Teres-1t.ru

Инженерные решения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Количество теплоты: формула, расчет

Количество теплоты: формула, расчет

Внутреннюю энергию термодинамической системы можно изменить двумя способами:

  1. совершая над системой работу,
  2. при помощи теплового взаимодействия.

Передача тепла телу не связана с совершением над телом макроскопической работы. В данном случае изменение внутренней энергии вызвано тем, что отдельные молекулы тела с большей температурой совершают работу над некоторыми молекулами тела, которое имеет меньшую температуру. В этом случае тепловое взаимодействие реализуется за счет теплопроводности. Передача энергии также возможна при помощи излучения. Система микроскопических процессов (относящихся не ко всему телу, а к отдельным молекулам) называется теплопередачей. Количество энергии, которое передается от одного тела к другому в результате теплопередачи, определяется количеством теплоты, которое предано от одного тела другому.

называют энергию, которая получается (или отдается) телом в процессе теплообмена с окружающими телами (средой). Обозначается теплота, обычно буквой Q.

Это одна из основных величин в термодинамике. Теплота включена в математические выражения первого и второго начал термодинамики. Говорят, что теплота – это энергия в форме молекулярного движения.

Теплота может сообщаться системе (телу), а может забираться от нее. Считают, что если тепло сообщается системе, то оно положительно.

Работа и мощность тока

Работу электрического поля по перемещению свободных зарядов в проводнике называют работой тока. При перемещении заряда q вдоль проводника поле совершает работу A = qU (см. § 53), где U — разность потенциалов на концах проводника. Поскольку q = It, работу тока можно записать в виде

Закон Джоуля-Ленца

Рассмотрим практически важный случай, когда основным действием тока является тепловое действие. В таком случае согласно закону сохранения энергии количество теплоты, выделившееся

? 1. Докажите, что количество теплоты Q, выделившееся в проводнике с током, выражается также формулами

Q = I2Rt, (2) Q = (U2/R)t. (3)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой (1) и законом Ома для участка цепи.

Мы вывели формулы (1) — (3), используя закон сохранения энергии, но исторически соотношение Q = I2Rt независимо друг от друга установили на опыте российский ученый Эмилий Христианович Ленц и английский ученый Дж. Джоуль за несколько лет до открытия закона сохранения энергии. Закон Джоуля — Ленца: количество теплоты,

Применение закона Джоуля — Ленца к последовательно и параллельно соединенным проводникам

Выясним, в каких случаях для сравнения количества теплоты, выделившейся в проводниках, удобнее пользоваться формулой (2), а в каких случаях — формулой (3).

Формулу Q = I2Rt удобно применять, когда сила тока в проводниках одинакова, то есть когда они соединены последовательно (рис. 58.1).

Из этой формулы видно, что при последовательном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого больше. При этом

Читайте так же:
Тепловая мощность через силу тока

Формулу Q = (U2/R)t удобно применять, когда напряжение на концах проводников одинаково, то есть когда они соединены параллельно (рис. 58.2).

Из этой формулы видно, что при параллельном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого меньше. При этом

? 2. При последовательном соединении в первом проводнике выделилось в 3 раза большее количество теплоты, чем во втором. В каком проводнике выделится большее количество теплоты при их параллельном соединении? Во сколько раз большее?

? 3. Имеются два проводника сопротивлением R1 = 1 Ом и R2 = 2 Ом. Их подключают к источнику напряжения 6 В. Какое количество теплоты выделится за 10 с, если: а) подключить только первый проводник? б) подключить только второй проводник? в) подключить оба проводника последовательно?

г) подключить оба проводника параллельно? д) чему равно отношение значений количества теплоты Q1/Q2, если проводники включены последовательно? Параллельно?

Поставим опыт Будем включать в сеть две лампы накаливания с разными сопротивлениями нити накала параллельно и последовательно (рис. 58.3, а, б).

Мы увидим, что при параллельном соединении ламп ярче светит одна лампа, а при последовательном — другая.

? 4. У какой из ламп (1 или 2) сопротивление больше? Поясните ваш ответ.

? 5. Объясните, почему при последовательном соединении накал нити каждой лампы меньше, чем накал этой же лампы при параллельном соединении.

? 6. Почему при включении лампы в осветительную сеть нить накала раскаляется добела, а последовательно соединенные в нею соединительные провода почти не нагреваются?

2. Мощность тока

Мощностью тока P называют отношение работы тока A к промежутку времени t, в течение которого эта работа совершена:

Единица мощности — ватт (Вт). Мощность тока равна Вт, если совершаемая током за 1 с работа равна 1 Дж. Часто используют производные единицы, например киловатт (кВт).

? 7. Докажите, что мощность тока можно выразить формулами

P = IU, (5) P = I2R, (6) P = U2/R. (7)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой (4) и законом Ома для участка цепи.

? 8. Какой из формул (5) — (7) удобнее пользоваться при сравнении мощности тока: а) в последовательно соединенных проводниках? б) в параллельно соединенных проводниках?

? 9. Имеются проводники сопротивлением R1 и R2. Объясните, почему при последовательном соединении этих проводников

А при параллельном

? 10. Сопротивление первого резистора 100 Ом, а второго — 400 Ом. В каком резисторе мощность тока будет больше и во сколько раз больше, если включить их в цепь с заданным напряжением: а) последовательно? б) параллельно?

Читайте так же:
Как определить количество теплоты выделяемое проводником с током

в) Чему будет равна мощность тока в каждом резисторе при параллельном соединении, если напряжение в цепи 200 В? г) Чему при том же напряжении цепи равна суммарная мощность тока в двух резисторах, если они соединены: последовательно? параллельно?

Мощностью электроприбора называют мощность тока в этом приборе. Так, мощность электрочайника — примерно 2 кВт.

Обычно мощность прибора указывают на самом приборе.

Ниже приведены примерные значения мощности некоторых приборов. Лампа карманного фонарика: около 1 Вт Лампы осветительные энергосберегающие: 9-20 Вт

Лампы накаливания осветительные: 25-150 Вт Электронагреватель: 200-1000 Вт Электрочайник: до 2000 Вт

Все электроприборы в квартире включаются параллельно, поэтому напряжение на них одинакова.

? 11. В сеть напряжением 220 В включен электрочайник мощностью 2 кВт. а) Чему равно сопротивление нагревательного элемента в рабочем режиме (когда чайник включен)?

б) Чему равна при этом сила тока?

? 12. На цоколе первой лампы написано «40 Вт», а на цоколе второй — «100 Вт». Это — значения мощности ламп в рабочем режиме (при раскаленной нити накала).

а) Чему равно сопротивление нити накала каждой лампы в рабочем режиме, если напряжение в цепи 220 В? б) Какая из ламп будет светить ярче, если соединить эти лампы последовательно и подключить к той же сети? Будет ли эта лампа светить так же ярко, как и при параллельном подключении?

? 13. В электронагревателе имеются два нагревательных элемента сопротивлением R1 и R2, причем R1 > R2. Используя переключатель, элементы нагревателя можно включать в сеть по отдельности, а также последовательно или параллельно.

Напряжение в сети равно U. а) При каком включении элементов мощность нагревателя будет максимальной? Чему она при этом будет равна? б) При каком включении элементов мощность нагревателя будет минимальной (но не равной нулю)?

Чему она при этом будет равна? в) Чему равно отношение R1/R2, если максимальная мощность в 4,5 раза больше минимальной?

Дополнительные вопросы и задания

14. На рисунке 58.4 изображена электрическая схема участка цепи, состоящего из четырех одинаковых резисторов. Напряжение на всем участке цепи постоянно. Примите, что зависимостью сопротивления резистора от температуры можно пренебречь. а) На каком резисторе напряжение самое большое? самое маленькое? б) В каком резисторе сила тока самая большая? самая маленькая?

в) В каком резисторе выделяется самое большое количество теплоты? самое маленькое количество теплоты? г) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если резистор 1 замкнуть накоротко (то есть заменить проводником с очень малым сопротивлением)? д) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если отсоединить провод от резистора 1 (то есть заменить этот резистор проводником с очень большим сопротивлением)?

Читайте так же:
Теплота выделяемая в проводнике с переменным током

Первое начало термодинамики. Формулы для изопроцессов

Уравнение состояния идеального газа выглядит следующим образом: (F (P, V, T) = 0) . Соотношение, которое даёт взаимосвязь между параметрами какого-либо объекта, именуется уравнением состояния данного объекта.

Рисунок 1. Закон Бойля-Мариотта.

Первый термодинамический закон говорит: число внутренней теплоты, которое передано газу, идет исключительно на преобразование всеобщей энергии газа U, а также на осуществление газом работы (A) . Уравнение первого закона термодинамики выглядит следующим образом: (Q = ΔU + A) . Естественно, что в газовой структуре постоянно что-то осуществляется, так как, газ возможно сжать либо нагреть.

В этой ситуации требуется рассмотрение таких явлений, которые происходят при одном постоянном показателе. Первый закон термодинамики в изотермическом случае, протекающем при константе температурного показателя, использует закон Бойля-Мариотта. По итогу изотермического процесса давление газа обратно пропорционально его первоначальному объему: (Q = A.)

Изохорный процесс рассматривается при величине объёма равном постоянной составляющей. Для данного процесса применяется закон Шарля, в согласовании с которым, давление прямо пропорционально всеобщему температурному показателю. В изохорном явлении всё подведённое к газу тепло идёт на преобразование внутреннего энергетического потенциала, и в математической форме выглядит следующим образом: (Q=ΔA.)

Изобарное явление осуществляется при величине давления равной постоянной составляющей. Закон Гей-Люссака полагает, что при постоянном давлении идеального газа, его изначальный объем прямо пропорционален результирующему температурному показателю. При изобарном явлении тепло идёт на осуществление работы газом и на преобразование внутренней энергии, и в математической форме выглядит следующим образом: (Q = ΔU + pΔV.)

Символом является греческая буква эта η. Но чаще все же используют выражение КПД.

Мощность механизма или устройства равна работе, совершаемой в единицу времени. Работа(A) измеряется в Джоулях, а время в системе Си – в секундах. Но не стоит путать понятие мощности и номинальной мощности. Если на чайнике написана мощность 1 700 Ватт, это не значит, что он передаст 1 700 Джоулей за одну секунду воде, налитой в него. Это мощность номинальная. Чтобы узнать η электрочайника, нужно узнать количество теплоты(Q), которое должно получить определенное количество воды при нагреве на энное количество градусов. Эту цифру делят на работу электрического тока, выполненную за время нагревания воды.

Величина A будет равна номинальной мощности, умноженной на время в секундах. Q будет равно объему воды, умноженному на разницу температур на удельную теплоемкость. Потом делим Q на A тока и получаем КПД электрочайника, примерно равное 80 процентам. Прогресс не стоит на месте, и КПД различных устройств повышается, в том числе бытовой техники.

Читайте так же:
Как определяется теплота выделяющаяся проводником с током

Напрашивается вопрос, почему через мощность нельзя узнать КПД устройства. На упаковке с оборудованием всегда указана номинальная мощность. Она показывает, сколько энергии потребляет устройство из сети. Но в каждом конкретном случае невозможно будет предсказать, сколько конкретно потребуется энергии для нагрева даже одного литра воды.

Например, в холодной комнате часть энергии потратится на обогрев пространства. Это связано с тем, что в результате теплообмена чайник будет охлаждаться. Если, наоборот, в комнате будет жарко, чайник закипит быстрее. То есть КПД в каждом из этих случаев будет разным.

Плотность электрического тока

Электрическому току присущ ряд физических характеристик, имеющих количественные значения, выражаемые в определенных единицах. Основными физическими характеристиками электротока являются его сила и мощность. Сила тока количественно выражается в амперах, а мощность тока – в ваттах. Не менее важной физической величиной считается векторная характеристика электрического тока, или плотность тока. В частности, понятием плотности тока пользуются при проектировании линий электропередач.

  • J – плотность электрического тока А / ММ 2
  • S – площадь поперечного сечения
  • I – ток

Инструкция по расчёту параметра

Рассчитать с вещества достаточно просто и чтобы это сделать нужно, выполнить следующие шаги:

  1. Взять расчётную формулу: Теплоемкость = Q/(m*∆T)
  2. Выписать исходные данные.
  3. Подставить их в формулу.
  4. Провести расчёт и получим результат.

В качестве примера произведём расчёт неизвестного вещества массой 480 грамм обладающего температурой 15ºC, которая в результате нагрева (подвода 35 тыс. Дж) увеличилась до 250º.

Согласно инструкции приведённой выше производим следующие действия:

Выписываем исходные данные:

  • Q = 35 тыс. Дж;
  • m = 480 г;
  • ΔT = t2–t1 =250–15 = 235 ºC.

Берём формулу, подставляем значения и решаем:

с=Q/(m*∆T)=35тыс.Дж/(480 г*235º)=35тыс.Дж/(112800 г*º)=0,31 Дж/г*º.

Теплоёмкость твёрдого тела

Как работает Wattpad

Найдите свою историю благодаря силе сообщества и технологиям Ваттпада.

Создать

Поделитесь своими уникальным голосом и оригинальной историей с Ваттпадом. Найдите свои писательские ресурсы, чтобы создать историю, которую вы хотите поведать миру.

Создать

Создайте глобальную базу поклонников, поскольку ваша история будет набирать читателей и влияние. Общайтесь с другими писателями-единомышленниками с помощью историй.

Расширить

Получите статус Wattpad Star и публикуйте свою историю или адаптируйте ее для кино или телевидения с помощью Wattpad Books и Wattpad Studios!

/landing/white-stag.png

Working with Wattpad Studios is like a dream. Not only do they care about your success, but also staying true to your vision.

Читайте так же:
Марка провода для теплого пола

KARA BARBIERI (@PANDEAN)

Kara Barbieri is a twenty-two year old author with a love for the weird and mystic. Her debut novel, WHITE STAG, will be published by Wednesday Books/Macmillan in January 2019.

/landing/walter-boys.png

When I joined Wattpad, I gained a second family who were as passionate about reading and writing as I am.

ALI NOVAK (@FALLZSWIMMER)

Ali Novak is a Wisconsin native and a graduate of the University of Wisconsin-Madison's creative writing program. She started writing her debut novel My Life with the Walter Boys when she was only fifteen. Since then, her work has received more than 150 million hits online and My Life with the Walter Boys has been optioned for television by Komixx Entertainment and Sony Pictures Television.

/landing/black-eye.png

Being a Wattpad Star is the foundation for everything I do as a writer, from the behind the scenes wrangling to the big, game-changing projects.

BEN SOBIECK (@BENSOBIECK)

Benjamin Sobieck is a Wattpad Star and editor of “The Writer’s Guide to Wattpad,” published in August 2018 by Writer’s Digest Books and featuring contributions by 23 Wattpad Stars, ambassadors, and staff. His stories on Wattpad, such as “When the Black-Eyed Children Knock,” have drawn more than 1.5 million reads.

/landing/feather.png

Having been active on Wattpad for several years, I knew it would be the perfect platform for a thriller with lots of cliffhangers for readers to discuss. Teen horror is my passion, so I can’t wait to be able to share Light as a Feather with other horror aficionados on Hulu.

ZOE AARSEN (@ZAARSENIST)

Zoe Aarsen is a graphic designer and copywriter. Her first paranormal YA novel, Light as a Feather, Stiff as a Board, is being published by Simon & Schuster and turned into a television series on Hulu.

/landing/chasing-red.png

The Wattpad Stars Program gave me opportunities I never thought possible. It connected me to a world that I had only imagined. I don’t know how else to say it. It changed my life!

ISABELLE RONIN (@ISABELLERONIN)

Chasing Red was one of 2016’s most-read stories on Wattpad — and that was just the beginning for this Winnipeg-Manitoba-based writer. In a single year, her explosive hit has racked up over 127 million reads on Wattpad. Newly edited and expanded, the book was split into two and hit bookstore shelves in 2017.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector