Avui intentarem trobar la resposta a la pregunta "La transferència de calor és?…". En l'article, considerarem quin és el procés, quins tipus n'hi ha a la natura i també esbrinarem quina és la relació entre la transferència de calor i la termodinàmica.
Definició
La transferència de calor és un procés físic, l'essència del qual és la transferència d'energia tèrmica. L'intercanvi té lloc entre dos cossos o el seu sistema. En aquest cas, un requisit previ serà la transferència de calor dels cossos més escalfats a altres menys escalfats.
Funcions del procés
La transferència de calor és el mateix tipus de fenomen que es pot produir tant amb contacte directe com amb envans de separació. En el primer cas, tot està clar; en el segon, els cossos, els materials i els mitjans es poden utilitzar com a barreres. La transferència de calor es produirà en els casos en què un sistema format per dos o més cossos no es trobi en un estat d'equilibri tèrmic. És a dir, un dels objectes té una temperatura més alta o més baixa en comparació amb l' altre. Aquí és on es produeix la transferència d'energia tèrmica. És lògic suposar que s'acabarà quanquan el sistema arriba a un estat d'equilibri termodinàmic o tèrmic. El procés es produeix espontàniament, tal com ens pot dir la segona llei de la termodinàmica.
Vistes
La transferència de calor és un procés que es pot dividir en tres maneres. Tindran un caràcter bàsic, ja que dins d'elles es poden distingir subcategories reals, amb trets característics propis juntament amb patrons generals. Fins ara, s'acostuma a distingir tres tipus de transferència de calor. Aquests són la conducció, la convecció i la radiació. Comencem pel primer, potser.
Mètodes de transferència de calor. Conductivitat tèrmica
Aquest és el nom de la propietat d'un cos material per dur a terme la transferència d'energia. Al mateix temps, es trasllada de la part més calenta a la més freda. Aquest fenomen es basa en el principi del moviment caòtic de les molècules. Aquest és l'anomenat moviment brownià. Com més alta és la temperatura del cos, més activament es mouen les molècules, ja que tenen més energia cinètica. Els electrons, les molècules i els àtoms participen en el procés de conducció de calor. Es porta a terme en cossos, les diferents parts dels quals tenen temperatures diferents.
Si una substància és capaç de conduir la calor, podem parlar de la presència d'una característica quantitativa. En aquest cas, el seu paper el juga el coeficient de conductivitat tèrmica. Aquesta característica mostra quanta calor passarà a través d'indicadors unitaris de longitud i àrea per unitat de temps. En aquest cas, la temperatura corporal canviarà exactament 1 K.
Anteriorment es creia que hi havia l'intercanvi de calordiversos cossos (inclosa la transferència de calor de les estructures tancades) es deu al fet que l'anomenat flux calòric d'una part del cos a una altra. Tanmateix, ningú va trobar indicis de la seva existència real i, quan la teoria cinètica molecular es va desenvolupar fins a un cert nivell, tothom es va oblidar de pensar en la calòrica, ja que la hipòtesi va resultar insostenible.
Convecció. Transferència de calor de l'aigua
Aquest mètode d'intercanvi d'energia tèrmica s'entén com a transferència per mitjà de fluxos interns. Imaginem un bullidor d'aigua. Com ja sabeu, els corrents d'aire més calents pugen al cim. I els freds i més pesats s'enfonsen. Aleshores, per què l'aigua hauria de ser diferent? Amb ella passa exactament el mateix. I en el procés d'aquest cicle, totes les capes d'aigua, per moltes que n'hi hagi, s'escalfaran fins que es produeixi un estat d'equilibri tèrmic. En determinades condicions, és clar.
Radiació
Aquest mètode es basa en el principi de la radiació electromagnètica. Prové de l'energia interna. No entrarem gaire en la teoria de la radiació tèrmica, simplement notarem que la raó aquí rau en la disposició de partícules, àtoms i molècules carregades.
Problemes simples de conducció de calor
Ara parlem de com es veu a la pràctica el càlcul de la transferència de calor. Anem a resoldre un problema senzill relacionat amb la quantitat de calor. Suposem que tenim una massa d'aigua igual a mig quilogram. Temperatura inicial de l'aigua - 0 grausCelsius, final - 100. Trobem la quantitat de calor que gastem per escalfar aquesta massa de matèria.
Per a això necessitem la fórmula Q=cm(t2-t1), on Q és la quantitat de calor, c és la capacitat calorífica específica de l'aigua, m és la massa de la substància, t1 és la temperatura inicial, t2 és la temperatura final. Per a l'aigua, el valor de c és tabular. La capacitat calorífica específica serà igual a 4200 J / kgC. Ara substituïm aquests valors a la fórmula. Obtenim que la quantitat de calor serà igual a 210.000 J, o 210 kJ.
La primera llei de la termodinàmica
La termodinàmica i la transferència de calor estan interconnectades per algunes lleis. Es basen en el coneixement que els canvis en l'energia interna dins d'un sistema es poden aconseguir de dues maneres. El primer és el treball mecànic. El segon és la comunicació d'una certa quantitat de calor. Per cert, la primera llei de la termodinàmica es basa en aquest principi. Heus aquí la seva formulació: si s'imparteix una certa quantitat de calor al sistema, es destinarà a treballar en cossos externs o a augmentar la seva energia interna. Notació matemàtica: dQ=dU + dA.
Pros o contres?
Absolutament totes les magnituds que s'inclouen en la notació matemàtica de la primera llei de la termodinàmica es poden escriure tant amb el signe “més” com amb el signe “menys”. A més, la seva elecció vindrà dictada per les condicions del procés. Suposem que el sistema rep una certa quantitat de calor. En aquest cas, els cossos s'escalfen. Per tant, hi ha una expansió del gas, el que significa ques'està treballant. Com a resultat, els valors seran positius. Si s'elimina la quantitat de calor, el gas es refreda i s'hi treballa. Els valors s'invertiran.
Formulació alternativa de la primera llei de la termodinàmica
Suposem que tenim algun motor intermitent. En ell, el cos de treball (o sistema) realitza un procés circular. Normalment s'anomena cicle. Com a resultat, el sistema tornarà al seu estat original. Seria lògic suposar que en aquest cas el canvi d'energia interna serà igual a zero. Resulta que la quantitat de calor serà igual al treball realitzat. Aquestes disposicions ens permeten formular la primera llei de la termodinàmica d'una manera diferent.
A partir d'això podem entendre que una màquina de moviment perpetu del primer tipus no pot existir a la natura. És a dir, un dispositiu que sí que funciona en major quantitat en comparació amb l'energia que rep de l'exterior. En aquest cas, les accions s'han de realitzar periòdicament.
Primera llei de la termodinàmica per als isoprocessos
Comencem amb el procés isocòric. Manté el volum constant. Això vol dir que el canvi de volum serà zero. Per tant, el treball també serà igual a zero. Descartem aquest terme de la primera llei de la termodinàmica, després del qual obtenim la fórmula dQ=dU. Això vol dir que en un procés isocòric, tota la calor subministrada al sistema va a augmentar l'energia interna del gas o la mescla.
Ara parlem del procés isobàric. La pressió es manté constant. En aquest cas, l'energia interna canviarà paral·lelament al treball. Aquí teniu la fórmula original: dQ=dU + pdV. Podem calcular fàcilment la feina feta. Serà igual a l'expressió uR(T2-T1). Per cert, aquest és el significat físic de la constant de gas universal. En presència d'un mol de gas i una diferència de temperatura d'un Kelvin, la constant universal del gas serà igual al treball realitzat en un procés isobàric.
