Teplo je miera tepelnej energie, ktorá sa môže prenášať z jedného bodu do druhého. Teplo je prenos kinetickej energie zo zdroja energie do média alebo z jedného média alebo objektu do iného média alebo objektu.
Teplo je jednou z dôležitých zložiek fázových zmien spojených s prácou a energiou. Teplo je tiež mierou kinetickej energie, ktorú majú častice v systéme. Kinetická energia častíc v systéme sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou systému. Preto sa meranie tepla mení s časom.
Prenos tepla
Keď sa systém s vyššou teplotou dostane do kontaktu so systémom s nižšou teplotou, energia sa prenáša z častíc v prvom systéme na častice v druhom systéme. Preto prenos tepla možno definovať ako proces prenosu tepla z objektu (alebo systému) pri vyššej teplote do iného objektu (alebo systému) pri nižšej teplote.
Vzorec prenosu tepla
Vzorec prenosu tepla určuje množstvo tepla preneseného z jedného systému do druhého.
výlet ale
Q = c x m x AT
Kde,
Q je teplo dodávané do systému
m je hmotnosť systému
c je merná tepelná kapacita systému
ΔT je zmena teploty systému
Špecifická tepelná kapacita (c) je definovaná ako množstvo tepla (v jouloch) absorbovaného na jednotku hmotnosti (kg) materiálu, keď sa jeho teplota zvýši o 1 K (alebo o 1 °C). Jeho jednotky sú J/kg/K alebo J/kg/°C.
Odvodenie vzorca
Nechaj m byť hmotnosťou systému a c merná tepelná kapacita systému. Nechaj ΔT byť zmena teploty systému.
Potom množstvo dodaného tepla ( Q ) je produktom hmoty m , Špecifická tepelná kapacita c a zmena teploty ΔT a je daný tým,
Q = c x m x AT
Typy prenosu tepla
Existujú tri typy prenosu tepla:
- Vedenie
- Konvekcia
- Žiarenie
Vedenie
Prenos tepla cez pevné materiály sa nazýva vedenie. Vzorec pre teplo prenášané procesom vedenia je vyjadrený ako:
Q = kA(T Horúce -T Chladný) t/d
Kde,
Q je teplo prenášané vedením
k je tepelná vodivosť materiálu
A je plocha povrchu
THorúceje teplota horúceho povrchu
TChladnýje teplota studeného povrchu
to je čas
d je hrúbka materiálu
Konvekcia
Prenos tepla kvapalinami a plynmi sa nazýva konvekcia. Vzorec pre teplo prenášané procesom konvekcie je vyjadrený ako:
Q = H c A(T Horúce -T Chladný )
Kde,
Q je teplo prenášané konvekciou
aký veľký mám monitorHcje koeficient prestupu tepla
A je plocha povrchu
THorúceje teplota horúceho systému
TChladnýje teplota studeného systému
Žiarenie
Prenos tepla elektromagnetickým vlnením sa nazýva žiarenie. Vzorec pre teplo prenášané procesom žiarenia je vyjadrený ako:
Q = σ (T Horúce – T Chladný) 4 A
Kde,
Q je teplo prenášané sálaním
σ je Stefan Boltzmann Constant
T Horúce je teplota horúceho systému
T Chladný je teplota studeného systému
A je plocha povrchu
Stefan Boltzmann Constant (σ) sa vypočíta ako:
a = 2,p 5 K B 4 / 15 hod 3 c 2 = 5,670367(13) × 10 -8 J. m -2 . S -1 . K -4
Kde,
σ je Stefan Boltzmann Constant
pi(π) ∼=
k B je Boltzmannova konštanta
h je Planckova konštanta
c je rýchlosť svetla vo vákuu
Vzorové problémy
Úloha 1: Sústava s hmotnosťou 10 kg a počiatočnou teplotou 200 K sa zohreje na 450 K. Špecifická tepelná kapacita sústavy je 0,91 KJ/kg K. Vypočítajte teplo získané sústavou pri tomto procese.
Riešenie:
Podľa otázky,
Hmotnosť, m = 10 kg
Špecifická tepelná kapacita, c = 0,91 KJ/kg K
Počiatočná teplota, T i = 200 tis
Konečná teplota, T f = 450 tis
náhodné číslo c kódZmena teploty, ΔT = 450K – 200K = 250K
Pomocou vzorca prenosu tepla
Q = c x m x AT
Q = 0,91 x 10 x 250
Q = 2275 KJ
Celkové teplo získané systémom je teda 2275 KJ.
Problém 2: Špecifické teplo železa je 0,45 J/g°C. Aká hmotnosť železa je potrebná na prenos tepla 1200 joulov, ak je zmena teploty 40 °C?
Riešenie:
Podľa otázky,
Špecifické teplo železa, c = 0,45 J/g°C
Zmena teploty, ΔT = 40°C
Množstvo odovzdaného tepla, Q = 1200 J
Pomocou vzorca prenosu tepla
Q = c x m x AT
m = Q /(c x ΔT)
m = 1200 /(0,45 x 40)
m = 66,667 g
Preto požadovaná hmotnosť železa na prenos tepla 1200 Joulov je 66,667 gramov.
Úloha 3: Uvažujme dva vodné stĺpce pri rôznych teplotách oddelené sklenenou stenou s dĺžkou 3 ma šírkou 1,5 m a hrúbkou 0,005 m. Jeden vodný stĺpec je na 380K a druhý na 120K. Vypočítajte množstvo odovzdaného tepla, ak je tepelná vodivosť skla 1,4 W/mK.
Riešenie:
Podľa otázky,
Tepelná vodivosť skla, k = 1,4 W/mK.
Teplota prvého vodného stĺpca, T Horúce = 380 K
Teplota druhého vodného stĺpca, T Studená = 120K
Plocha sklenenej steny oddeľujúcej dva stĺpy, A = dĺžka x šírka = 3m x 1,5m = 4,5m 2
Hrúbka skla, d = 0,005 m
Použitie vzorca prenosu tepla na vedenie,
Q = kA(T Horúce -T Chladný )t / d
Q = 1,4 x 4,5 (380-120) / 0,005
Q = 327600 W
Preto je množstvo odovzdaného tepla 327 600 wattov.
Úloha 4: Vypočítajte prestup tepla konvekciou, ak súčiniteľ prestupu tepla média je 8 W/(m 2 K) a plocha je 25 m 2 a teplotný rozdiel je 20K.
Riešenie:
Podľa otázky,
Koeficient prestupu tepla, H c = 8 W/(m 2 K)
Plocha, A = 25 m 2
Zmena teploty, (T Horúce – T Chladný) = 20 tis
Použitie vzorca prenosu tepla pre konvekciu,
Q = H c A(T Horúce -T Chladný )
Q = 8 x 25 x 20
Q = 4000 W
Množstvo tepla preneseného konvekciou je teda 4000 wattov.
Úloha 5: Vypočítajte teplo odovzdané sálaním medzi dvoma čiernymi telesami pri teplotách 300 K a 430 K a plocha média je 48 m 2 . (Vzhľadom na konštantu Stefana Boltzmanna, σ = 5,67 x 10 -8 W/(m 2 K 4 )).
Riešenie:
Podľa otázky,
boolean na reťazec javaTeplota horúceho tela, THorúce= 430 tis
Teplota studeného tela, TChladný= 300 tis
Zmena teploty, (THorúce– TChladný) = 430 000 – 300 000 = 130 000
Plocha, A = 48 m2
Stefan Boltzmann Constant, σ = 5,67 x 10-8W/(m2K4)
Pomocou vzorca prenosu tepla pre žiarenie,
Q = σ (THorúce-TChlad)4A
Q = 5,67 x 10-8x 1304x 48
Q = 777,3 W
Množstvo tepla odovzdaného sálaním je teda 777,3 wattov.