и сэкономить время.

Контроль захвата

Сравните, насколько быстро различные материалы нагреваются или охлаждаются. Основываясь на этих результатах, какой материал, по вашему мнению, имеет наибольшую удельную теплоемкость? Почему? Какая из них имеет наименьшую удельную теплоемкость? Можете ли вы представить себе реальную ситуацию, в которой вы хотели бы использовать объект с большой удельной теплоемкостью?

  1. Вода занимает больше всего времени, а железу нужно меньше времени, чтобы нагреться и остыть.Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  2. Вода занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  3. Кирпич займет меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть.Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  4. Вода занимает меньше всего времени, а кирпичу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
Поддержка учителей
Поддержка учителей

Попросите учащихся рассмотреть различия в результатах интерактивных упражнений при использовании разных материалов.Например, спросите их, было бы изменение температуры больше или меньше, если бы кирпич был заменен железным блоком той же массы, что и кирпич. Попросите студентов рассмотреть одинаковые массы металлов, алюминия, золота и меди. После того, как они заявят, больше или меньше изменение температуры для каждого металла, попросите их обратиться к Таблице 11.2 и проверить, верны ли их прогнозы.

Второй закон термодинамики

Второй закон

Второй закон термодинамики гласит, что передача тепла происходит самопроизвольно только от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой.

Цели обучения

Противопоставьте понятие необратимости между Первым и Вторым законами термодинамики

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Многие термодинамические явления, разрешенные первым законом термодинамики, никогда не происходят в природе.
  • Многие процессы происходят спонтанно только в одном направлении, и второй закон термодинамики имеет дело с направлением, принимаемым спонтанными процессами.
  • Согласно второму закону термодинамики, для любого процесса невозможно иметь теплопередачу от более холодного к более горячему объекту в качестве единственного результата.
Ключевые термины
  • энтропия : мера того, насколько равномерно энергия (или какое-либо аналогичное свойство) распределяется в системе.
  • первый закон термодинамики : версия закона сохранения энергии, специализированная для термодинамических систем. Обычно выражается как ΔU = Q − W.

Необратимость

Второй закон термодинамики касается направления, принимаемого спонтанными процессами. Многие процессы происходят спонтанно только в одном направлении, то есть они необратимы при заданном наборе условий.Хотя необратимость наблюдается в повседневной жизни — например, разбитое стекло не возвращается в исходное состояние — полная необратимость — это статистическое утверждение, которое нельзя увидеть в течение всей жизни Вселенной. Точнее, необратимый процесс — это процесс, зависящий от пути. Если процесс может идти только в одном направлении, то обратный путь принципиально отличается, и процесс не может быть обратимым.

Например, тепло включает передачу энергии от более высокой температуры к более низкой.Холодный объект, соприкасающийся с горячим, никогда не становится холоднее, передавая тепло горячему объекту и делая его более горячим. Кроме того, механическая энергия, такая как кинетическая энергия, может быть полностью преобразована в тепловую за счет трения, но обратное невозможно. Горячий неподвижный объект никогда самопроизвольно не остывает и не начинает двигаться. Еще один пример — расширение потока газа, введенного в один угол вакуумной камеры. Газ расширяется, заполняя камеру, но никогда не собирается в углу.Случайное движение молекул газа могло бы вернуть их всех в угол, но этого никогда не происходит.

Односторонняя обработка в природе : Примеры односторонних процессов в природе. (а) Теплообмен происходит самопроизвольно от горячего к холодному, а не от холодного к горячему. (б) Тормоза этого автомобиля преобразуют кинетическую энергию в теплоотдачу в окружающую среду. Обратный процесс невозможен. (c) Выброс газа, попадающего в эту вакуумную камеру, быстро расширяется, чтобы равномерно заполнить каждую часть камеры.Случайные движения молекул газа никогда не вернут их в угол.

Второй закон термодинамики

Тот факт, что определенные процессы никогда не происходят, предполагает, что существует закон, запрещающий их возникновение. Первый закон термодинамики позволяет им происходить — ни один из этих процессов не нарушает закон сохранения энергии. Закон, запрещающий эти процессы, называется вторым законом термодинамики. Мы увидим, что второй закон можно сформулировать разными способами, которые могут показаться разными, но на самом деле эти многие способы эквивалентны.Как и все законы природы, второй закон термодинамики дает представление о природе, и несколько его утверждений подразумевают, что он широко применим, фундаментально влияя на многие очевидно несопоставимые процессы. Уже знакомое направление теплопередачи от горячего к холодному лежит в основе нашей первой версии второго закона термодинамики.

Термодинамика и тепловые двигатели : Краткое введение в тепловые двигатели и термодинамические концепции, такие как двигатель Карно, для студентов.

Второй закон термодинамики (первое выражение): Передача тепла происходит самопроизвольно от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой, но никогда самопроизвольно в обратном направлении.

Закон гласит, что ни один процесс не может иметь своим единственным результатом передачу тепла от холодильника к более горячему объекту. Позже мы выразим закон в других терминах, особенно в терминах энтропии.

Тепловые двигатели

В термодинамике тепловой двигатель — это система, которая выполняет преобразование тепла или тепловой энергии в механическую работу.

Цели обучения

Обоснуйте, почему КПД — один из важнейших параметров для любой тепловой машины

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Циклический процесс возвращает систему, например, газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла. В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы.
  • Второй закон термодинамики можно выразить следующим образом: ни в какой системе теплопередачи от резервуара невозможно полностью преобразовать работу в циклический процесс, в котором система возвращается в исходное состояние.
  • Эффективность теплового двигателя (Eff) определяется как чистая мощность W двигателя, разделенная на теплопередачу к двигателю: [latex] \ text {Eff} = \ frac {\ text {W}} {\ text { Q} _ \ text {h}} = 1 — \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex], где Q c и Q h обозначает передачу тепла горячему (двигатель) и холодному (окружающая среда) резервуару.
Ключевые термины
  • тепловая энергия : Внутренняя энергия системы в термодинамическом равновесии, обусловленная ее температурой.
  • внутренняя энергия : сумма всей энергии, присутствующей в системе, включая кинетическую и потенциальную энергию; эквивалентно, энергия, необходимая для создания системы, за исключением энергии, необходимой для перемещения ее окружения.

В термодинамике тепловой двигатель — это система, которая выполняет преобразование тепла или тепловой энергии в механическую работу. Бензиновые и дизельные двигатели, реактивные двигатели и паровые турбины — все это тепловые двигатели, которые работают, используя часть теплопередачи от какого-либо источника.Теплоотдача от горячего объекта (или горячего резервуара) обозначается Q h , теплопередача в холодный объект (или холодный резервуар) — Q c , а работа, выполняемая двигателем, равна W. горячие и холодные резервуары — T h и T c соответственно.

Теплопередача : (a) Теплопередача происходит самопроизвольно от горячего объекта к холодному в соответствии со вторым законом термодинамики. (б) Тепловой двигатель, представленный здесь кружком, использует часть теплопередачи для выполнения работы.Горячие и холодные предметы называются горячими и холодными резервуарами. Qh — теплоотдача из горячего резервуара, W — рабочая мощность, а Qc — теплоотдача в холодный резервуар.

Термодинамика и тепловые двигатели : Краткое введение в тепловые двигатели и термодинамические концепции, такие как двигатель Карно, для студентов.

Поскольку горячий резервуар нагревается извне, что требует больших затрат энергии, важно, чтобы работа выполнялась как можно более эффективно.Фактически, мы хотели бы, чтобы W равнялось Q h , и чтобы не было передачи тепла в окружающую среду (Q c = 0). К сожалению, это невозможно. Второй закон термодинамики (второе выражение) также утверждает относительно использования теплопередачи для выполнения работы: Невозможно ни в одной системе для теплопередачи от резервуара полностью преобразовать работу в циклический процесс, в котором система возвращается в его исходное состояние.

Циклический процесс возвращает систему, например газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла.В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы. Второй закон в его второй форме четко гласит, что такие двигатели не могут иметь совершенного преобразования теплопередачи в выполненную работу.

КПД

Циклический процесс возвращает систему в исходное состояние в конце каждого цикла. По определению, внутренняя энергия такой системы U одинакова в начале и в конце каждого цикла, то есть ΔU = 0. Первый закон термодинамики гласит, что ΔU = Q-W, где Q — чистая теплопередача во время цикла (Q = Q h -Q c ), а W — чистая работа, выполненная системой.Поскольку ΔU = 0 для полного цикла, то W = Q. Таким образом, чистая работа, выполняемая системой, равна чистому теплопередаче в систему, или

.

[латекс] \ text {W} = \ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c} [/ latex] (циклический процесс),

, как показано схематически в (b).

КПД — один из важнейших параметров любой тепловой машины. Проблема в том, что во всех процессах происходит значительная передача тепла Q c , теряемого в окружающую среду. При преобразовании энергии в работу мы всегда сталкиваемся с проблемой получить меньше, чем вкладываем.Мы определяем эффективность теплового двигателя ( Eff ) как его полезную мощность W, деленную на теплопередачу к двигателю Q ч:

[латекс] \ text {Eff} = \ frac {\ text {W}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex].

Поскольку W = Q h −Q c в циклическом процессе, мы также можем выразить это как

[латекс] \ text {Eff} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} = 1 — \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex] (для циклического процесса),

, поясняющий, что эффективность 1 или 100% возможна только при отсутствии передачи тепла в окружающую среду (Q c = 0).

Циклы Карно

Цикл Карно — наиболее эффективный из возможных циклических процессов, в котором используются только обратимые процессы.

Цели обучения

Проанализируйте, почему двигатель Карно считается идеальным двигателем

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Второй закон термодинамики показывает, что двигатель Карно, работающий между двумя заданными температурами, имеет максимально возможный КПД по сравнению с любым тепловым двигателем, работающим между этими двумя температурами.
  • Необратимые процессы связаны с диссипативными факторами, которые снижают эффективность двигателя. Очевидно, обратимые процессы лучше с точки зрения эффективности.
  • КПД Карно, максимально достижимый КПД теплового двигателя, задается как [латекс] \ text {Eff} _ \ text {c} = 1- \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text { T} _ \ text {h}} [/ латекс].
Ключевые термины
  • второй закон термодинамики : Закон, гласящий, что энтропия изолированной системы никогда не уменьшается, потому что изолированные системы спонтанно развиваются к термодинамическому равновесию — состоянию максимальной энтропии.Равно как и вечные двигатели второго типа невозможны.
  • тепловой двигатель : Любое устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу.

Мы знаем из второго закона термодинамики, что тепловая машина не может быть на 100 процентов эффективна, поскольку всегда должна быть некоторая передача тепла Q c в окружающую среду. (См. Наш атом в разделе «Тепловые двигатели».) Насколько эффективна тогда тепловая машина? На этот вопрос теоретически ответил в 1824 году молодой французский инженер Сади Карно (1796-1832) в своем исследовании появившейся в то время технологии тепловых двигателей, имеющих решающее значение для промышленной революции.Он разработал теоретический цикл, который теперь называется циклом Карно, который является наиболее эффективным из возможных циклических процессов. Второй закон термодинамики можно переформулировать в терминах цикла Карно, и поэтому Карно фактически открыл этот фундаментальный закон. Любой тепловой двигатель, использующий цикл Карно, называется двигателем Карно.

Для цикла Карно критически важно то, что используются только обратимые процессы. Необратимые процессы связаны с диссипативными факторами, такими как трение и турбулентность.Это увеличивает теплоотдачу Q c в окружающую среду и снижает эффективность двигателя. Очевидно, что обратимые процессы лучше.

Второй закон термодинамики (третья форма): Двигатель Карно, работающий между двумя заданными температурами, имеет максимально возможный КПД по сравнению с любым тепловым двигателем, работающим между этими двумя температурами. Более того, все двигатели, в которых используются только обратимые процессы, имеют одинаковую максимальную эффективность при работе между одними и теми же заданными температурами.

КПД

Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов. Напомним, что и изотермические, и адиабатические процессы в принципе обратимы.

PV-диаграмма для цикла Карно : PV-диаграмма для цикла Карно, использующая только обратимые изотермические и адиабатические процессы. Передача тепла Qh в рабочее тело происходит на изотермическом пути AB, который происходит при постоянной температуре Th. Теплоотдача Qc происходит из рабочего тела на изотермическом пути CD, который происходит при постоянной температуре Tc.Выход сети W равен площади внутри пути ABCDA. Также показана схема двигателя Карно, работающего между горячим и холодным резервуарами при температурах Th и Tc.

Карно также определил эффективность идеального теплового двигателя, то есть двигателя Карно. Всегда верно, что эффективность циклической тепловой машины определяется следующим образом: [latex] \ text {Eff} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c }} {\ text {Q} _ \ text {h}} = 1- \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex] .

Карно обнаружил, что для идеального теплового двигателя отношение Q c / Q h равно отношению абсолютных температур тепловых резервуаров.То есть Q c / Q h = T c / T h для двигателя Карно, так что максимальная эффективность Карно Eff C определяется как [латекс] \ text {Eff } _ \ text {c} = 1- \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text {T} _ \ text {h}} [/ latex], где T h и T c в кельвинах. (Вывод формулы немного выходит за рамки этого атома.) Никакая настоящая тепловая машина не может работать так же хорошо, как КПД Карно — фактический КПД около 0,7 от этого максимума обычно является лучшим, что может быть достигнуто.

Тепловые насосы и холодильники

Тепловой насос — это устройство, которое передает тепловую энергию от источника тепла к радиатору против перепада температур.

Цели обучения

Объясните, как компоненты теплового насоса вызывают передачу тепла от холодного резервуара к горячему резервуару

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Тепловой насос предназначен для передачи тепла Qh в теплую среду, например в дом зимой.
  • Назначение кондиционеров и холодильников заключается в том, чтобы передача тепла Qc происходила из прохладной окружающей среды, такой как охлаждение комнаты или хранение продуктов при более низких температурах, чем температура окружающей среды.
  • Тепловой насос можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения помещения. По сути, это кондиционер и обогреватель в одном устройстве. Это стало возможным за счет изменения направления потока хладагента и изменения направления полезной теплопередачи.
Ключевые термины
  • CFC : органическое соединение, которое обычно использовалось в качестве хладагента.Больше не используется из-за разрушения озонового слоя.

Тепловые насосы, кондиционеры и холодильники используют передачу тепла от холода к горячему. Передача тепла (Q c ) происходит из холодного резервуара в горячий. Для этого требуется рабочая мощность W, которая также преобразуется в теплопередачу. Таким образом, теплопередача к горячему резервуару составляет Q ч = Q c + W. Задача теплового насоса заключается в передаче тепла Q h в теплую среду, например в дом зимой.Задача кондиционеров и холодильников заключается в том, чтобы передача тепла Q c происходила из прохладной окружающей среды, такой как охлаждение комнаты или хранение продуктов при более низких температурах, чем температура окружающей среды. На самом деле тепловой насос можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения помещения. По сути, это кондиционер и обогреватель в одном устройстве. В этом разделе мы сконцентрируемся на режиме нагрева.

Тепловые насосы

В основном тепловом насосе используется рабочая жидкость, например хладагент, не содержащий CFC.Основными компонентами теплового насоса являются конденсатор, расширительный клапан, испаритель и компрессор. В наружных змеевиках (испарителе) теплоотдача Q c происходит к рабочему телу от холодного наружного воздуха, превращая его в газ. Компрессор с электрическим приводом (рабочая мощность W) повышает температуру и давление газа и нагнетает его в змеевики конденсатора, которые находятся внутри отапливаемого пространства. Поскольку температура газа выше, чем температура внутри комнаты, происходит передача тепла в комнату, и газ конденсируется в жидкость.Затем жидкость течет обратно через редукционный клапан к змеевикам испарителя наружного блока, охлаждаясь за счет расширения. (В цикле охлаждения змеевики испарителя и конденсатора меняются ролями, и направление потока жидкости меняется на противоположное.)

Простой тепловой насос : Простой тепловой насос состоит из четырех основных компонентов: (1) конденсатор, (2) расширительный клапан, (3) испаритель и (4) компрессор.

Коэффициент полезного действия

О качестве теплового насоса судят по тому, сколько тепла Q h происходит в теплом помещении, по сравнению с тем, сколько работы W требуется.Мы определяем КПД теплового насоса (COP л.с. ) равным

.

[латекс] \ text {COP} _ {\ text {hp}} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h}} {\ text {W}} [/ latex].

Поскольку КПД теплового двигателя составляет Eff = W / Q h , мы видим, что COP л.с. = 1/ Eff . Поскольку КПД любого теплового двигателя меньше 1, это означает, что коэффициент полезного действия л.с. всегда больше 1, то есть тепловой насос всегда имеет большую теплопередачу Q ч , чем вложенная в него работа.Еще один интересный момент заключается в том, что тепловые насосы лучше всего работают при небольших перепадах температур. КПД идеального двигателя (или двигателя Карно) составляет

.

[латекс] \ text {Eff} _ \ text {C} = 1 \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text {T} _ \ text {h}} [/ latex];

таким образом, чем меньше перепад температур, тем меньше КПД и тем больше КПД л.с. .

Кондиционеры и холодильники

Кондиционеры и холодильники предназначены для охлаждения чего-либо в теплой среде.Как и в случае с тепловыми насосами, для передачи тепла от холодного к горячему требуется дополнительная работа. О качестве кондиционеров и холодильников судят по тому, сколько тепла Q c происходит из холодной окружающей среды, по сравнению с тем, сколько работы W требуется. То, что считается преимуществом теплового насоса, в холодильнике считается отработанным теплом. Таким образом, мы определяем коэффициент полезного действия (COP ref ) кондиционера или холодильника как

.

[латекс] \ text {COP} _ {\ text {ref}} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {W}} [/ latex].

Поскольку Q h = Q c + W и COP л.с. = Q h / W, получаем, что

[латекс] \ text {COP} _ {\ text {ref}} = \ text {COP} _ {\ text {hp}} -1 [/ латекс].

Кроме того, из Q h > Q c мы видим, что кондиционер будет иметь более низкий коэффициент полезного действия, чем тепловой насос.

Разница между горячими и холодными молекулами

Обновлено 30 марта 2020 г.

Кевин Бек

Обзор: Лана Бандойм, Б.S.

Каждый имеет представление о разнице между «горячим» и «холодным», по крайней мере, в относительной шкале, такой как температура. Если вы поместите литр воды, стоявшей на прилавке комнатной температуры, в нормально работающий холодильник, он станет холоднее. Если вы вместо этого поместите его в микроволновую печь с высокой температурой на три минуты, она станет теплее.

Поскольку «горячие» и «холодные» являются субъективными терминами и могут означать разные вещи для разных людей в разное время, ученым и другим лицам необходима объективная шкала, чтобы точно описать «жаркость» и «холод» в числовой шкале.Эта шкала — это, конечно, температура, наиболее распространенными единицами измерения которой в мире являются кельвин (K), градусы Цельсия (° C) и градусы Фаренгейта (° F).

Температура , в свою очередь, не является мерой «тепла», которое имеет единицы энергии и является передаваемой величиной в физической науке. Температура — это мера средней кинетической энергии молекул в веществе; движение этих молекул генерирует тепло. Если вы все еще в замешательстве, не беспокойтесь. Ты только разогреваешься!

Что такое тепло и откуда оно берется?

Тепло можно представить как общее количество энергии, возникающее в результате молекулярного движения вещества.Тепло можно представить как «текущее» из мест, где его много, в места, где его относительно мало, точно так же, как вода течет вниз под действием силы тяжести, а молекулы имеют тенденцию перемещаться из областей с более высокой концентрацией (плотностью частиц) в области более низкой концентрации.

Теплота обычно выражается в джоулях (Дж), единицах измерения энергии в международной системе СИ. Это равно 4,18 калории, (кал), количеству тепла, необходимому для повышения температуры 1 грамма (1 г) воды (H 2 O) на 1 градус Цельсия (° C).(«Калорийность» на этикетках продуктов питания на самом деле равна килокалории (ккал), или 1000 кал.

Нагревание вещества заставляет частицы в нем ускоряться; охлаждающее вещество заставляет частицы замедляться. В конце концов, это приводит не только к увеличению (или меньше) тепла и более высоких (или более низких) температур, но фазовые изменения, о которых вы вскоре прочитаете.

Определения движения частиц

Температура не ниже 0 K, что соответствует температуре, известной как абсолютный ноль.Отрицательные значения невозможны, потому что молекулы и атомы не могут иметь «отрицательного движения». Они могут просто полностью перестать вибрировать и, как следствие, не выделять тепло.

Средняя кинетическая энергия молекул в образце, твердом, жидком или газообразном, используется для определения температуры, поскольку это значение стабильно при данной температуре.

Индивидуальное значение кинетической энергии данной молекулы будет меняться со временем, особенно при высоких температурах. Поскольку обычно оцениваются миллионы частиц, среднее значение этих значений энергии остается неизменным, если условия эксперимента не нарушаются (т.е., для газа, давления, объема и количества частиц в пробе).

Состояния вещества, тепла и температуры

Состояния или фазы вещества соответствуют кинетической энергии молекул в веществе.

Материя в твердом состоянии имеет «более холодные молекулы», чем то же самое вещество, нагретое достаточно, чтобы расплавить его или сделать его жидким. (Жидкость становится твердой из-за того, что она остывает и теряет тепло, это называется замерзанием.) Жидкость принимает форму своего сосуда, сохраняя при этом свой объем, поэтому молекулы могут скользить мимо друг друга, но очень немногие из них могут «уйти» в окружающую атмосферу.

Материя в газообразном состоянии или газообразном состоянии имеет наивысшую кинетическую энергию и самые «горячие» частицы в фазах своего существования. Отдельные частицы не являются смежными, а вместо этого могут отскакивать друг от друга и от стенок контейнера, который легко заполняется газом, при этом его частицы равномерно распределены по контейнеру, но все еще находятся в движении.

Может ли холодный предмет согреть горячий предмет? — Что с этим делать?

Гостевой пост Уиллиса Эшенбаха

Короткий ответ? Конечно, нет, это нарушило бы второй закон термодинамики … НО это может сделать горячий объект более теплым, чем если бы холодного объекта там не было. Позвольте мне объяснить, почему это так.

Позвольте мне начать с представления идей отдельных потоков и чистых потоков. Предположим, я должен вам двадцать пять долларов. Я сталкиваюсь с тобой, но все, что у меня есть, это стодолларовая купюра.Вы говорите, что нет проблем, у вас семьдесят пять наличными. Я даю вам сотню, вы даете мне семьдесят пять, и долг выплачивается.

Итак, есть два равнозначных способа описать эту транзакцию. Один способ смотрит на оба отдельных потока, а другой — просто на чистый поток. Вот они:

Рисунок 1. Чистые потоки и отдельные потоки. Индивидуальные потоки идут от меня к вам, 100 долларов, и от вас ко мне, 75 долларов. Чистый поток от меня к вам, 25 долларов.

При чем здесь холодные и теплые предметы? Он указывает на очень важное различие между отдельными потоками энергии и чистым потоком энергии, и это относится к определению тепла.

Глядя на рисунок 1, вместо того, чтобы обмениваться долларами, представьте его как два тела, обменивающихся энергией посредством излучения. Это то, что все время происходит в окружающем нас мире. Каждый твердый объект испускает собственный индивидуальный поток теплового излучения, как в верхней половине рисунка 1.Мы постоянно излучаем энергию, которая затем поглощается всем вокруг нас, и, в свою очередь, мы постоянно поглощаем энергию, которая излучается отдельными объектами вокруг нас.

С другой стороны,

«Тепло» — это , а не эти отдельные потоки энергии. Тепло — это чистый поток энергии , как показано в нижней половине рисунка 1. В частности, тепловой поток — это чистый поток энергии, который возникает самопроизвольно в результате разницы температур.

Второй закон термодинамики касается только чистых потоков.В нем говорится, что чистый поток тепловой энергии, который мы называем «теплом», без исключения каждый раз без исключения переходит из горячего в холодное. Однако Второй Закон ничего не говорит об отдельных потоках энергии, а только о чистом потоке. Тепло не может переходить от холода к горячему, но излучаемая энергия — абсолютно.

Когда объект испускает излучение, это излучение продолжается до тех пор, пока не попадает в то, что его поглощает, после чего оно преобразуется в тепловую энергию. Отдельные температуры излучающих и поглощающих объектов не имеют значения, потому что это отдельные потоки энергии, а не чистый поток энергии, называемый «теплом».Так что нарушения Второго Закона нет.

Вот то, что держит все в равновесии. Если я вижу вас, вы можете видеть меня, поэтому нет односторонних потоков энергии.

Это означает, что если я поглощаю излучение от вас, значит, вы поглощаете излучение от меня. Если ты теплее меня, то чистый поток энергии всегда будет от тебя ко мне. Но это ничего не говорит об отдельных потоках энергии. Эти отдельные потоки связаны только с температурой излучающего объекта.

Итак, как рассчитать этот чистый поток энергии, который мы называем «теплом»? Простой. Прибыль минус убытки. Энергия сохраняется, что означает, что мы можем складывать и вычитать потоки энергии точно так же, как мы можем складывать и вычитать потоки долларов. Итак, чтобы вычислить чистый поток энергии, он такой же, как на рисунке 1. Это больший поток минус меньший поток.

Итак, в качестве пролога, позвольте мне вернуться к вопросу о тепловом излучении. Может ли холодный предмет оставить теплый предмет более теплым, чем без холодного предмета?

Хотя обычно ответ отрицательный, он может сделать это в особом случае, когда холодный объект скрывает от глаз еще более холодный объект.

Например, если человек проходит между вами и небольшим костром, он скрывает от вас огонь. Как только огонь скрыт, вы сразу почувствуете потерю излучаемой энергии. В этот момент вы больше не поглощаете излучаемую энергию огня. Вместо этого вы поглощаете излучаемую энергию человека между вами и огнем.

То же самое может случиться и с холодным предметом. Если между вами и куском льда есть деревянный брусок, если вы удалите его, вам станет холоднее, потому что вы будете поглощать меньше излучения от льда, чем от дерева.У вас больше нет дерева, чтобы защитить вас ото льда.

Почему все это так важно? Позвольте мне предложить еще один рисунок, который показывает простой глобальный энергетический бюджет.

Рис. 2. Существенно упрощенный глобальный энергетический бюджет по образцу бюджета Киля / Тренберта. В отличие от бюджета Киля / Тренберта, этот баланс сбалансирован с одинаковым количеством энергии, поступающей и покидающей поверхность и каждый из атмосферных слоев. Обратите внимание, что стрелки показывают потоки ЭНЕРГИИ, а не потоки ТЕПЛА.

Эти идеи об отдельных потоках, чистых потоках и защите от излучения важны, потому что люди постоянно повторяют, что холодная атмосфера не может согреть землю… и они правы. Температура и излучение связаны друг с другом уравнением Стефана-Больцмана. Когда мы применяем уравнение S-B к 321 Вт / м2 нисходящего «обратного излучения», показанному на графике выше, оно говорит нам, что эффективный уровень излучения находится где-то около точки замерзания, намного холоднее, чем на поверхности.

НО холодная атмосфера может сделать землю теплее, чем она была бы без атмосферы , потому что она скрывает что-то еще более холодное от поля зрения , космическое микроволновое фоновое излучение, которое составляет всего лишь ничтожные 3 Вт / м2…

И в результате, когда холодная атмосфера защищает нас от почти бесконечного поглотителя тепла космического пространства, Земля оказывается намного теплее, чем была бы без холодной атмосферы.

Подводя итог…

• Тепло не может переходить от холода к горячему, но излучаемая энергия точно может.

• Холодная атмосфера излучает около 300 с лишним Вт / м2 нисходящего излучения, измеренного у поверхности. Эти 300 с лишним Вт / м2 излучаемой энергии оставляют поверхность более теплой, чем это было бы, если бы мы подвергались воздействию 3 Вт / м2 внешнего пространства.

Мои наилучшие пожелания,

Вт.

Мой обычный запрос: Когда вы комментируете, пожалуйста, ЦИТИРУЙТЕ ТОЧНЫЕ СЛОВА, КОТОРЫЕ ВЫ ОБСУЖДАЕТЕ, чтобы мы все могли понять суть ваших возражений.

Моя вторая просьба: Пожалуйста, сохраняйте вежливость.Спекуляции о мотивах и силе черепа другого человека крайне не приветствуются.

Дополнительная литература: В моем сообщении, озаглавленном «Стальная оранжерея», рассматривается, как работает плохо названный «парниковый эффект», на основе принципов, описанных выше.

Math Notes: Здесь есть отличный онлайн-калькулятор для чистого потока энергии между двумя излучающими телами. Он также имеет общее уравнение, используемое калькулятором, а именно:

.

со следующими переменными:

, а Q-точка (левая часть уравнения) — чистый расход.

Теперь, когда первый объект полностью окружен вторым объектом, тогда для области A2 установлено очень большое число (я использовал миллион), а коэффициент обзора F12 установлен на 1. Это состояние земли, полностью окруженной. атмосферой. Для общего случая я установил площадь A1 равной 1 квадратному метру. Наконец, я сделал обычное упрощающее предположение, что тепловая ИК-излучательная способность поверхности и атмосферы равна 1,0. Значения коэффициента излучения в обоих случаях превышают 0,9, поэтому погрешность невелика.4 — это просто излучение Стефана-Больцмана для данной температуры. Вот почему в приведенном выше бюджете энергии мы можем просто складывать и вычитать потоки энергии, чтобы составить бюджет и проверить, сбалансирован ли он.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Тепло переходит от горячего к холодному

Тепло переходит от горячего к холодному
Далее: Тепло не может быть полностью Up: 2-й закон термодинамики Предыдущая: 2-й закон термодинамики


Тепло переходит от горячего к холодному Первое утверждение 2-го закона термодинамики — тепловые потоки самопроизвольно из горячего тела в холодное — говорит нам, что кубик льда в жаркий день должен таять, а не становиться холоднее.

Объяснение этой формы 2-го закона можно получить из Ньютона. законы и наши микроскопическое описание природы температуры. Мы уже видели, что поток тепла через проводимость происходит, когда быстрые (горячие) атомы сталкиваются с медленными (охлаждают) атомы, передавая при этом часть своей кинетической энергии. Можно задаться вопросом, почему быстрые атомы не сталкиваются с холодными? и впоследствии ускоряться, тем самым получая кинетическую энергию по мере того, как теряют кинетическую энергию — это связано с самопроизвольным передача тепла от холодного объекта к горячему с нарушением 2-й закон.Ответ заключается в сохранении энергии и импульса в столкновение — используя эти два принципа, можно показать, что при столкновении между двумя объектами, что сохраняет энергию (называется упругим столкновением более быстрый объект замедляется, а более медленный объект ускоряется.

Важно подчеркнуть, что это положение 2-го закона применяется к самопроизвольный поток тепла от горячего к холодному. Возможно, конечно, сделать прохладный предмет в теплом месте более прохладным — это то, что делает холодильник — но это включает в себя ввод некоторых внешних энергия.Таким образом, в этом случае поток тепла не является спонтанным. Общий способ, которым это работает, изображен ниже.

Рисунок 8.6: Стандартный тепловой насос

Полезная аналогия в этом отношении — подумать о тепле, исходящем от горячего к холодным объектам как бегущим « под гору », что естественно делать в механике Ньютона. Можно заставить предметы подниматься в гору, но только выполняя над ними внешнюю работу. Это движение тепла из холодного резервуара в теплый через некоторая внешняя работа лежит в основе следующих трех устройств.

  • В холодильнике охлаждающий резервуар находится внутри холодильник, а теплый резервуар — это само помещение. Из этого, видно, что оставить дверцу холодильника открытой не круто из комнаты, в которой он находится.
  • В кондиционере охлаждающий резервуар находится внутри дом, а снаружи — теплый резервуар. Это используется для охладите дом летом.
  • В тепловом насосе охлаждающий резервуар находится снаружи дома, а теплый резервуар — внутри.Этим можно утеплить дом зимой. Таким образом, тепловой насос — это полная противоположность воздушному насосу. кондиционер, и некоторые тепловые насосы имеют переключатель, который позволяет им летом работать как кондиционер.
В практичном холодильном цикле используется специальная жидкость, которая при давление снижается, испаряется, превращаясь в газ. Такой цикл показано ниже.
Рисунок 8.7: Холодильный цикл

В этом цикле жидкость поступает в холодильник в области низкого давления, где он испаряется, превращаясь в газ, поглощая при этом тепло.Этот затем газ проходит через насос в область высокого давления, где он конденсируется, превращаясь в жидкость, выделяя тепло.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *