Leo tutajaribu kupata jibu la swali "Uhamisho wa joto ni?..". Katika makala hiyo, tutazingatia mchakato ni nini, ni aina gani zilizopo katika asili, na pia kujua ni uhusiano gani kati ya uhamisho wa joto na thermodynamics.
Ufafanuzi
Uhamisho wa joto ni mchakato halisi, ambao kiini chake ni uhamishaji wa nishati ya joto. Kubadilishana hufanyika kati ya miili miwili au mfumo wao. Katika hali hii, sharti itakuwa uhamishaji wa joto kutoka kwa miili yenye joto zaidi hadi yenye joto kidogo.
Vipengele vya Mchakato
Uhamisho wa joto ni aina sawa ya matukio ambayo yanaweza kutokea kwa mguso wa moja kwa moja na kwa sehemu zinazotenganisha. Katika kesi ya kwanza, kila kitu ni wazi, katika pili, miili, vifaa na vyombo vya habari vinaweza kutumika kama vikwazo. Uhamisho wa joto utatokea katika hali ambapo mfumo unaojumuisha miili miwili au zaidi hauko katika hali ya usawa wa joto. Hiyo ni, moja ya vitu ina joto la juu au la chini ikilinganishwa na nyingine. Hii ndio ambapo uhamisho wa nishati ya joto hufanyika. Ni busara kudhani kwamba itaisha liniwakati mfumo unakuja kwa hali ya usawa wa thermodynamic au joto. Mchakato hutokea yenyewe, kama sheria ya pili ya thermodynamics inavyoweza kutuambia.
Mionekano
Kuhamisha joto ni mchakato ambao unaweza kugawanywa katika njia tatu. Watakuwa na asili ya kimsingi, kwani ndani yao vijamii vya kweli vinaweza kutofautishwa, kuwa na sifa zao za tabia pamoja na mifumo ya jumla. Hadi sasa, ni desturi ya kutofautisha aina tatu za uhamisho wa joto. Hizi ni conduction, convection na mionzi. Wacha tuanze na ya kwanza, labda.
Njia za kuhamisha joto. Ubadilishaji joto
Hili ni jina la mali ya chombo cha nyenzo kutekeleza uhamishaji wa nishati. Wakati huo huo, huhamishwa kutoka sehemu ya moto hadi kwenye baridi. Jambo hili linatokana na kanuni ya mwendo wa machafuko wa molekuli. Huu ndio unaoitwa mwendo wa Brownian. Ya juu ya joto la mwili, zaidi kikamilifu molekuli huhamia ndani yake, kwa kuwa wana nishati zaidi ya kinetic. Elektroni, molekuli, atomi hushiriki katika mchakato wa uendeshaji wa joto. Hutekelezwa katika miili, sehemu tofauti ambazo zina halijoto tofauti.
Ikiwa dutu ina uwezo wa kutoa joto, tunaweza kuzungumzia kuwepo kwa sifa ya kiasi. Katika kesi hiyo, jukumu lake linachezwa na mgawo wa conductivity ya mafuta. Tabia hii inaonyesha ni kiasi gani cha joto kitapita kupitia viashiria vya kitengo cha urefu na eneo kwa kitengo cha wakati. Katika hali hii, halijoto ya mwili itabadilika haswa kwa 1 K.
Hapo awali iliaminika kuwa kubadilishana joto ndanimiili mbalimbali (ikiwa ni pamoja na uhamisho wa joto wa miundo iliyofungwa) ni kutokana na ukweli kwamba kinachojulikana kuwa caloric inapita kutoka sehemu moja ya mwili hadi nyingine. Walakini, hakuna mtu aliyepata dalili za uwepo wake halisi, na wakati nadharia ya molekuli-kinetic ilipokua hadi kiwango fulani, kila mtu alisahau kufikiria juu ya kalori, kwani nadharia hiyo iligeuka kuwa isiyoweza kutegemewa.
Convection. Uhamisho wa joto la maji
Njia hii ya ubadilishanaji wa nishati ya joto inaeleweka kama uhamishaji kupitia mitiririko ya ndani. Hebu fikiria kettle ya maji. Kama unavyojua, mikondo ya hewa moto huinuka hadi juu. Na baridi, nzito zaidi huzama chini. Kwa hivyo kwa nini maji yanapaswa kuwa tofauti? Ni sawa na yeye. Na katika mchakato wa mzunguko huo, tabaka zote za maji, bila kujali ni ngapi, zitawaka moto hadi hali ya usawa wa joto hutokea. Kwa hali fulani, bila shaka.
Mionzi
Njia hii inategemea kanuni ya mionzi ya sumakuumeme. Inatoka kwa nishati ya ndani. Hatutaingia sana katika nadharia ya mionzi ya joto, tutazingatia tu kwamba sababu hapa iko katika mpangilio wa chembe, atomi na molekuli zilizochajiwa.
Matatizo rahisi ya upitishaji joto
Sasa hebu tuzungumze kuhusu jinsi hesabu ya uhamishaji joto inavyoonekana katika mazoezi. Hebu kutatua tatizo rahisi kuhusiana na kiasi cha joto. Hebu tuseme tuna wingi wa maji sawa na nusu kilo. Joto la awali la maji - digrii 0Celsius, mwisho - 100. Hebu tutafute kiasi cha joto kinachotumiwa na sisi kupasha molekuli hii ya jambo.
Kwa hili tunahitaji fomula Q=cm(t2-t1), ambapo Q ni kiasi cha joto, c ni uwezo maalum wa joto wa maji, m ni wingi wa dutu hii, t1 ni halijoto ya awali, t2 ni halijoto ya mwisho.. Kwa maji, thamani ya c ni tabular. Uwezo maalum wa joto utakuwa sawa na 4200 J / kgC. Sasa tunabadilisha maadili haya kwenye fomula. Tunapata kwamba kiasi cha joto kitakuwa sawa na 210000 J, au 210 kJ.
Sheria ya kwanza ya thermodynamics
Thermodynamics na uhamishaji joto zimeunganishwa na baadhi ya sheria. Wao ni msingi wa ujuzi kwamba mabadiliko katika nishati ya ndani ndani ya mfumo yanaweza kupatikana kwa njia mbili. Ya kwanza ni kazi ya mitambo. Ya pili ni mawasiliano ya kiasi fulani cha joto. Kwa njia, sheria ya kwanza ya thermodynamics inategemea kanuni hii. Hapa ni uundaji wake: ikiwa kiasi fulani cha joto kilitolewa kwa mfumo, kitatumika kufanya kazi kwenye miili ya nje au kuongeza nishati yake ya ndani. Nukuu za hisabati: dQ=dU + dA.
Faida au hasara?
Kwa hakika idadi yote ambayo imejumuishwa katika nukuu ya hisabati ya sheria ya kwanza ya thermodynamics inaweza kuandikwa kwa ishara ya "plus" na kwa ishara "minus". Aidha, uchaguzi wao utaagizwa na masharti ya mchakato. Fikiria kuwa mfumo hupokea kiasi fulani cha joto. Katika kesi hiyo, miili ndani yake ina joto. Kwa hiyo, kuna upanuzi wa gesi, ambayo ina maana kwambakazi inafanyika. Kama matokeo, maadili yatakuwa chanya. Ikiwa kiasi cha joto kinachukuliwa, gesi hupungua, na kazi inafanywa juu yake. Thamani zitabadilishwa.
Uundaji mbadala wa sheria ya kwanza ya thermodynamics
Tuseme tuna injini ya muda mfupi. Ndani yake, mwili wa kazi (au mfumo) hufanya mchakato wa mviringo. Kwa kawaida huitwa mzunguko. Kama matokeo, mfumo utarudi katika hali yake ya asili. Itakuwa ya busara kudhani kuwa katika kesi hii mabadiliko ya nishati ya ndani yatakuwa sawa na sifuri. Inatokea kwamba kiasi cha joto kitakuwa sawa na kazi iliyofanywa. Masharti haya yanaturuhusu kutunga sheria ya kwanza ya thermodynamics kwa njia tofauti.
Kutokana nayo tunaweza kuelewa kwamba mashine ya mwendo ya kudumu ya aina ya kwanza haiwezi kuwepo katika asili. Hiyo ni, kifaa kinachofanya kazi kwa kiasi kikubwa ikilinganishwa na nishati iliyopokelewa kutoka nje. Katika hali hii, vitendo lazima vitekelezwe mara kwa mara.
Sheria ya kwanza ya thermodynamics kwa isoprocesses
Hebu tuanze na mchakato wa isochoric. Huweka sauti mara kwa mara. Hii ina maana kwamba mabadiliko ya kiasi itakuwa sifuri. Kwa hiyo, kazi pia itakuwa sawa na sifuri. Hebu tuondoe neno hili kutoka kwa sheria ya kwanza ya thermodynamics, baada ya hapo tunapata formula dQ=dU. Hii inamaanisha kuwa katika mchakato wa isochoric, joto lote linalotolewa kwa mfumo huenda kuongeza nishati ya ndani ya gesi au mchanganyiko.
Sasa hebu tuzungumze kuhusu mchakato wa isobaric. Shinikizo linabaki mara kwa mara. Katika kesi hii, nishati ya ndani itabadilika sambamba na kazi. Hapa kuna fomula asili: dQ=dU + pdV. Tunaweza kuhesabu kwa urahisi kazi iliyofanywa. Itakuwa sawa na usemi uR(T2-T1). Kwa njia, hii ndiyo maana ya kimwili ya mara kwa mara ya gesi ya ulimwengu wote. Katika uwepo wa mole moja ya gesi na tofauti ya halijoto ya Kelvin mmoja, gesi isiyobadilika ya ulimwengu wote itakuwa sawa na kazi iliyofanywa katika mchakato wa isobaric.
