Теплообмен, теплоемкость системы

Работа

Существуют два способа обмена энергией между системой и внешними телами. Под работой понимают такой способ обмена энергией, при котором происходит перемещение макроскопических частей системы, меняется ее объем. Работа как процесс обмена энергией связана с упорядоченной формой движения материи. Энергия, предаваемая или получаемая при этом системой, называется работой.

Можно отметить, что работа как вид обмена энергией реализуется в чистом виде для адиабатического процесса - это процесс, происходящий без теплообмена с окружающими систему телами (). В этом случае сжатие газа сопровождается его нагревом, а расширение - охлаждением, т.е. изменением внутренней энергии системы.

Выведем формулу, которая позволяет рассчитать работу для различных процессов. Рассмотрим процесс равновесного расширения газа, находящегося под поршнем (рис. 2.7,б). Сила давлениягаза на поршень площади при его элементарном перемещении совершает элементарную работу , равную

. (2.35)

Для работы на конечном перемещении можно записать

. (2.36)

Рис. 2.7

Графически работа газа на диаграмме в координатах () изображается площадью под графиком процесса (рис. 2.7,в). Для изобарического процесса это будет площадь прямоугольника, а для кругового процесса работа равна площади замкнутой фигуры (), ограниченной графиком процесса (, рис. 2.7,г)

Работа газа при его расширении будет положительной, а при сжатии его - отрицательной.

Под теплообменом (теплопередачей) понимают процесс обмена энергией между системой и внешними телами, при котором не происходит изменение объема системы, не перемещаются ее макроскопические части. Энергия, получаемая или отдаваемая системой при таком процессе, называется количеством теплоты. Если система получает теплоту, то она считается положительной, если отдает - отрицательной.

Теплообмен может происходить за счет соударений молекул системы и внешних тел на границе их раздела, за счет лучеиспускания (молекулы системы поглощают электромагнитное излучение внешних источников) и за счет конвекции - процесса переноса тепла в жидкости, газе, сыпучих средах за счет потоков вещества. Примером конвекции является перемешивание нагретых и холодных слоев воздуха в земной атмосфере.

В чистом виде теплообмен реализуется для изохорического процесса ().

Для расчета количества теплоты, получаемой или отдаваемое системой, вводится понятие теплоемкости системы

. (2.37)

Теплоемкость системы равна количеству теплоты, которое необходимо сообщить системе, чтобы нагреть его на один градус.

Вводятся также удельная () и молярная () теплоемкости системы

, , (2.38)

где - масса системы, а - количество вещества.

При известных теплоемкостях системы можно рассчитать количество теплоты, которое получает или отдает система при теплообмене

. (2.39)

Все эти формулы записаны в том случае, когда в системе не происходят изменения агрегатного состояния вещества (плавление или кристаллизация, конденсация или парообразование, эти процессы происходят при постоянной температуре), в этих случаях можно записать

, , (2.40)

где используются определяемые из опыта удельная теплота плавления и парообразования : , .

Дата добавления: 2013-12-13