Тепловые явления

 

  Коэффициент пропорциональности в уравнения называется удельной теплоемкостью вещества:  

Единица удельной теплоемкости —  . Удельная теплоемкость показывает, какое количество теплоты необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1 К.  Удельная теплоемкость вещества не является его однозначной характеристикой. В зависимости от условий, при которых осуществляется теплопередача, а именно от значения работы А, сопровождающей этот процесс, одинаковое количество теплоты, переданное телу, может вызвать различные изменения его внутренней энергии и, следовательно, температуры.

 

В таблицах обычно приводятся данные об удельной теплоемкости вещества при условии  постоянного объема тела, т. е. при  условии равенства нулю работы внешних  сил.

Уравнение теплового баланса.

 При осуществлении процесса теплообмена  между двумя телами в условиях равенства нулю работы внешних сил  и в тепловой изоляции от других тел согласно закону сохранения энергии  алгебраическая сумма изменений  внутренней энергии тел равна  нулю :

Если изменения  внутренней энергии тел происходили  только в результате теплообмена, то на основании первого закона термодинамики  можно записать:   и  . Отсюда   или  

Уравнение называется уравнением теплового баланса.

Удельная теплота парообразования.

 Опыт показывает, что для превращения  жидкости в пар при постоянной температуре необходимо передать ей количество теплоты  , пропорциональное массе m жидкости, превратившейся в пар:

Коэффициент пропорциональности r называется удельной теплотой парообразования. Этот коэффициент выражается в джоулях на килограмм (Дж/кг). Теплота парообразования расходуется на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул вещества и работу при расширении пара.  При конденсации происходит выделение такого же количества теплоты, какое поглощалось при испарении:  

Удельная теплота плавления. 

Плавление любого кристаллического тела происходит при постоянной температуре  при условии передачи телу количества теплоты  , пропорционального массе m тела:

 Коэффициент пропорциональности   называется удельной теплотой плавления. Этот коэффициент выражается в джоулях на килограмм (Дж/кг). Превращение жидкости в кристаллическое тело сопровождается выделением такого же количества теплоты, какое поглощалось при его плавлении:

 

 

Энергия топлива. Удельная теплота сгорания

Удельная теплота сгорания веществ

Удельная теплота сгорания вещества — это физическая величина, которая  показывает какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.

Удельная  теплота сгорания измеряется в Дж/кг или калория/кг. Для экспериментального измерения этой величины используются методы калориметрии. Чем больше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше удельный расход топлива при той же величине коэффициента полезного действия (КПД) двигателя.

Удельная  теплота сгорания веществ, Дж/кг

Порох	3.8·106
Торф	8.1·106, 15·106
Дрова (березовые, сосновые)	10.2·106
Щепа (опил)	9.7·106
Бурый уголь	15·106, 14,7·106
Бытовой газ	13.25·106
Каменный уголь	22·106, 29,3·106
Спирт этиловый	25·106
Метанол	22.7·106
Условное топливо	29.308·106 (7000 ккал/кг)
Древесный уголь	31·106
Метан	50.1·106
Мазут	39.2·106
Дизельное топливо	42.7·106
Нефть	41·106
Бензин	44·106, 42·106
Керосин	40,8·106
Этилен	48.0·106
Пропан	47.54·106
Водород	120.9·106

 

ЭНЕРГИЯ ТОПЛИВА

В природе существует много горючих веществ, которые при сгорании выделяют тепло.  Однако, топливом можно считать лишь те горючие вещества, у которые обладают большой удельной теплотой сгорания, низкой температурой воспламенения. отсутствием вредных продуктов сгорания, широко распространены в природе, просты в добыче и транспортировке. Чем больше выделяется тепла при сгорании топлива, тем лучше. Разные виды топлива одинаковой массы при полном сгорании выделяют разное количество теплоты. Сравнить количества теплоты , выделившиеся при сгорании разных видов топлива можно, 
используя физическую величину - удельную теплоту сгорания.  
Удельная теплота сгорания показывает, какое количество теплоты выделится при полном сгорании  1 килограмма данного топлива.  
Единица измерения удельной теплоты сгорания в системе СИ:  
[q]=1Дж/кг . Расчетная формула для количества теплоты, выделившейся при полном сгорании топлива:

 

где Q - количество выделившейся теплоты  ( Дж ), 
q - удельная теплота сгорания ( Дж/кг ), 
m - масса сгоревшего топлива ( кг )

 

 

 

 

Закон сохранения и превращение энергии в механических и  тепловых процессах

Действие сил трения ведет к уменьшению механической энергии. Действительно, после выключения двигателя автомобиль постепенно теряет кинетическую энергию и останавливается; скатившись с горы, санки постепенно теряют скорость и т. д. Нетрудно сообразить, что бесследное исчезновение энергии в такого рода, случаях является лишь кажущимся. Подробные исследования показали, что при этом всегда происходит выделение некоторого количества теплоты, т. е. нагревание трущихся тел, а это означает увеличение их внутренней энергии. Таким образом, при трении и вообще при любом сопротивлении движению происходит превращение механической энергии во внутреннюю энергию.

Опыты Джоуля доказали, что А и Q при этом прямо пропорциональны друг другу, а если их измерять в одинаковых единицах (в джоулях), то и равны, друг другу. Следовательно, уменьшение механической энергии тел при действии сил трения в точности равно увеличению внутренней энергии всех тел, участвующих в таком процессе.

Это означает, что Сумма механической и внутренней энергии всех тел, составляющих замкнутую систему, есть величина постоянная. Иначе говоря, суммарное изменение механической и внутренней энергии всех тел замкнутой системы в любом процессе, найденное по выполненной работе и переданной теплоте, равно нулю.

Изучение явлений природы показало, что изменение энергии тела происходит только при выполнении работы и при  теплообмене.

Следовательно, работа и количество теплоты — единственно возможные  формы обмена энергией между телами. Таким образом, переданное телу количество теплоты Q и выполненная этим телом работа А Над другими телами однозначно определяют изменение; его внутренней энергии в любом процессе.

Немецкий врач Р. Майер  в 1642 г. обратил внимание на взаимную превращаемость всех форм движения материи друг в друга и пытался распространить принцип сохранения энергии на все явления природы. Однако научно обосновал этот принцип в 1847 г. немецкий ученый Г, Гельмгольц.

Закон: Энергия замкнутой системы никогда не исчезает и не создается из ничего. При всех явлениях внутри системы она только превращается из одного вида в другой или передается от одного тела к другому, не изменяясь количественно.

 

Открытию этого закона способствовала идея создания вечного  двигателя — «перпетуум мобиле» (в переводе с латинского — «вечное движение»). Такую машину, которая работала бы по замкнутому циклу и за один цикл отдавала бы окружающим телам больше энергии, чем получала от них, называют вечным двигателем первого рода. Подобная машина являлась бы неисчерпаемым источником энергии и могла бы работать неопределенно долгое время.

Постоянные неудачи «изобретателей»  такой машины убедили ученых в  том, что принцип ее действия противоречит законам природы, точнее говоря, закону сохранения энергии. Поэтому закон  сохранения и превращения энергии  можно выражать так: Вечный двигатель первого рода невозможен.

Закон сохранения энергии является всеобщим законом природы, на котором  базируется всё современное естествознание. С его помощью проверяются: новые  теории и оцениваются результаты новых экспериментов. Нарушение  этого закона в каких-либо явлениях природы привело бы к полной перестройке  всех естественных наук и к изменению  нашего миропонимания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

http://sintezgaz.org.ua/1_articles/11/udelnaya-teplota-sgoraniya-veshchestv

http://physics.kgsu.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=162#q2

http://class-fizika.narod.ru/8_4.htm

учебник по физике 8 класс, А. В. Перышкин , издание-Дрофа, 2010г. Глава Тепловые явления