Căldură. Măsurarea temperaturii. Conceptul de căldură. PDF creat cu versiunea de încercare pdffactory www.pdffactory.com. Subiectiv

Fizica pentru inginerii electrici ATENȚIE! Termologie Prezentarea prelegerii a fost pregătită pentru studenții de inginerie civilă pentru prima dată la Universitatea din Széchenyi, pe baza manualului de învățământ superior Ágoston Budó de fizică I., folosind cifrele din manual. Diseminarea prezentării sub orice formă este fără cunoștința, consimțământul și intenția vorbitorului. Dr. Ferenc Giczi Széchenyi István University, Departamentul de Fizică Győr, Egyetem tér. Subiectiv Conceptul de căldură Fierbinte, rece, călduț etc. Sensul fizic al căldurii a devenit independent de senzația de căldură. starea de căldură de seară Mărimi fizice măsurabile Modificarea stării de căldură TEMPERATURĂ CANTITATE DE CALDURĂ Măsurarea temperaturii Experiența de bază Proprietățile corpurilor depind de obicei de temperatură. (dimensiunile lungimii, volumul, densitatea, constantele elastice, rezistența electrică, indicele optic de refracție etc.) Diferențele de temperatură sunt egalizate. Se pot produce temperaturi bine reproductibile. (de exemplu, temperatura aburului în gustul de fierbere al gheții la o presiune dată etc.) 3 4

Expansiunea termică liniară a solidelor l l αl (t t) l αl t t-t Alungirea l-l care apare la o schimbare de temperatură este proporțională cu lungimea inițială l și schimbarea temperaturii (dacă nu este prea mare). Dacă la t C l este lungimea tijei: ll (+ αt) 5 α: coeficientul de dilatare termică liniară α, 4/C cupru 9 Expansiunea volumetrică a corpurilor izotrope solide 3α (tt) β (tt) Coeficientul termic expansiunea este de trei ori liniară. Corelația dintre cavități și volumul vaselor cerebrale este de asemenea valabilă. Dependența de temperatură a densității corpurilor izotrope ρ ρ ρ (t) + βt β dacă r este densitatea corpului la C. Aspecte practice ale dilatării termice Aspecte practice ale dilatării termice În cazul zgârieturilor cristaline: Dilatarea termică este o proprietate structurală a unui material. α Italiană ca o zgârietură amorfă: parh. 9,6 6/C α, 6 6 α/C perpendicular. 6 6/C α Bandă bimetalică α ca alamă 6 8/C 6/C Aliaje cu expansiune termică redusă (de exemplu, inar, 64% Fe, 36% Ni): α 6/C Termometre bimetalice Expansiunea termică a tijelor de măsurare Expansiunea termică a punților șine de drum, ermografii de conducte Relee termice Controlere automate de temperatură 3

Expansiunea termică a lichidelor la β (t t) t C: (+ βt) Coeficientul de expansiune termică a volumului este de -5 ori mai mare decât cel al solidelor. Dependența de temperatură a densității lichidelor încălzite b Determinarea metodei navei metoda hgρ h gρ ρ ρ + βt ρ ρ ρ (t) + βt β mai general: dacă r este densitatea lichidului la C. (+ β t + β) t 3 h h β h t 4 Comportamentul specific al gustului z Schimbarea volumului gazului încălzit la presiune constantă Între gust și 4 C se micșorează la încălzire, se extinde la încălzire peste 4 C. Acest lucru explică de ce în timpul iernii apele stagnante nu înghețează de obicei până la fund. 5 Coeficientul de expansiune termică este aproximativ același pentru toate gazele. (Fracția interioară Gay-Lussac) Dependența de temperatură a volumului gazelor la presiune constantă: (+ βt) volumul aparținând t C β 73,5 C 6 4

Schimbarea presiunii gazului încălzit cu volum constant Legea Boyle-Mariotte Mariotte Gazul la temperatură constantă Coeficientul de expansiune termică este aproximativ același pentru toate gazele. (Fracția interioară interioară Gay-Luss) Dependența de temperatură a presiunii gazelor la un volum constant: pp (+ β t) pa presiune aparținând unui CC β 73,5 C Produsul presiunii și volumului unui gaz cu masă și constantă definite temperatura este constantă. p constantă Presiunea și densitatea unui gaz cu masă definită și temperatură constantă sunt direct proporționale între ele. p C ρ Termometrele de gaz se bazează pe Gay-Lussact. (-7 C) 7 8 Legea combinată a vaporilor de gaz Există o relație între factorii determinanți ai stării gazului: ecuația stării termice p constantă constantă Temperatura absolută t pp (+ β t) β 73,5 pp (73,5 + t) 73,5 C (+ βt ) Fracția interioară Gay-Lussa pp (+ β t) pp Fracția Boyle-Mariotte pp (+ βt) ρ ρ 9 Scala temperaturii Kelin: 73,5 + Temperatura exprimată în grade Kelin se numește temperatura absolută constantă ppp 73, 5 GAZ IDEAL t 5

Căldura ca formă de energie Începutul conservării energiei Cantitatea de căldură care poate fi produsă la costul lucrărilor mecanice. Folosind căldura, munca poate fi arsă. CANTITATEA DE CĂLDURĂ ESTE O FORMĂ DE ENERGIE CANTITATEA DE CĂLDURĂ ESTE O FORMĂ DE ENERGIE Energie electrică, magnetică, chimică, energie luminoasă, energie nucleară etc. W mgh m Q poate fi măsurat și W A Q 4,86 J cal Energia nu este generată în niciun proces, creierul este distrus, este transformat doar dintr-o formă de energie în alta. Energia totală a unui sistem închis este constantă. O creștere a energiei totale a unui sistem care nu este închis este egală cu suma energiilor aplicate sistemului sub orice formă din exterior.5 Nu este posibilă perpetuirea mobilă de primă clasă. 6 Prima lege a termodinamicii sistemul ermodinamic este un corp solid cu o anumită masă și calitate materială, gaz lichid al creierului De exemplu gazul ideal Prima lege a termodinamicii este cantitatea de căldură Q (p,) (p,). condiție. starea stării EE (echilibru) starea determinanților stării (p,) ecuației stării termice: f (p,) pn RW lucru EEQ + W Schimbarea energiei interne a sistemului este egală cu suma cantității de căldură și de lucru comunicat sistemului. 7 Fiecare stare a sistemului are o valoare specifică a energiei interne. E E (,) Funcția de stare 8 7

Compresie externă externă și lucru W p unde presiune externă Sistemul ars Procese casistatice (necombustibile lente) pk pb pkb EEQ + WQ pd 9 Pentru procesele casostatice, forța de compresie externă W (munca arsă pe sistem) este egală cu munca forțelor de compresie interne W (cu negativul muncii arse de sistem. O parte din cantitatea de căldură comunicată cu sistemul QEE + pd WWA crește energia internă a sistemului, cu costul celeilalte părți a sistemului arde funcționează expansiunea.3 Forma diferențială tel a primei teoreme du dq + dw dq pd dq du + pd Energia internă g a gazelor ideale Temperatura gazului nu se modifică în experimentul Guy-Lussac Q (W) E (Q + W) EEE 3 Energia internă a gazelor ideale depinde doar de factorii determinanți ai temperaturii.

Energia internă g a gazelor ideale Să oferim o cantitate mică de căldură dq cu un gaz de masă m într-un volum constant (d). dq de + pd de Schimbări de stare g ale gazelor ideale În general, toate cele trei stări determinante (p,) se schimbă. Pentru procese statice de caz: p nr E mc E nc Modificări ale stării izoterme (constante) Modificări ale stării izocorice (constante) Modificări ale stării izobare (constante) Modificări ale stării adiabatice (dq) 33 34 ((constant) nr p constant pp (p,) (p,) U mc UU + WWQ dp QW pd nr nr ln nrln p UUQ mc () În expansiunea izotermă, gazul absoarbe căldura și arde funcționează 35 Când gazul mănâncă căldură, presiunea și energia internă cresc. pp (p,) (p,) QUW + UWUU 9

Schimbarea stării izobare s (p (constantă) Schimbarea stării adiabatice s (dq) nr constantă p du + pd U nc (,) (,) nr pn (cpc) p Q mc p () d nc d + n (cpc) d (cpc) d + c κ constant κ p constant Când gazul absoarbe căldura, acesta arde activitatea de expansiune și energia sa internă crește 37 38 unde c κ cp Ciclul Carnot Ciclul Carnot Gazul înjumătățește cantitatea de căldură Q de la cazan și totalul W arde BW nr ln W nc () AQW nr () ln Eficiența termică a ciclului BAA W 4 nc () QW 3 nr ln DCW η Q Aceasta este limita superioară a eficienței termice a centralelor termice, de ex. h5% pentru t C, t C 39 4

Pentru o stare reversibilă: B dq () A dq re A re re dq + () B Entropie În cazul schimbării stării reversibile de la starea A la B, suma (integrată) a cantităților de căldură reduse depinde doar de stările A și B, de la A la Independent de calea către B. 45 Entropie Există o funcție de stare S, așa-numita entropie, pentru care există opinia că diferența dintre valorile entropiei aparținând stărilor B și A ale sistemului este: S (B) S (A) BA dq re Într-un sistem închis, entropia sistemului creșteri ale proceselor irelevante care ard în scufundare. Dacă entropia unui sistem închis este maximă, sistemul este în echilibru an. 46 Modificări ale stării fizice Topirea și înghețarea Topirea resp. punctul de înghețare Mercur -38,8 C gust C Plumb 37 C Platină 773 C Tungsten 338 C Dependența de presiune a punctului de topire d () dp LL este căldura specifică a fuziunii, - schimbarea specifică a volumului în timpul topirii Căldura căldurii Congelare, căldură de cristalizare. Cea mai importantă excepție este gustul: aprox. Creșterea cu 9% a înghețului. răcire încrucișată: răcire lentă, atentă a lichidelor curate 47 În caz de gheață la 73 K și presiune atmosferică: d, 75 C/atm dp 48

Evaporarea în spațiul închis z Aburul saturat este aburul care este în echilibru cu propriul său lichid an. Ecuația stării gazelor ideale este aproximativ valabilă pentru vaporii nesaturați. Evaporarea în spațiu deschis Rata de evaporare Nu se formează vapori saturați. Suprafața și temperatura lichidului Presiune externă Ventilație Calitatea materialului Presiunea aburului saturat este independentă de volum și depinde nu numai de temperatură, ci și de calitatea materialului. Presiunea vaporilor saturați este presiunea maximă pe care o are vaporii unei anumite substanțe la o temperatură dată. Evaporarea este o consecință a mișcării termice a moleculelor. 49 Căldura evaporării Ca urmare a evaporării, lichidul se răcește. 5 Sursă Sursa este conectată la o anumită temperatură, la punctul de fierbere corespunzător presiunii externe date. Sublimarea Evaporarea solidelor Bulele de vapori se formează atunci când presiunea vaporilor saturați din bule ajunge la presiunea externă. Punctul de fierbere depinde de presiunea externă. A se vedea evaporarea lichidelor în interior. Presiunea de sublimare Dependența de presiune a punctului de fierbere este determinată de curba presiunii vaporilor. încălzire: lichid limpede fără bule de gaz, încălzire lentă. 5 5 3

Lichefierea Distincția dintre curba de izotermie critică a gazului, vaporilor și lichidului Pentru lichefiere, gazul trebuie răcit la cel puțin temperatura critică și presurizat la cel puțin presiunea critică. 53 54 4