Презентация "Тепловые явления"

Примеры решения задач

• В ванну налили 100 кг воды, имеющей температуру 20 ºС. Какое количество воды с температурой 80 ºС надо долить в ванну, чтобы температура воды в ней после установления теплового равновесия стала равной 40 ºС? Теплоемкость ванны считать равной нулю. Теплообменом воды с окружающей средой пренебречь.

Дано: Решение:

Ответ: .

Испарение

• Испарение – процесс перехода вещества из жидкого (или твердого) состояния в газообразное, происходящее со свободной поверхности жидкости (твердого тела)
• Испарение сопровождается охлаждением жидкости

Факторы испарения:

• Род жидкости
• Температура жидкости
• Площадь свободной поверхности
• Скорость воздушного потока
• Испарение происходит при любой температуре

Конденсация

• Конденсация – процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое (или твердое)
• Конденсация сопровождается нагреванием жидкости

Насыщенный пар

• Если число молекул, покинувших жидкость, равно числу молекул, вернувшихся в нее, то пар находится в динамическом равновесии со своей жидкостью и называется насыщенным .

Абсолютная влажность

• Абсолютная влажность – скалярная физическая величина, численно равная отношению массы водяного пара, содержащегося в воздухе, к единице объема воздуха.
• Обозначение: ρ
• Формула: , где m – масса водяного пара, V – объем воздуха
• Единица измерения в СИ: [ ρ ] = 1 кг/
• Прибор: гигрометр

• Абсолютная влажность показывает плотность водяного пара, содержащегося в воздухе.

Относительная влажность

• Относительная влажность – скалярная физическая величина, численно равная отношению плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного пара при той же температуре.
• Обозначение: φ
• Формула: , где ρ – плотность водяного пара (абс. влажность), – плотность насыщенного пара.
• Единица измерения (на практике): [ φ ] = 1 %
• Прибор: психрометр

• Относительная влажность показывает близость водяного пара к насыщению

100 % пар, содержащийся в воздухе, начинает конденсироваться: выпадает роса, образуется туман. Точка росы – температура, при которой пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным. " width="640"

Точка росы

• При уменьшении температуры воздуха плотность насыщенного пара уменьшается , а относительная влажность возрастает. При φ 100 % пар, содержащийся в воздухе, начинает конденсироваться: выпадает роса, образуется туман.
• Точка росы – температура, при которой пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным.

Кипение

• Кипение – интенсивный процесс перехода жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков по всему объему жидкости, которые движутся вверх под действием силы Архимеда

• Температура кипения является постоянной!

• Жидкость начинает кипеть, когда давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с внешним атмосферным давлением

• Температура кипения зависит от внешнего давления: при уменьшении давления температура кипения уменьшается

Кессонная

болезнь

Единица измерения: [ L ] = 1 Дж/кг   " width="640"

Удельная теплота парообразования

• Удельная теплота парообразования – количество теплоты, которое необходимо сообщить жидкости массой 1 кг, находящейся при температуре кипения , чтобы полностью превратить ее в пар
• Обозначение: L , r
• Формула: =
• Единица измерения: [ L ] = 1 Дж/кг

Примеры решения задач

• Какое количество теплоты необходимо для обращения в пар 10 г спирта при его температуре кипения и нормальном атмосферном давлении?

Дано: Решение:

m = 10 г = 0,01 кг

L = 0,9 МДж/кг =

= 0,9 Дж/кг = 9 кДж

Q - ?

Ответ: Q = 9 кДж.

• Найдите количество теплоты, требующееся для нагревания до температуры кипения и превращения в пар спирта массой 10 кг, взятого при температуре 18 ºС и нормальном атмосферном давлении.

Дано: Решение:

m = 10 кг

c = 2500 Дж/(кг·ºС)

L = 0,9 МДж/кг =

= 0,9 Дж/кг

Q = ?

Ответ: Q = 10,5 МДж.

Плавление и кристаллизация

• Плавление – процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое
• Кристаллизация (отвердевание) – процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое

• Температуры плавления и кристаллизации являются постоянными!

Единица измерения: [ λ ] = 1 Дж/кг   " width="640"

Удельная теплота плавления

• Удельная теплота парообразования – количество теплоты, которое необходимо сообщить твердому телу массой 1 кг, находящемуся при температуре плавления , чтобы полностью превратить его в жидкость
• Обозначение: λ («лямбда»)
• Формула: =
• Единица измерения: [ λ ] = 1 Дж/кг

График изменения агрегатных состояния вещества

• Уч. MN – охлаждение пара

• Уч. NK – конденсация

• Уч. KL – охлаждение жидкости

• Уч. LP – кристаллизация

• Уч. PR – охлаждение тв. тела

Энергия выделяется!

• Уч. АВ – нагревание тв. тела

• Уч. ВС – плавление

• Уч. CD – нагревание жидкости

• Уч. DE – кипение

• Уч. EF – нагревание пара

Энергия затрачивается!

Примеры решения задач

• Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы полностью расплавить кусок железа массой 650 г, находящийся при температуре плавления?

Дано: Решение:

m = 650 г = 0,65 кг

λ = 2,7 Дж/кг 175,5 кДж

Q - ?

Ответ: Q = 175,5 кДж.

• Найдите количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть до температуры плавления и полностью расплавить 10 кг алюминия, находящемуся при температуре 23 ºС.

Дано: Решение:

m = 10 кг

c = 900 Дж/(кг·ºС)

λ = 3,9 Дж/кг

Q = ?

Ответ: Q = 9,6 МДж.

Тепловые машины

• Тепловой двигатель – механизм, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию
• Виды тепловых двигателей: паровая и газовая турбины, ДВС, реактивный двигатель, турбореактивный двигатель

• КПД теплового двигателя – скалярная ФВ, численно равная отношению полезной работы, совершенной двигателем, к полному количеству теплоты, полученного от нагревателя
• Обозначение: η
• Формула:
• Единица измерения: [ η ] = 1 %

Нагреватель ()

Рабочее тело

(Формула Карно)

Холодильник ()

КПД теплового двигателя ВСЕГДА η

Двигатель внутреннего сгорания

Паровая турбина

Газотурбинный двигатель

Реактивный двигатель

• Опираясь на закон сохранения импульса , можно получить расчетную формулу скорости ракеты:

•  

,

где m – масса топлива, u – скорость реактивной струи, М – масса оболочки ракеты

Единица измерения: [ q ] = 1 Дж/кг   " width="640"

Удельная теплота сгорания топлива

• Удельная теплота сгорания топлива – количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг
• Обозначение: q
• Формула: =
• Единица измерения: [ q ] = 1 Дж/кг

•  

Примеры решения задач

•  

• Определите максимально возможный КПД газовой турбины, если температура подаваемых к ней газов 2000 ºС, а температура газов на выходе из турбины 600 ºС

Дано: Решение:

(формула Карно)

Ответ:

Примеры решения задач

•  

• Мощность паровой машины 366,5 кВт, КПД ее равен 20 %. Сколько сгорает каменного угля в топке паровой машины за час?

Дано: Решение:

P = 366,5 кВт = 366,5 ·

η = 20 % = 0,2

t = 1 ч = 3,6

q = 27 Дж/кг

m - ?

Ответ: m = 244,3 кг.