Узнать цену работы
Статьи по теме

Уравнение теплового баланса

Определение и уравнение баланса тепла

Одним из основных законов физики и, в частности, термодинамики является закон сохранения и преобразования энергии.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Если в изолированной системе тел нет энергетических преобразований, кроме теплообмена, то количество тепла, выделяемое телами, внутренняя энергия которых уменьшается, равна количеству тепла, получаемого телами, внутренняя энергия которых увеличивается. В этом случае полная энергия системы не изменяется, а затем первый закон термодинамики записывается в следующем виде:

Это уравнение называется уравнением теплового баланса.

Или по-другому: общее количество тепла, выделяемого в теплоизолированной системе, равно количеству тепла (всего), которое поглощается в этой системе.

По своему значению уравнение теплового баланса является законом сохранения энергии для процессов теплообмена в теплоизолированных системах.

Примеры решения проблем

ПРИМЕР 1

  • Задача

    В медный калориметр массой m = 0,2 кг со льдом массой кг, с температурой , пар был доведен до температуры ,после чего в калориметре была установлена температура . Определите массу пары. Обработайте систему лед-калориметр-пар как изолированную.

  • Решение

    Мы делаем рисунок

    рис один.

    В соответствии с условием проблемы теплообмена системы лед-калориметров с внешней средой не происходит. Поэтому внутренняя энергия системы не изменяется. Это означает, что все процессы, происходящие в системе, могут быть описаны уравнением теплового баланса с учетом агрегатных преобразований. Кроме того, в результате теплового взаимодействия вода останется в калориметре (судя по температуре, установленной условием задачи . В системе пар выделяет тепло (уменьшается его внутренняя энергия), а калориметр и лед получают тепло (их внутренняя энергия увеличивается).

    Давайте добавим к исходным данным необходимые нам данные таблицы:

    удельная теплоемкость пара = 1,7 ) Дж / кгК,

    Теплоемкость воды = 4,2 Дж/кгК

    Теплоемкость льда = 2,1 Дж/кгК

    Теплоемкость меди = 3,8 Дж/кгК

    Удельная теплота испарения воды Дж / кг

    Удельная теплота таяния льда Дж / кг

    При решении проблемы необходимо отслеживать и описывать все этапы изменений внутренней энергии тел.

    1. Пар, выделяющий тепло, охлаждается от температуры Тр до 373 К (температура конденсации водяного пара в нормальных условиях).

    2. Пар конденсируется при постоянной температуре

    3. Вода, полученная из пара, охлаждается до температуры

    В результате внутренняя энергия пара уменьшается:

    4. Лед, получающий тепло, нагревается от Tml до = 273 K (точка плавления льда в нормальных условиях).

    5. Ледяной расплав.

    6. Вода (полученная из льда) нагревается до температуры

    В результате внутренняя энергия льда увеличивается:

    7. Калориметр, поглощающий тепло, нагревается от .

    В результате его внутренняя энергия увеличивается на:

    Сделаем уравнение теплового баланса:

    или

    Чтобы описать процесс, который мы имеем, уравнение теплового баланса будет выглядеть так:

    отсюда

  • Ответ.

    Масса пара составляет приблизительно 342 грамма.

    ПРИМЕР 2

  • Задача

    К сосуду объемом V с теплозащитными стенками, заполненными газом с молярной массой , температурой T1 и давлением p, был выброшен стальной шар массы m и температура T2 (T1

  • Решение

    Мы предполагаем, что теплоемкость стали и теплоемкость газа являются табличными значениями и известны нам.

    В нашем случае процессы обратимы, поэтому изменение энтропии можно записать следующим образом:

    В системе имеются следующие процессы:

    1. Газ нагревается от температуры до температуры , получая тепло.

    В полученном уравнении по-прежнему необходимо определить температуру, которая будет установлена в системе, и массу газа в сосуде.

    Мы находим массу газа из уравнения Менделеева - Клапейрона:

    Чтобы найти , мы описываем процесс нагрева газа и охлаждения шара и используем уравнение теплового баланса.

    2. Мяч охлаждается, выделяя тепло.

    Тогда вы можете написать уравнение баланса тепла:

  • Ответ.

    Изменение энтропии газа в описанном процессе:

    где

  • Узнать цену работы

    Узнай цену

    своей работы
    Нужны оригинальность, уникальность и персональный подход?
    Закажи свою оригинальную работу
    УЗНАТЬ СТОИМОСТЬ