Термодинамика Понятие теплоемкости Изотермический процесс Теплопроводность Тепловые двигатели Дифракция севета Поляризация света Оптика Радиоактивность Ядерные реакции


Лекции по физике теория газов

Теплопроводность.

Теплопроводностью называется явление передачи энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

Теплопроводность

В существовании теплопроводности нас убеждает ряд наблюдений и экспериментов.

Нагревание кастрюли на электрической плитке происходит через теплопроводность

Если твердое тело нагревается или охлаждается, то внутри его наблюдается неравномерное распределение температуры, что приводит к перемещению тепла из одних точек тела в другие. В этом случае тепловой поток будет направлен из участков тела с большой температурой к участкам с меньшей температурой.

Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью; при достаточно высоких температурах в твердых телах его можно наблюдать визуально. Так, при нагревании стального стержня с одного конца в пламени газовой горелки тепловая энергия передается по стержню, и на некоторое расстояние от нагреваемого конца распространяется свечение (с удалением от места нагрева все менее интенсивное).

Интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности зависит от градиента температуры, т.е. отношения DТ/Dx разности температур на концах стержня к расстоянию между ними. Она зависит также от площади поперечного сечения стержня (в м2) и коэффициента теплопроводности материала [в соответствующих единицах Вт/(мDК)]. Соотношение между этими величинами было выведено французским математиком Ж.Фурье и имеет следующий вид:

, где q – тепловой поток, k – коэффициент теплопроводности, а A – площадь поперечного сечения.

Это соотношение называется законом теплопроводности Фурье; знак «минус» в нем указывает на то, что теплота передается в направлении, обратном градиенту температуры.

Из закона Фурье следует, что тепловой поток можно понизить, уменьшив одну из величин – коэффициент теплопроводности, площадь или градиент температуры. Для здания в зимних условиях последние величины практически постоянны, а поэтому для поддержания в помещении нужной температуры остается уменьшать теплопроводность стен, т.е. улучшать их теплоизоляцию.

Температурный градиент является мерой интенсивности изменения температуры в данном направлении.

Положив в основу предположение о наличии линейной зависимости между тепловым потоком и температурным градиентом, Фурье получил закон теплопроводности, согласно которому плотность теплового потока пропорциональна температурному градиенту

 Знак минус в уравнении показывает, что плотность потока  и температурный градиент имеют противоположное направление, или в направлении потока тепла температура уменьшается. Коэффициент пропорциональности  назван коэффициентом теплопроводности (теплопроводностью).

В таблице представлены коэффициенты теплопроводности некоторых веществ и материалов. Из таблицы видно, что одни металлы проводят тепло гораздо лучше других, но все они являются значительно лучшими проводниками тепла, чем воздух и пористые материалы.

Практические занятия являются одной из важнейших компонент учебного процесса по физике. Они способствуют приобщению студентов к самостоятельной работе, учат анализировать изучаемые физические явления, использовать на практике полученные теоретические знания.

Предназначены для студентов, изучающих раздел курса общей физики «Основы молекулярной физики и термодинамики». В методических указаниях представлены примеры решения типичных задач разной степени трудности. Решения сопровождаются необходимыми примерами и комментариями. Задачи систематизированы по основным темам раздела. Приведены основные формулы, облегчающие усвоение алгоритмов решения задач.


Основы молекулярной физики и термодинамики

                     

Основные формулы

Количество вещества          ,

где                                        

            N – число молекул,                                  

            NA – постоянная Авогадро,          

            m – масса вещества,

            M – молярная масса.

Уравнение Менделеева- Клайперона

                        ,

где           

            р – давление газа,

            V – его объем,

            R – молярная газовая постоянная,

            T – термодинамическая температура.

Уравнение молекулярно – кинетической   теории газов

,

где

            n0 – концентрация молекул,

            <Eпост> – средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул,

            m0 – масса молекулы,

            <υкв> – средняя квадратичная скорость.

Средняя кинетическая энергия молекулы

                        ,

где

i – число степеней свободы,

k – постоянная Больцмана.

Характеристики влажного воздуха.Атмосферный воздух, в основном состоящий из кислорода, азота, углекислого газа, содержит всегда некоторое количество водяного пара.

Отношение абсолютной влажности ненасыщенного воздуха при данной температуре к абсолютной влажности насыщенного воздуха при той же температуре называется относительной влажностью воздуха  = сп / сн или  = сп / сн ·100% , (6.10).

Теплотехнические устройства Теплота, кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит.

Теплопроводность тел зависит от природы вещества, его структуры, температуры и других факторов, а численно она определяется величиной коэффициента теплопроводности .

Теплопроводность металлов обусловлена колебаниями кристаллической решетки и движением большого числа свободных электронов (называемых иногда электронным газом).

Конвекция. Явление возникновения струй или потоков в нагреваемых или охлаждаемых жидкостях и газах называется конвекцией.

Явление конвекции можно объяснить законом Архимеда и явлением теплового расширения тел.

Что же такое лучистый теплообмен? Лучистым теплообменом называется процесс переноса энергии от одного тела к другому с помощью электромагнитного излучения.

Излучение различных тел различно. Оно зависит от природы тела, температуры, состояния поверхности, а для газов – еще от толщины слоя и давления.

Роль теплоты и её использование Глобальные процессы теплообмена не сводятся к нагреванию Земли солнечным излучением.

Закон Стефана-Больцмана Закон Стефана-Больцмана устанавливает зависимость излучения от температуры.

Потери тепла в окружающую среду Отдача тепла от поверхности аппарата в окружающую среду происходит путем конвекции и лучеиспускания; поэтому при расчете потерь тепла в окружающую среду следует пользоваться уравнением совместной отдачи тепла конвекцией и лучеиспусканием.

Принципиальная схема прямоточного котла показана на рис Питательная вода подается в конвективный экономайзер 6, где она подогревается за счет тепла газов, и поступает в экранные трубы 2, выполненные в виде параллельно включенных змеевиков, расположенных на стенах топочной камеры.

Основы водоподготовки. Одной из основных задач безопасной эксплуатации котельных установок является организация рационального водного режима, при котором не образуется накипь на стенках испарительных поверхностей нагрева, отсутствует их коррозия и обеспечивается высокое качество вырабатываемого пара.

Конструкции отечественных котлов. Барабанные котлы с естественной циркуляцией.


Радиоактивность Энергетика