Главная » 2015 » Апрель » 25 » Основные сведения о внутренней энергии и теплоте.
19:55
Основные сведения о внутренней энергии и теплоте.
Основные сведения о внутренней энергии и теплоте
Энергия — мера способности тела или системы совершать работу; это общая количественная мера различных форм движения материи. Соответственно различие отдельных видов энергии (механической, химической, электромагнитной, гравитационной, ядерной и т.д.) обусловлено конкретными формами движения материи. Вследствие того, что по закону сохранения энергии все явления природы связаны воедино и любое изменение энергии свидетельствует только о ее превращении, меру этого превращения оценивают работой, Дж, совершаемой в единицу времени, т.е. мощностью. Мощность измеряется в ваттах (Вт); 1 Вт = 1 Дж/с. Каждое вещество в любом из состояний рассматривают как термодинамическую систему, которая обладает запасом энергии, всегда присутствующей в веществе в скрытом виде. Она называется внутренней энергией системы (U) и представляет собой сумму кинетической энергии движения частиц вещества и их потенциальной энергии, обусловленной электростатическими силами притяжения и отталкивания между частицами и внутри них. Любые превращения вещества приводят к изменению внутренней энергии, определяемой разностью внутренних энергий вещества конечного и начального состояний: AU= UK0UC4U - UHa4. По определению теплота Q, подводимая к системе, расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение работы, т.е. Q = AU + А. Таким образом, передача энергии системе или от системы может происходить только в форме теплоты и работы. Процесс передачи энергии в форме теплоты называют теплообменом. Внутренняя энергия выражается в тех же единицах, что и работа, т.е. в джоулях: 1 Дж = импульс СИЛЫ X метр = 1 Н'М. Для связи с другими, в том числе тепловыми, параметрами используют соотношения между джоулем и допускаемыми внесистемными единицами: 1 Дж = 107 эрг = 0,102 кгс • м = 0,239 кал. Теплота — внутренняя энергия, которая самопроизвольно (без внешнего воздействия) переходит от тел более нагретых к телам менее нагретым путем теплопроводности или лучеиспускания. Теплота — энергетическая характеристика процесса теплообмена, определяется количеством энергии, которое получает или отдает тело при теплообмене. Теплота измеряется в тех же единицах, что работа и энергия. Для практических целей используются кратные единицы количества теплоты: 1 килоджоуль (кДж) = 103 Дж; 1 мегаджоуль (МДж) = 106 Дж; 1 гигаджоуль (ГДж) = 109 Дж. Соотношение между внесистемной единицей — калорией — и джоулем: 1 кал = 4,19 Дж; 1 ккал = 4,19 кДж. Теплоемкость — это термодинамический параметр процесса, определяющий интенсивность повышения (понижения) температуры вещества при подводе (отводе) теплоты. Теплоемкость тела равна количеству теплоты, необходимому для повышения температуры тела на 1 К, или 1 °С. Удельная теплоемкость с равна количеству теплоты, необходимому для нагревания единицы массы вещества на 1 К, или 1 °С, т.е. удельная теплоемкость с измеряется в кДжДкг'К), или кДжДкг • °С) (численно эти величины равны). Для газообразных веществ удельную теплоемкость вычисляют для единицы объема, сг, кДж/(м3 • °С). В практических расчетах количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела массой т от температуры /, до температуры t2, рассчитывают по формуле Q = cm(t2 - tx). Удельная теплоемкость некоторых веществ в сравнении с теплоемкостью воды, кДж/(кг-°С): Чугун, сталь 0,470 Медь и ее сплавы 0,372 Шлаковая вата 0,764 Красный кирпич 0,882 Вода 4,190 Энтальпия является однозначной функцией состояния, характеризует энергетическое состояние вещества, его теплосодержание. Методов, позволяющих определять абсолютные значения энтальпии, в настоящее время не существует. Для характеристики процесса используют величины изменения энтальпии тела АН в результате конкретного процесса, численно равное энергии At/, связанной с данным состоянием тела. Для процессов, проводимых при постоянном давлении в открытых сосудах, когда внутреннее давление системы совпадает с внешним (атмосферным) АН = Q, т.е. изменение энтальпии системы равно количеству теплоты, поглощаемой системой. Так, например, для газообразного вещества при температуре tT, °С, и постоянном давлении газа р, Па, Q = АН = НТ - #исх, т.е. Q = Нт, так как значения энтальпии //[|сх исходных веществ при давлении 1 атм, или 0,1 МПа, и температуре О °С приняты равными нулю. Тогда, зная удельную теплоемкость газообразного вещества при постоянном давлении сг, кДж/(м3-°С), и перепад температур AtT, °С, в интервале после и до нагрева, по¬лучим значение энтальпии газообразного вещества, кДж/м3: где 4,19 — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг-°С), а энтальпия сухого насыщенного пара при атмосферном давлении где г = 2 258 кДж/кг — скрытая теплота парообразования воды при атмосферном давлении.
