Hôm nay chúng ta sẽ cố gắng tìm câu trả lời cho câu hỏi “Truyền nhiệt là gì?..”. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét quá trình này là gì, những dạng nào của nó tồn tại trong tự nhiên, đồng thời tìm hiểu mối quan hệ giữa truyền nhiệt và nhiệt động lực học là gì.
Định nghĩa
Truyền nhiệt là một quá trình vật lý, bản chất của nó là sự truyền nhiệt năng. Sự trao đổi diễn ra giữa hai cơ thể hoặc hệ thống của chúng. Trong trường hợp này, điều kiện tiên quyết sẽ là sự truyền nhiệt từ những vật được làm nóng nhiều hơn sang những vật được làm nóng ít hơn.
Tính năng của Quy trình
Truyền nhiệt là cùng một loại hiện tượng có thể xảy ra cả khi tiếp xúc trực tiếp và với các vách ngăn ngăn cách. Trong trường hợp đầu tiên, mọi thứ đều rõ ràng; trong trường hợp thứ hai, cơ thể, vật liệu và phương tiện có thể được sử dụng làm rào cản. Sự truyền nhiệt sẽ xảy ra trong trường hợp hệ gồm hai hay nhiều vật không ở trạng thái cân bằng nhiệt. Tức là một trong những vật có nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn so với vật kia. Đây là nơi diễn ra quá trình truyền nhiệt năng. Thật hợp lý khi giả định rằng nó sẽ kết thúc khikhi hệ đạt trạng thái cân bằng nhiệt động hoặc nhiệt động. Quá trình xảy ra một cách tự nhiên, như định luật thứ hai của nhiệt động lực học có thể cho chúng ta biết.
Lượt xem
Truyền nhiệt là một quá trình có thể được chia thành ba cách. Chúng sẽ có bản chất cơ bản, vì bên trong chúng có thể phân biệt được các danh mục con thực sự, có các tính năng đặc trưng riêng cùng với các mẫu chung. Cho đến nay, người ta thường phân biệt ba loại truyền nhiệt. Đây là sự dẫn truyền, đối lưu và bức xạ. Hãy bắt đầu với cái đầu tiên, có lẽ.
Phương pháp truyền nhiệt. Độ dẫn nhiệt
Đây là tên thuộc tính của cơ thể vật chất để thực hiện việc truyền năng lượng. Đồng thời, nó được chuyển từ phần nóng hơn sang phần lạnh hơn. Hiện tượng này dựa trên nguyên lý chuyển động hỗn loạn của các phân tử. Đây được gọi là chuyển động Brown. Nhiệt độ của cơ thể càng cao, các phân tử chuyển động trong đó càng tích cực vì chúng có nhiều động năng hơn. Electron, phân tử, nguyên tử tham gia vào quá trình dẫn nhiệt. Nó được thực hiện trong các cơ thể, các bộ phận khác nhau có nhiệt độ khác nhau.
Nếu một chất có khả năng dẫn nhiệt, chúng ta có thể nói về sự hiện diện của một đặc tính định lượng. Trong trường hợp này, vai trò của nó được thực hiện bởi hệ số dẫn nhiệt. Đặc tính này cho thấy lượng nhiệt sẽ truyền qua các chỉ số đơn vị là chiều dài và diện tích trên một đơn vị thời gian. Trong trường hợp này, nhiệt độ cơ thể sẽ thay đổi chính xác 1 K.
Trước đây người ta tin rằng trao đổi nhiệt trongcác cơ quan khác nhau (bao gồm cả sự truyền nhiệt của các cấu trúc bao quanh) là do thực tế là cái gọi là nhiệt lượng chảy từ phần này sang phần khác của cơ thể. Tuy nhiên, không ai tìm thấy dấu hiệu về sự tồn tại thực sự của nó, và khi lý thuyết động học phân tử phát triển đến một mức nhất định, mọi người đều quên nghĩ về caloric, vì giả thuyết này hóa ra là không thể xác thực được.
Đối lưu. Truyền nhiệt nước
Phương pháp trao đổi nhiệt năng này được hiểu là sự truyền tải bằng các dòng bên trong. Hãy tưởng tượng một ấm nước. Như bạn đã biết, các dòng không khí nóng hơn sẽ tăng lên trên cùng. Và những cái lạnh, nặng hơn chìm xuống. Vì vậy, tại sao nước phải là bất kỳ khác nhau? Nó giống hệt với cô ấy. Và trong quá trình của một chu kỳ như vậy, tất cả các lớp nước, bất kể có bao nhiêu, sẽ nóng lên cho đến khi trạng thái cân bằng nhiệt xảy ra. Tất nhiên, trong những điều kiện nhất định.
Xạ
Phương pháp này dựa trên nguyên lý bức xạ điện từ. Nó đến từ năng lượng bên trong. Chúng ta sẽ không đi sâu vào lý thuyết bức xạ nhiệt nhiều, chúng ta sẽ chỉ lưu ý rằng lý do ở đây nằm ở sự sắp xếp của các hạt, nguyên tử và phân tử mang điện.
Vấn đề dẫn nhiệt đơn giản
Bây giờ hãy nói về cách tính truyền nhiệt trong thực tế. Hãy giải một bài toán đơn giản liên quan đến lượng nhiệt. Giả sử chúng ta có một khối lượng nước bằng nửa kilôgam. Nhiệt độ nước ban đầu - 0 độĐộ C, cuối cùng - 100. Hãy tìm nhiệt lượng mà chúng ta sử dụng để đốt nóng khối vật chất này.
Đối với điều này, chúng ta cần công thức Q=cm (t2-t1), trong đó Q là nhiệt lượng, c là nhiệt dung riêng của nước, m là khối lượng của chất, t1là nhiệt độ ban đầu, t2là nhiệt độ cuối. Đối với nước, giá trị của c là dạng bảng. Nhiệt dung riêng sẽ bằng 4200 J / kgC. Bây giờ chúng ta thay thế các giá trị này vào công thức. Chúng tôi nhận thấy rằng lượng nhiệt sẽ bằng 210000 J, hoặc 210 kJ.
Định luật đầu tiên của nhiệt động lực học
Nhiệt động lực học và truyền nhiệt có mối liên hệ với nhau theo một số định luật. Chúng dựa trên kiến thức rằng những thay đổi về năng lượng bên trong một hệ thống có thể đạt được theo hai cách. Đầu tiên là công việc cơ khí. Thứ hai là sự truyền một lượng nhiệt nhất định. Nhân tiện, định luật đầu tiên của nhiệt động lực học dựa trên nguyên lý này. Đây là công thức của nó: nếu một lượng nhiệt nhất định được truyền vào hệ thống, nó sẽ được sử dụng để thực hiện công việc trên các cơ thể bên ngoài hoặc để tăng năng lượng bên trong của nó. Ký hiệu toán học: dQ=dU + dA.
Ưu hay nhược điểm?
Tất cả các đại lượng có trong ký hiệu toán học của định luật đầu tiên của nhiệt động lực học đều có thể được viết bằng cả dấu “cộng” và dấu “trừ”. Hơn nữa, sự lựa chọn của họ sẽ được quyết định bởi các điều kiện của quá trình. Giả sử rằng hệ thống nhận một lượng nhiệt. Trong trường hợp này, các cơ thể trong đó nóng lên. Do đó, có sự nở ra của chất khí, có nghĩa làcông việc đang được thực hiện. Kết quả là, các giá trị sẽ là số dương. Nếu nhiệt lượng được lấy đi, chất khí sẽ nguội đi và công việc được thực hiện trên nó. Các giá trị sẽ được đảo ngược.
Công thức thay thế của định luật đầu tiên của nhiệt động lực học
Giả sử chúng ta có một số động cơ gián đoạn. Trong đó, cơ quan (hoặc hệ thống) làm việc thực hiện một quá trình vòng tròn. Nó thường được gọi là một chu kỳ. Kết quả là hệ thống sẽ trở lại trạng thái ban đầu. Sẽ là hợp lý khi giả định rằng trong trường hợp này sự thay đổi nội năng sẽ bằng không. Hóa ra nhiệt lượng sẽ bằng công. Những điều khoản này cho phép chúng tôi xây dựng định luật đầu tiên của nhiệt động lực học theo một cách khác.
Từ đó chúng ta có thể hiểu rằng một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn thuộc loại đầu tiên không thể tồn tại trong tự nhiên. Đó là, một thiết bị hoạt động với một lượng lớn hơn so với năng lượng nhận được từ bên ngoài. Trong trường hợp này, các hành động phải được thực hiện định kỳ.
Định luật đầu tiên của nhiệt động lực học cho các quá trình đẳng áp
Hãy bắt đầu với quá trình đẳng tích. Nó giữ cho âm lượng không đổi. Điều này có nghĩa là sự thay đổi về khối lượng sẽ bằng không. Do đó, tác phẩm cũng sẽ bằng không. Chúng ta hãy loại bỏ thuật ngữ này khỏi định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, sau đó chúng ta thu được công thức dQ=dU. Điều này có nghĩa là trong một quá trình đẳng tích, tất cả nhiệt lượng cung cấp cho hệ thống sẽ làm tăng nội năng của khí hoặc hỗn hợp.
Bây giờ chúng ta hãy nói về quá trình đẳng cấp. Áp suất không đổi. Trong trường hợp này, năng lượng bên trong sẽ thay đổi song song với công việc. Đây là công thức ban đầu: dQ=dU + pdV. Chúng ta có thể dễ dàng tính toán công việc đã làm. Nó sẽ bằng biểu thức uR (T2-T1). Nhân tiện, đây là ý nghĩa vật lý của hằng số khí phổ quát. Khi có một mol khí và chênh lệch nhiệt độ là một Kelvin, hằng số khí phổ sẽ bằng công được thực hiện trong một quá trình đẳng áp.
