• Acasă
  • Despre
  • a lua legatura
  • Scris
  • Blog

thursday

Această secțiune definește căldură, „Fluxul spontan de energie de la un obiect la altul cauzat de diferența de temperatură dintre obiecte” și muncă, orice transfer non-termic de energie în sau în afara unui sistem. De asemenea, introduce prima lege a termodinamicii, unde U este energia totală a sistemului, Q este energia care intră în sistem ca căldură și W este energia care intră în sistem ca lucru. Schroeder subliniază că aceste definiții ale căldurii și ale muncii sunt contrare modului în care folosim termenii în vorbirea comună. De exemplu, dacă vă frecați mâinile reci pentru a le încălzi, prin aceste definiții nu se face încălzirea sistemului, deoarece schimbarea temperaturii nu se datorează fluxului spontan de energie. Mai degrabă, mâinile tale sunt încălzite de muncă.

Schroeder introduce în continuare unitățile Joule, calorii (egale cu 4.186 J) și kilocalorii (cunoscute și sub denumirea de calorii alimentare, 4186 J); și cele trei tipuri de transfer de căldură, conducție (transfer prin contact molecular), convecție (transfer prin mișcarea în vrac a unui gaz sau a unui lichid) și radiații (emisie de unde electromagnetice).

Problema 1.26: O baterie este conectată în serie la un rezistor, care este scufundat în apă (pentru a pregăti o ceașcă fierbinte de ceai). Ați clasifica fluxul de energie de la baterie la rezistor ca „căldură” sau „lucru”? Dar fluxul de energie de la rezistor la apă?

Fluxul de energie de la baterie la rezistor funcționează, deoarece energia transferată de electronii care se deplasează prin rezistor este condusă de diferența de tensiune, nu apare spontan din cauza unei diferențe de temperatură. Fluxul de energie de la rezistențe la apă, totuși, este căldură.

Problema 1.27: Dați un exemplu de proces în care nu se adaugă căldură unui sistem, dar temperatura acestuia crește. Apoi dați un exemplu opus: un proces în care căldura este adăugată unui sistem, dar temperatura sa nu se schimbă.

Imaginați-vă că aveți un cilindru de aer comprimat care se află la temperatura camerei. Dacă deschideți supapa și începeți să lăsați să iasă aer, presiunea din cilindru va scădea. Conform legii gazelor ideale, temperatura aerului din interiorul buteliei va scădea proporțional cu presiunea. (Acesta este motivul pentru care rezervoarele de propan atașate la grătarele cu gaz se îngheață ocazional în timp ce grătarul este utilizat.) Condiția opusă s-ar menține dacă ați pompa aer din cameră în cilindru. Apoi, temperatura gazului din butelie ar crește proporțional cu presiunea, dar nu s-ar adăuga căldură.

Un sistem în care se adaugă căldură, dar temperatura nu se schimbă, ar fi unul în care fie energia termică este compensată prin muncă, fie în care energia termică provoacă o schimbare fără temperatură, cum ar fi o schimbare de fază. De exemplu, dacă fierbeți apă, energia curge constant în apă din cauza căldurii, dar temperatura rămâne la 100 ° C. Energia trece la schimbarea apei din faza lichidă în faza gazoasă.

Problema 1.28: Estimați cât timp trebuie să aduceți o ceașcă de apă la temperatura de fierbere într-un cuptor cu microunde tipic de 600 de wați, presupunând că toată energia ajunge în apă. (Asumați orice temperatură inițială rezonabilă pentru apă.) Explicați de ce nu este implicată căldură în acest proces.

O calorie este cantitatea de energie necesară pentru a crește un gram de apă cu 1 ° C. Un watt este un joule pe secundă. O ceașcă de apă are 236,6 ml, adică 236,6 grame. Dacă presupunem că apa este la 21 ° C, atunci cantitatea de energie necesară pentru a aduce apa la fierbere este de 236,6 x 79 = 18691,4 calorii, adică 78.242 juli. Împărțind la 600, obținem 130 de secunde pentru a încălzi apa până la fierbere. Nu este implicată nicio căldură deoarece microundele care vibrează fizic moleculele de apă polară sunt generate, nu emise spontan. Aceasta este o lucrare, la fel ca atunci când vă frecați mâinile împreună, astfel încât fricțiunea să le încălzească. Acesta nu este un transfer spontan de energie datorat temperaturii, este un transfer de energie determinat.

Problema 1.29: O masă care conține 200 g de apă stă pe masa din sala de mese. După ce i-ați măsurat cu atenție temperatura la 20 ° C, părăsiți camera. Revenind zece minute mai târziu, măsurați din nou temperatura și constatați că acum este 25 ° C. Ce puteți concluziona despre cantitatea de căldură adăugată în apă? 04.30 Sugestie: Aceasta este o întrebare truc

Puteți deduce că căldura netă adăugată în apă a fost mai mică sau egală cu 1000 de calorii. Este posibil să nu se fi adăugat căldură și creșterea temperaturii să se fi datorat în întregime funcționării. Este posibil să se fi făcut unele lucrări și, de asemenea, să se adauge ceva căldură. Este posibil să fie adăugate peste 1000 de calorii de căldură și apoi eliminate din nou. Nu poți ști cu siguranță nimic altceva decât că există 1000 de calorii noi de energie, dintre care unele sau toate sau nici una nu ar putea proveni din căldură.