Гаврилов Андрей Владимирович, доцент нгавт 4 закон

Вид материала

Закон

Содержание Немцев Аркадий Федорович, зав. отделом ХКЦРТДЮ ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ВОКРУГ НАС ТЕПЛОЕМКОСТЬ Откуда выражаем искомую температуру печи Плавление. Испарение КПД теплового двигателя Удельная теплота сгорания топлива Дано:С=450 Дж/

Подобный материал:

• Андрей Владимирович Курпатов Средство от депрессии, 2074.53kb.
• Ученого Совета Уральского государственного университета имени А. М. Горького программа, 481.82kb.
• Корляков Андрей Владимирович, к ф. м н, доцент область применения категории слушателей, 256.81kb.
• Фрагменты истории земской статистики, 182.52kb.
• Самостоятельная работа : 60 час. Преподаватели: доцент Наследов Андрей Дмитриевич,, 1089.06kb.
• Федеральный Закон «Об основах туристской деятельности в рф», 221.17kb.
• Методические указания по выполнению контрольной работы 6 Рекомендации по выполнению, 223.73kb.
• Программа курса система государственных закупок Преподаватель: Иванов Андрей Евгеньевич,, 179.08kb.
• Программа курса разработка управленческих решений Преподаватель: Иванов Андрей Евгеньевич,, 143.23kb.
• Родькина Елена Федоровна и председатель профсоюзного комитета Сисейкин Андрей Владимирович., 162.91kb.

Немцев Аркадий Федорович, зав. отделом ХКЦРТДЮ

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ВОКРУГ НАС

ТЕПЛОЕМКОСТЬ

При нагревании различных тел количество затраченной теплоты зависит от массы и рода тела и определяется с помощью известной формулы.

… 1

где с_уд. – удельная теплоёмкость вещества (обычно берется из специальной таблицы), m – масса тела, - изменение температуры тела.

ЗАДАЧА 1. Стальной шарик массой 10 г вынут из печи и опущен в воду при температуре 10 ºС. При этом температура поднялась до 25 ºС. Какова была температура печи, если масса воды равна 50 г?

Дано: m1=10 г суд.=500 Дж/кг ºС m2=50 г t1=10 ºС t2=25 ºС tпечи - ?

СИ 0,01 кг 0,05 кг

РЕШЕНИЕ Считая, что вся теплота от нагретого шарика пошла на нагревание воды (потерь тепла нет) запишем уравнение теплового баланса, используя формулу …1: Откуда выражаем искомую температуру печи , подставляем в неё числовые значения, вычисляем и получаем ответ 855 ºС.

Плавление. Испарение

Количество теплоты, которое требуется, чтобы расплавить вещество массой m, находящееся при температуре плавления, зависит от рода вещества и от массы тела и определяется известной формулой:

… 2,

где λ – удельная теплота плавления вещества, берется из специальной таблицы. Необходимо помнить, что плавление и отвердевание – это взаимообратные процессы, поэтому при отвердевании вещества выделится такое же количество теплоты, что затратилось при плавлении.

Количество теплоты, необходимое для испарения вещества массой m, при температуре кипения, определяется формулой:

… 3,

где r – удельная теплота парообразования, берется из специальной таблицы. Следует помнить, так как испарение и конденсация – это взаимообратные процессы, что при конденсации жидкости выделится такое же количество теплоты, что и затратилось при испарении.

ЗАДАЧА 2. В чайник налили воду при температуре 10 ºС и поставили на нагреватель. Через 10 минут вода закипела. Через сколько минут после закипания она полностью выкипит?

Дано: t1=10 ºС Т1=10мин Т2 - ?

СИ 600 с

РЕШЕНИЕ Решение данной задачи будет очень сложным, если не использовать следующую формулу: , где N – полезная мощность нагревателя (постоянная для каждого нагревателя величина), Q1 – количество теплоты, которое потребовалось для нагревания воды до кипения. Тогда Q2=NT2, где Q2 – количество теплоты, которое потребовалось для полного выкипания воды. Тогда T2=. В получившееся выражение подставляем числовые значения величин, вычисляем и получаем ответ 61 минута.

КПД теплового двигателя

Коэффициентом теплового двигателя называется величина, характеризующая эффективность работы двигателя (или механизма). Вычисляется КПД по известной формуле:

… 4,

где ή – коэффициент полезного двигателя,

А_{полезная} – полезная работа, совершаемая двигателем («полезной» называют ту работу, ради совершения которой и создается двигатель),

Q – количество теплоты, которое необходимо затратить(получить от нагревателя), чтобы совершить полезную работу.

Удельная теплота сгорания топлива

Для осуществления тепловых процессов нагревания, плавления, кипения необходимо некоторое количество теплоты. Оно может быть получено от сгорания различного топлива. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, зависит от рода топлива и определяется его массой. Для расчета количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива, используется следующая формула:

,

где q – удельная теплота сгорания топлива (показывает количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 кг топлива), m – масса топлива.

ЗАДАЧА 3. Вычислите КПД газовой горелки, если в ней используется газ с теплотой сгорания 36 Мдж/м³, а на нагревание 3 л воды в чайнике от 10 ºС до кипения было израсходовано 60 л газа. Теплоёмкость чайника 600 Дж/(кг ºС), удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг ºС)

Дано: t1=10 ºС Vводы= 3 л q=36 Мдж/м3 t2=100 ºС Vгаза=60 л св=4200 Дж/(кг ºС) Сч=600 Дж/(ºС) ή - ?

СИ 0,003 м3 3,6 •107 Дж/м3 0,06 м3

РЕШЕНИЕ КПД тепловой машины вычисляется по формуле , полезной работой в этой ситуации будет работа совершаемая горелкой при нагревании чайника и при нагревании непосредственно воды. При этом сгорит некоторое количество газа и при горении выделится количество теплоты Q. Аполезная=Qнагр.чайника+Qчайника где Подставляем исходные данные, производим вычисления и получаем ответ 55%.

ЗАДАЧА 4. С какой высоты (в км) должен падать оловянный шарик, чтобы при ударе о поверхность он полностью расплавился? Считать, что 50% энергии ша­рика идет на его нагревание и плавление. Начальная температура шарика 32°С. Тел пература плавления олова 232°С, его удельная теплоемкость 200Дж/(кг-К), удельн теплота плавления 58 кДж/кг. g = 9,8м/с2.

Дано: t1=32 ºС t2=232 ºС c=200 Дж/(кг ºС) h - ?

СИ 58 •103

РЕШЕНИЕ Уменьшение механической энергии при падений и неупругом ударе шарика равно его начальной потенциальной энергии. В соответствии с законом сохранения энергии именно на столько возросла внутренняя энергия системы воздух-шарик-Земля: mgh. Половина этой энергии идет на приращение внутренней энергии шарика, в ре­зультате чего происходит его нагревание и плавление: mgh = с+, где = 200 ºС - разница между температурой плавления и начальной температу­рой шарика. Получаем: .

ЗАДАЧА 5. Два одинаковых, шарика, сделанных из вещества с удельной тепло­емкостью 450Дж/(кг ºС ), движутся навстречу друг другу со скоростями 40м/с и 20 м/с. Определите, на сколько градусов они нагреются в результате неупругого столкновения.

Дано: С=450 Дж//(кг ºС )

СИ

РЕШЕНИЕ Запишем закон сохранения энергии с учетом приращения внутренней (тепловой) энергии: где и - конечная скорость шариков после неупругого удара. Эту скорость найдем из закона сохранения импульса: Для приращения внутренней энергии получаем: Эта энергия идет на нагревание составного тела массой 2т; Получаем:

ЗАДАЧА 6. Для приготовления ванны емкостью 200л смешали холодную воду при 10°С с горячей при 60°С. Сколько литров холодной воды нужно взять, чтобы в ванне установилась температура 40°С?

Дано: t1=10 ºС t2=60 ºС t*=40 ºС V= 200л Vхолодной - ?

СИ 0,2 м3

РЕШЕНИЕ Закон сохранения энергии при теплообмене между телами теплоизолиро­ванной системы имеет вид: Ol+Q2+…=0 - (уравнение теплового баланса). При этом положительной считаются теплота, по­лученная телом, отрицательной – отданная, уравнение теплового баланса записывается автоматически для любого числа тел: где t* - температура теплового равновесия. В данной задаче, учитывая,, что m1 =pV1 и m2 =pV2, получим Учитывая, что где V- объем ванны, находим