Отопление дали: Отопление дали в 99% жилых домов Москвы — ЖКХ

Власти Березников дали совет жителям, недовольным счетами за отопление

https://ria.ru/20210210/otoplenie-1596868407.html

Власти Березников дали совет жителям, недовольным счетами за отопление

Власти Березников дали совет жителям, недовольным счетами за отопление

Глава пермских Березников Константин Светлаков посоветовал жителям, пожаловавшимся на большие счета за отопление, утеплять дома для снижения теплопотерь,… РИА Новости, 10.02.2021

2021-02-10T17:19

2021-02-10T17:19

2021-02-10T17:20

березники

пермский край

общество

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn21.img.ria.ru/images/07e5/02/0a/1596868553_0:94:934:619_1920x0_80_0_0_a4e8b63b6dc7d9d7b59bd3bbab921697.jpg

ПЕРМЬ, 10 фев — РИА Новости. Глава пермских Березников Константин Светлаков посоветовал жителям, пожаловавшимся на большие счета за отопление, утеплять дома для снижения теплопотерь, отметив закономерность роста платёжек в зимнее время из-за увеличения количества потребляемого ресурса. В своем официальном Instagram-аккаунте Светлаков указал, что получил много вопросов от жителей по квитанциям за тепло и воду. Многие граждане при сравнении размеров платежей за декабрь и январь обнаружили, что сумма за последний месяц оказалась выше.Также, по его словам, на размер платежа за тепло влияют теплопотери. «Чтобы не происходило теплопотерь, важно утеплять дома: ставить окна в подъездах, утеплять двери, закрывать подвалы и чердаки, чтобы, говоря простым языком, не отапливать улицу. И в этом направлении жильцам надо плотно работать с управляющими компаниями», — отметил он.В региональном министерстве тарифного регулирования РИА Новости пояснили, что утверждённые ведомством тарифы на теплоснабжение в Пермском крае, в том числе в Березниках, с 1 января не изменились.Собеседник добавил, что оплата рассчитывается двумя способами. Первый — по нормативу потребления и площади помещения — используется для жителей домов, не оборудованных общедомовыми приборами учёта тепловой энергии. Когда же в многоэтажке стоит общедомовой счетчик, расчет платы за отопление производят исходя из объема потребления тепловой энергии в доме, пропорционально общей площади и площади одного помещения.

https://ria.ru/20210210/prichiny-1596774139.html

https://ria.ru/20210206/otoplenie-1596300481.html

березники

пермский край

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn23.img.ria.ru/images/07e5/02/0a/1596868553_0:77:850:714_1920x0_80_0_0_5986b9d691a1bbb8bcde6a5ea988fa8e.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

березники, пермский край, общество

ПЕРМЬ, 10 фев — РИА Новости. Глава пермских Березников Константин Светлаков посоветовал жителям, пожаловавшимся на большие счета за отопление, утеплять дома для снижения теплопотерь, отметив закономерность роста платёжек в зимнее время из-за увеличения количества потребляемого ресурса.

В своем официальном Instagram-аккаунте Светлаков указал, что получил много вопросов от жителей по квитанциям за тепло и воду. Многие граждане при сравнении размеров платежей за декабрь и январь обнаружили, что сумма за последний месяц оказалась выше.

«Традиционно январский платёж выше декабрьских начислений. Это не связано с тарифом, так как он устанавливается на год и меняется только летом. На изменение суммы платежей в квитанциях влияет теплопотребление. Существенное похолодание на улице приводит к… увеличению отпуска тепла», — процитировал Светлаков представителей пермского филиала АО «ЭнергосбыТ Плюс».

Также, по его словам, на размер платежа за тепло влияют теплопотери. «Чтобы не происходило теплопотерь, важно утеплять дома: ставить окна в подъездах, утеплять двери, закрывать подвалы и чердаки, чтобы, говоря простым языком, не отапливать улицу. И в этом направлении жильцам надо плотно работать с управляющими компаниями», — отметил он.

10 февраля, 10:06

В Новосибирской области проверят причины отключения отопления в домахВ региональном министерстве тарифного регулирования РИА Новости пояснили, что утверждённые ведомством тарифы на теплоснабжение в Пермском крае, в том числе в Березниках, с 1 января не изменились.

«Размер платы за отопление формируется из утвержденного тарифа (цена одной гигакалории) и объема потребляемого ресурса: количество потраченных на обогрев квартиры гигакалорий в месяц. Объем потребляемой тепловой энергии напрямую зависит от температуры воздуха. Чем ниже температура воздуха, тем больший объем тепловой энергии необходим, чтобы поддерживать нормативную температуру в домах. Тариф с 1 января не изменился», — рассказали в ведомстве.

Собеседник добавил, что оплата рассчитывается двумя способами. Первый — по нормативу потребления и площади помещения — используется для жителей домов, не оборудованных общедомовыми приборами учёта тепловой энергии. Когда же в многоэтажке стоит общедомовой счетчик, расчет платы за отопление производят исходя из объема потребления тепловой энергии в доме, пропорционально общей площади и площади одного помещения.

6 февраля, 13:47

Температуру отопления в Москве подняли до максимума из-за морозов

Когда включают отопление в Москве?

Каждую осень в дома москвичей начинает поступать тепло, причем старт отопительного сезона и решение принимается комплексно, с учетом нескольких факторов, которые влияют на то, когда включают отопление.

По правилам включают отопление в Москве по распоряжению Правительства, когда среднесуточная температура наружного воздуха держится на протяжении пяти дней ниже 8 °С. Так же Правительство учитывает и оперативный прогноз погоды при принятии решения включить отопление: в случае если температура имеет резкую динамику к снижению – включают отопление в Москве досрочно.

Собранная за последние восемь лет статистика по включению отопления показывает, что в среднем отопление включают в конце сентября или начале октября:

• 2020 год – 28 сентября
• 2019 год – 23 сентября
• 2018 год – 25 сентября
• 2017 год – 28 сентября
• 2016 год – 20 сентября
• 2015 год – 4 октября
• 2014 год – 25 сентября
• 2013 год – 21 сентября

В первую очередь к теплу подключают социально значимые объекты города: больницы, детские сады, школы, поликлиники. Одновременно с этим отопление подают и в жилые дома. Затем отопление включают на промышленных объектах и в офисах. При штатном режиме включение отопления во всех зданиях Москвы полностью завершается в течение нескольких дней.

В случае необходимости подача тепла на некоторые объекты может начаться раньше, чем начнется официальный отопительный сезон в Москве.

Видео о том когда включают отопление в Москве?

 

Когда отключают отопление в Москве?

Если среднесуточная температура воздуха поднимается выше 8°С и сохраняется на протяжении пяти дней, Правительство Москвы принимает решение об отключении отопления. Оперативный прогноз погоды так же учитывается.

Бывали случаи, когда принималось решение об отключении отопления, но из-за резкого понижения температуры тепло снова включали.

• 2018 год – 29 апреля
• 2017 год – 1 мая (экстренное включение отопления с 9 по 18 мая)
• 2016 год – 3 мая
• 2015 год – 30 апреля
• 2014 год – 30 апреля

Батареи начинают постепенно остывать и полностью весь город отключается от тепла в течение нескольких дней.

Какие нормативы установлены на температуру в помещениях?

После включения отопления во всей Москве вступают в силу требования к температуре внутри обогреваемых помещений. В зависимости от типа помещения температурные правила отличаются:

• Квартира, жилое помещение: не ниже 18°С
• Детские сады: игровые комнаты 22°С — 24°С, в спальнях 19°С-20°С
• Школы: 18°С-24°С
• Офис: 21°С-23°С

Если в вашей квартире или офисе температура ниже указанных значений, если прошло более пяти дней после официального старта отопительного сезона, а у вас все еще холодно вы можете:

• Обратиться на круглосуточную горячую линию ПАО «МОЭК»: +7 (495) 539-59-59 или оставить свое обращение на сайте МОЭК-Онлайн: https://online.moek.ru/ask-question
• Позвонить в единую диспетчерскую службу ДЖКХ Москвы: +7 (495) 539-53-53
• Воспользоваться мобильным приложением «Госуслуги Москвы»

При замерах температуры используйте корректно работающие термометры и замеряйте в течении времени находясь в середине комнаты.

Окна и двери должны быть закрыты.

Хотите точно узнать, когда включают отопление в Москве? Следите за новостями нашей компании мы обязательно публикуем новости о включении отопления и его отключении.

Еще на эту тему

Как в соцсетях ждут начала отопительного сезона — Сноб

ВКЛЮЧИТЕ, МАТЬ ВАШУ, ОТОПЛЕНИЕ НАКОНЕЦ, У НАС В ШКОЛЕ ВСЕ В КУРТКАХ И ШАРФАХ ХОДЯТ pic.twitter.com/1Mtl6x2yMF

— ♡piterskaya_krasotka♡ (@youknow_itisya) September 23, 2019

Всё ещё не дали отопление

Я: pic.twitter.com/GXj4SJJ0r2

— Elly (@I_loveu_bitches) September 23, 2019

да что такое это ваше отопление pic.twitter.com/psdJ4xQ69r

— rrrrrrrrrrrrrrrrr (@880o5553535) September 22, 2019

А кокда додут отопление?
Версия мелкого pic.twitter.com/UCH84pcdil

— нереварин несудьбы (@_nemuro) September 23, 2019

Настало время шуток про отопление pic. twitter.com/nLvCvSLWME

— Букля Вспукля ляляля / love you more than 3000 (@babycarrotitsme) September 23, 2019

надеюсь этот спиритический круг поможет

ОТОПЛЕНИЕ

— jamba (@golftykva) September 18, 2019

– Может быть поедем ко мне?
– Мы еще слишком мало знакомы.
– У меня включили отопление…
– Ни слова больше. Вызывай такси.

— Разрыхлитель Мозгов (@crazy_kutas) September 19, 2019

 

Когда сказали, что отопление будет только 15 октября: pic.twitter.com/mEAYlamT1H

— илмли (@IlmaStr) September 18, 2019

 

— Я хочу услышать три самых главных слова…

— Нам дали отопление

— Блонди ДеВиль (@chertovka00) September 18, 2019

Я:
парень

девушка

это не важно, важно, что я ЖИВОЙ ЧЕЛОВЕК

ХОЧУ:
парня

девушку

ОТОПЛЕНИЕ

— тюлень от природы (@elislious) September 21, 2019

Топ самых ожидаемых событий осени:
1. ОТОПЛЕНИЕ.. pic.twitter.com/20Cbyo7QR3

— Тамара Воронина (@dama1725) September 23, 2019

 

Мэр Собянин заявил, что не включит отопление в Москве до декабря из-за травли парада коммунальной техники.

— La Russie parle (@Russia_calls) September 22, 2019

Не только рядовые москвичи ждут тепло в квартирах, городской департамент ЖКХ тоже переживает. 

Все сообщения про отопление видим, ждем сами с нетерпением! И тоже переживаем, не хочется ведь вас расстраивать :/

В общем, если завтра все будет ок — надеемся, включат по сигналу от города!

На всякий, если будут у кого-то задержки после официального старта, то мы на связи pic.twitter.com/4osAMsbkeO

— Департамент ЖКХ (@DGKH_mos_ru) September 22, 2019

А кому-то уже повезло, им дали тепло. Однако не все этим довольны.

— в Москве включили отопление pic.twitter.com/5LWL435Uf4

— володя киракосов (@kirakosss) September 21, 2019

 

Ура!!! Отопление дали!
Все лето ждала этого момента pic. twitter.com/FQfDWSsF3C

— Ольга Никонова (@OlgaNikes) September 17, 2019

 

Причём здесь пятница и утро субботы!?!
Отопление включили…жарко! pic.twitter.com/bOndzJroYC

— СветЛана (@SvetLana1873) September 21, 2019

что делать, если не дали отопление в Новосибирске

Тепло дали почти во все дома Новосибирска. Энергетики отчитались о развороте системы отопления в городе. Утром 30 сентября батареи были холодными в 93 многоэтажках. Когда тепло будет везде, и куда обращаться, если температура в квартире ниже положенных +18, расскажут «Новосибирские новости».

Александр Сульдин

19:25, 30 Сентября 2020

Улица Саввы Кожевникова, дом №1. Местная жительница накануне опубликовала пост в соцсетях: «Тепла так и не дали, отопления нет.

На дверях подъезда объявление: „28, 29 сентября запуск системы. Закрыть все краны, прекратить ремонты“. Чуть ниже другое: „Придётся потерпеть в связи с наладкой режимов. До 1 октября“. Всему Северо-Чемскому жилмассиву».

Для того, чтобы узнать актуальную информацию о ситуации в вашем доме, звонить куда-то не обязательно. Для этого достаточно иметь компьютер с доступом в интернет. Необходимая информация есть на интерактивной карте «Мой Новосибирск».  

На главной странице — два десятка картинок со ссылками на электронные карты по сферам городского хозяйства. Нас интересует та, что с лампочкой, — «Отключение систем жизнеобеспечения».

Можно пойти другим путём. В поисковой строке ввести цифры 051 — появится ссылка на страницу диспетчерской службы мэрии. Там навести курсор на слово «Отключения» — и выбрать кнопку «Мой дом». Далее — ввести адрес своего дома. Внизу экрана отобразятся данные об отключении.

Через «Мой Новосибирск» можно и пожаловаться на проблемы с отоплением. Для этого надо создать свой личный кабинет. Тогда можно нажать на кнопку «Сообщить о проблеме» на карте отключений и заполнить табличку. Также с жалобой можно обратиться по телефону 051.

Энергетики сегодня отчитались: отопление дали практически во все дома города. Батареи холодные в 93 многоэтажках, в том числе и на Северо-Чемском. В СГК обещали исправить ситуацию максимум за два дня. Если есть проблемы с уже подключёнными домами, рекомендуют обращаться в обслуживающую организацию — там должны быстро решить вопрос. 

Как подключают тепло — смотрите в сюжете «Новосибирских новостей»:  

Видео: nsknews.info

#Энергетика #Дом в городе #Полезный город

Подписывайтесь на наши соц. сети

в волгоградской сталинке меняют трубу отопления, чтобы согреть 97-летнего ветерана

Пусконаладочные работы на внутридомовых сетях отопления в трехэтажной сталинке в Ворошиловском районе не решили проблему с теплом в квартире 97-летнего инвалида Великой Отечественной войны Василия Кузнецова. Как сообщили ИА «Высота 102» сегодня в мэрии, накануне по указанию городского департамента ЖКХ И ТЭК управляющая компания отрегулировала инженерные коммуникации. В результате, как показали последующие замеры, батареи во всех квартирах дома стали гораздо теплее. Однако по поводу трех квартир у профильных структур администрации города остались вопросы, поскольку в данных помещений температура воздуха повысилась меньше всего. Причиной явилось неудовлетворительное состояние стояка центрального отопления.

Как раз во втором подъезде дома № 85/4 по улице Кузнецкой на первом этаже и живет участник войны. 

В мэрии пояснили, что сегодня в течение дня сотрудники ООО «УК Ворошиловского района» под контролем профильного городского департамента отремонтируют данный теплопровод, что позволит установить в квартирах комфортную температуру. На время проведения ремонта подача теплоносителя в квартиры второго подъезда временно приостановлена. По окончании мероприятий УК проведет промывку и повторные замеры температуры воздуха в жилых помещениях.  

Как ранее сообщала «Высота 102», неделю до огласки ситуации в СМИ 97-летний Василий Кузнецов и его родственники не могли решить вопрос с холодными батареями в своей квартире. Дочь пожилого мужчины Юлия Ляхова рассказала, что проблема возникла после устранения неполадок в котельной, которую временно отключали. После этого в половине их квартиры пропало отопление. Жильцы несколько дней сами пытались достучаться до обслуживающей их дом организации. Им обещали все наладить, но батареи так и остались холодными. Василий Михайлович, который, по словам дочери, дошел до Берлина, был вынужден включать два обогревателя, спать дома в ушанке и телогрейке. 

в половине муниципалитетов региона дали отопление

15 октября 2020, 13:30

---

---

Тепло подали в чуть менее 38% социально значимых объектов Приморья и в 18% жилых домов региона, сообщает ИА DEITA. RU.

По данным Министерства жилищно-коммунального хозяйства Приморья на утро 15 октября, тепло начало поступать на 647 объектов соцкультбыта, и в 2181 жилой дом в 19 муниципалитетах Приморья. Представители ведомства рассказали, что отопление дали в жилых домах Артемовского, Арсеньевского, Дальнегорского, Дальнереченского городских округов, Дальнереченского, Кавалеровского, Красноармейского, Пожарского, Ольгинского, Яковлевского районов, Пограничного, Тернейского, Чугуевского и Анучинского муниципальных округов.

Кампания по ремонту в текущем году вышла на финишную прямую, те работы, которые ещё нужно закончить никак не скажутся на подаче тепла. По сообщению представителей ведомства, при запуске подачи отопления необходимо не только обеспечить работу котельных и теплотрасс, но и отрегулировать внутридомовые инженерные системы.

Стоит отметить, работа проводится в рамках реализации государственной программы «Обеспечение доступным жильем и качественными услугами ЖКХ населения Приморского края».

Напомним, решения как о начале отопительного сезона, так и о его прекращении принимается в рамках законодательства органами местного самоуправления. Глава муниципалитета не может принять такое решение позже, чем наступит пятидневный период понижения среднесуточной температуры ниже плюс восьми градусов по Цельсию.

Автор: Софья Корф

Когда включат отопление в Москве в 2020 году

В настоящее время тепло подается в 34 тыс. домов и 8,7 тыс. объектов социальной сферы

Фото: Lopolo/shutterstock

Отопление включили во всех жилых домах и социальных учреждениях столицы. В настоящее время тепло поступает во все жилые здания, которых в городе около 34 тыс., и объекты социальной сферы — 8,7 тыс. Об этом сообщается на сайте мэрии Москвы.

Городские службы корректируют подачу тепла в зависимости от температуры воздуха, уточнил заммэра Москвы по вопросам жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства Петр Бирюков. В настоящее время продолжается подключение отопления в офисные центры, торговые и промышленные предприятия по заявкам самих потребителей, отметил Бирюков.

Напомним, что в 2020 году отопительный сезон в столице стартовал раньше. Такое распоряжение дал мэр Москвы в связи с введением режима самоизоляции для пожилых горожан и переводом части работающих москвичей на удаленную работу.

Рассказываем, когда в Москве обычно включают отопление, какая в помещении должна быть температура, а также куда обратиться, если тепло так и не подали.

Когда обычно включают

В Москве включают отопление по распоряжению столичного правительства, если среднесуточная температура в течение пяти дней держится ниже 8 °С и по прогнозу погоды ожидается ее дальнейшее понижение. Отключают отопление по тому же принципу — если средняя температура за сутки в течение пяти дней держится выше 8 °С и по прогнозу погоды ожидается ее дальнейшее повышение.

В Москве должно похолодать до 7 °С, чтобы подали тепло (Фото: Blazej Lyjak/shutterstock)

Сколько потребуется дней

Работы по включению и регулировке отопления обычно длятся несколько дней. Сначала батареи включают в детских садах, школах, больницах, поликлиниках и других соцучреждениях. Затем тепло подают в жилые многоэтажки, а уже после на промышленные предприятия. Выключают отопление в обратном порядке — сначала на промышленных объектах, потом в жилых домах и в последнюю очередь в социальных учреждениях.

В квартирах отопление включают после школ и поликлиник (Фото: Lopolo/shutterstock)

Могут ли отключить отопление в холод

В течение одного месяца отопление в квартире в общей сложности могут отключать не более чем на сутки. Один раз в месяц отключить отопление могут не более чем: на 16 часов, если температура в помещении сохраняется выше 12 °С; на восемь часов, если температура в помещении от 10 °С до 12 °С; на четыре часа, если температура в помещении от 8 °С до 10 °С. За каждый лишний час плата за отопление в расчетном периоде, когда произошло отключение, снижается на 0,15%.

Температура во время отопительного сезона

Во время отопительного сезона температура в квартире должна быть не менее 18 °С, а в угловых комнатах — не ниже 20 °С. В детском учреждении должно быть не меньше 22–24 °С тепла, в офисе нормальная температура составляет от 21 °С до 23 °С, а на работе, которая требует физической нагрузки, от 16 °С до 18 °С.

Измерять температуру лучше всего в центре комнаты (Фото: Lopolo/shutterstock)

Как измерить температуру

Для того чтобы измерить температуру, нужно закрыть все двери и окна. Держать градусник необходимо в одном метре от пола и не менее чем в 50 см от стены. Для получения наиболее объективных данных лучше всего измерять тепло в центре самой большой комнаты в квартире.

Если отопление не включили

В случае если отопительный сезон начался более пяти дней назад, а дома все еще холодно, нужно позвонить на горячую линию 8-800-100-23-29, в МОЭК или управляющую домом компанию. Также можно оставить заявку через мобильное приложение «Госуслуги Москвы» или отправить письмо на электронную почту в Мосжилинспекцию ([email protected]). В эти структуры стоит обратиться в случае, если отопление в квартире ниже нормы.

Автор

Вера Лунькова

Как рассчитать время нагрева объекта

Различные материалы нагреваются с разной скоростью, и расчет времени, необходимого для повышения температуры объекта на заданную величину, является обычной проблемой для студентов-физиков. Чтобы рассчитать его, вам нужно знать удельную теплоемкость объекта, массу объекта, изменение температуры, которое вы ищете, и скорость, с которой к нему подводится тепловая энергия. Посмотрите, как этот расчет выполняется для воды, и вы сможете понять процесс и то, как он рассчитывается в целом.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Рассчитайте необходимое количество тепла ( Q ) по формуле:

Q = mc ∆ T

Где m обозначает массу объекта, c обозначает удельную теплоемкость, а ∆ T обозначает изменение температуры. Время, необходимое ( т ) для нагрева объекта при подаче энергии мощностью P , определяется по формуле:

t = Q ÷ P

1. Рассчитайте изменение температуры в Цельсия или Кельвина

Формула количества тепловой энергии, необходимой для определенного изменения температуры:

Где м означает массу объекта, c — удельная теплоемкость материала, из которого он изготовлен. от и ∆ T — изменение температуры.Сначала рассчитайте изменение температуры по формуле:

∆ T = конечная температура — начальная температура

Если вы нагреваете что-то от 10 ° до 50 °, это дает:

Обратите внимание, что в то время как Цельсий и Кельвин — разные единицы измерения (и 0 ° C = 273 K), изменение на 1 ° C равно изменению на 1 K, поэтому в этой формуле они могут использоваться как взаимозаменяемые.

2. Найдите удельную теплоемкость материала

Каждый материал имеет уникальную удельную теплоемкость, которая показывает, сколько энергии требуется, чтобы нагреть его на 1 градус Кельвина (или 1 градус Цельсия) на определенное количество вещества или материала.Для определения теплоемкости вашего конкретного материала часто требуется обратиться к онлайн-таблицам (см. Ресурсы), но вот некоторые значения для обычных материалов c в джоулях на килограмм и на Кельвин (Дж / кг · К):

Алкоголь (пить ) = 2,400

Лед (при −10 ° C) = 2,050

Выберите значение, соответствующее вашему веществу. В этих примерах основное внимание будет уделено воде ( c = 4 186 Дж / кг K) и свинцу ( c = 128 Дж / кг K).

3. Найдите массу и рассчитайте необходимое количество тепла

Окончательная величина в уравнении составляет м для массы объекта. Короче говоря, для нагрева большего количества материала требуется больше энергии. Итак, для примера представьте, что вы вычисляете количество тепла, необходимое для нагрева 1 килограмма (кг) воды и 10 кг свинца на 40 К. Формула гласит:

Итак, для примера с водой:

Q = 1 кг × 4186 Дж / кг K × 40 K

Итак, требуется 167.44 килоджоулей энергии (то есть более 167000 джоулей) для нагрева 1 кг воды на 40 K или 40 ° C.

Q = 10 кг × 128 Дж / кг K × 40 K

Таким образом, для нагрева 10 кг свинца на 40 K или 40 ° C требуется 51,2 кДж (51 200 джоулей) энергии. Обратите внимание, что для нагрева в десять раз больше свинца на такое же количество требуется меньше энергии, потому что свинец легче нагреть, чем воду.

4. Расчет затраченного времени

Мощность измеряет количество энергии, отдаваемой в секунду, и это позволяет рассчитать время, необходимое для нагрева рассматриваемого объекта.Затраченное время ( т ) определяется по формуле:

, где Q — тепловая энергия, рассчитанная на предыдущем шаге, а P — мощность в ваттах (Вт, т. Е. Джоули в секунду). Представьте, что воду из примера нагревает чайник мощностью 2 кВт (2000 Вт). Результат из предыдущего раздела дает:

Таким образом, для нагрева 1 кг воды на 40 К с помощью чайника мощностью 2 кВт требуется менее 84 секунд. Если бы на 10-килограммовый свинцовый блок с такой же скоростью было подано питание, на нагрев потребовалось бы:

Таким образом, потребуется 25.6 секунд, чтобы нагреть провод, если тепло подается с той же скоростью. Опять же, это отражает тот факт, что свинец нагревается легче, чем вода.

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Введение

Когда ток течет по проводнику, в проводнике генерируется тепловая энергия. Нагревательный эффект электрического тока зависит от трех факторов:

• Сопротивление R проводника. Чем выше сопротивление, тем больше тепла.
• Время t, в течение которого течет ток.Чем больше время, тем больше выделяется тепла
• Величина тока I. Чем выше сила тока, тем больше выделяется тепла.

Следовательно, эффект нагрева, создаваемый электрическим током I через проводник сопротивления R в течение некоторого времени, t определяется как H = I ² Rt. Это уравнение называется уравнением Джоуля электрического нагрева.

Электроэнергия и мощность

Работа, совершаемая при проталкивании заряда по электрической цепи, определяется выражением w.d = VIt

Таким образом, мощность, P = w.d / t = VI

Электроэнергия, потребляемая электроприбором, определяется как P = VI = I ² R = V ² / R

Пример

1. Электрическая лампочка имеет маркировку 100 Вт, 240 В. Вычислить:

а) Ток через нить накала при нормальной работе лампы
б) Сопротивление нити накала, используемой в лампе.

Решение

1. I = P / V = ​​100/240 = 0.4167A
2. R = P / I ² = 100 / 0,4167 ² = 576,04 Ом или R = V ² / P = 240 ² /100 = 576 Ом

1. Найдите энергию, рассеиваемую за 5 минут электрической лампочкой с нитью накала 500 Ом, подключенной к источнику питания 240 В. { анс. 34,560J }

Решение

E = Pt = V2 / R * t = (240 ² * 5 * 60) / 500 = 34,560 Дж

1. Для нагрева воды используется погружной нагреватель мощностью 2,5 кВт.Вычислить:

1. Рабочее напряжение нагревателя при его сопротивлении 24 Ом
2. Электрическая энергия, преобразованная в тепловую за 2 часа.

{ ANS. 244,9488 В, 1,8 * 10 ⁷ Дж }

Решение

1. P = VI = I ² R

I = (2500/24) ^1/2 = 10,2062A

В = ИК = 10,2062 * 24 = 244,9488 В

1. E = VIt = Pt = 2500 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 ⁷ Дж

ИЛИ E = VIt = 244. 9488 * 10,2062 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 ⁷ Дж

Электрическая лампочка имеет маркировку 100W, 240V. Вычислить:
Ток через нить накала
Сопротивление нити накала, используемой в лампочке.

Решение

P = VI I = P / V = ​​100/240 = 0,4167A
Согласно закону Ома, V = IR R = V / I = 240 / 0,4167 = 575,95 Ом

Применение нагревающего эффекта электрического тока

Большинство бытовых электроприборов таким образом преобразуют электрическую энергию в тепло.К ним относятся лампы накаливания, электрический нагреватель, электрический утюг, электрический чайник и т. Д.

В осветительных приборах

1. Лампы накаливания — изготовлены из вольфрамовой проволоки, заключенной в стеклянную колбу, из которой удален воздух. Это связано с тем, что воздух окисляет нить накала. Нить нагревается до высокой температуры и становится раскаленной добела. Вольфрам используется из-за его высокой температуры плавления; 3400 ⁰ Колба заполнена неактивным газом, например. аргон или азот при низком давлении, что снижает испарение вольфрамовой проволоки.Однако одним из недостатков инертного газа является то, что он вызывает конвекционные токи, которые охлаждают нить накала. Эта проблема сводится к минимуму за счет наматывания проволоки таким образом, чтобы она занимала меньшую площадь, что снижает потери тепла за счет конвекции.
2. Люминесцентные лампы — эти лампы более эффективны по сравнению с лампами накаливания и служат намного дольше. У них есть пары ртути в стеклянной трубке, которая при включении испускает ультрафиолетовое излучение. Это излучение заставляет порошок в трубке светиться (флуоресцировать) i.е. излучает видимый свет. Из разных порошков получаются разные цвета. Обратите внимание, что люминесцентные лампы дороги в установке, но их эксплуатационные расходы намного меньше.

В электрическом обогреве

1. Электрические плиты — электрические плиты раскалены докрасна, и произведенная тепловая энергия поглощается кастрюлей посредством теплопроводности.
2. Электрические обогреватели — лучистые обогреватели становятся красными при температуре около 900 ⁰ C, а испускаемое излучение направляется в комнату с помощью полированных отражателей.
3. Электрочайники — нагревательный элемент размещается внизу чайника так, чтобы нагреваемая жидкость покрывала его. Затем тепло поглощается водой и распределяется по всей жидкости за счет конвекции.
4. Электрические утюги — при прохождении тока через нагревательный элемент выделяемая тепловая энергия передается на основание из тяжелого металла, повышая его температуру. Затем эта энергия используется для прессования одежды. Температуру утюга можно контролировать с помощью термостата (биметаллической планки).

17. ТЕПЛО И ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

17,1. Тепло

Два тела, попавшие в тепловой контакт, будут изменять свою температуру до тех пор, пока находятся при одинаковой температуре. В процессе достижения тепловых равновесие , тепло передается от одного тела к другому.

Предположим у нас есть интересующая система при температуре TS в окружении среды с температурой TE.Если TS> TE тепло идет от система в окружающую среду. Если TS

Рисунок 17.1. Тепловой поток.

Тепло это не единственный способ передачи энергии между системами. и его окружение. Энергия также может передаваться между системами и его окружение с помощью работы (Вт). Единица работы — Джоуль.

Другой обычно используемая единица — калория. Калорийность определяется как количество тепла. это повысит температуру 1 г воды с 14.От 5 C до 15,5 C. Джоуль и калорийность соотносятся следующим образом: 1 cal = 4,1860 Дж

17,2. Теплоемкость

Когда к объекту добавляется тепло, увеличивается его температура. Перемена по температуре пропорционально количеству добавленного тепла

Константа C называется теплоемкостью объекта. Теплоемкость объект зависит от его массы и типа материала, из которого он изготовлен.В теплоемкость объекта пропорциональна его массе, а тепла емкость на единицу массы , c. В таком случае

где m — масса объекта. Молярная теплоемкость — это теплоемкость на моль материала. За Для большинства материалов молярная теплоемкость составляет 25 Дж / моль К.

В для определения теплоемкости вещества нам не только нужно знать, сколько тепла добавлено, а также условия, при которых перевод состоялся.Для газов, добавление тепла при постоянном давлении и при постоянной температуре приведет к очень разным значениям удельная теплоемкость.

17,3. Тепло трансформации

Когда тепло добавляется к твердому телу или жидкости, температура образца делает не обязательно вставать. Во время фазового перехода (плавление, кипение) нагревают добавляется к образцу без повышения температуры. Количество тепла, передаваемого на единицу массы во время фазового перехода, называется теплотой преобразования (символ L) для процесса.Количество необходимого / отпущенного тепла составляет

где m — масса образца.

Проблема 28П

Что массу пара 100C необходимо смешать со 150 г льда при 0C, в термически изолированный контейнер для производства жидкой воды при 50C?

ср начните с расчета количества тепла, необходимого для преобразования 150 г льда при 0 ° C в 150 г. жидкости при 0С.Теплота превращения воды 333 кДж / кг (см. Таблица 20-2, стр. 555). Превращение льда в вода, следовательно, требует общего тепла, отдаваемого

дается тепло, необходимое для изменения температуры 150 г воды с 0C до 50C по

Таким образом, общее количество тепла, которое необходимо добавить в систему, равно 81,5. кДж. Это тепло должно передаваться паром. Будет выпущено тепло когда пар превращается в жидкость, теплота превращения для этого процесса составляет 2260 кДж / кг.Предположим, что масса пара равна м. Общее количество тепла, выделяемого при преобразовании пара в воду дается

тепло, выделяемое при охлаждении пара с 100 ° C до 50 ° C, определяется параметром

Таким образом, общее количество тепла, выделяемого при охлаждении пара, равно 2470 м кДж. Общее необходимое количество тепла составляет 81,5 кДж, поэтому мы заключаем что масса пара должна быть равна 33 г.

17,4. Работа

Предположим система запускается из начального состояния, описываемого давлением pi, объемом Vi и температурой Ti. Конечное состояние системы описывается давлением pf, объемом Vf и температурой Tf. Переход из начального состояния в конечное состояние может можно достичь разными способами (см., например, рисунок 17.2). В На рис. 17.2a давление и объем изменяются одновременно.На рисунке 17.2b сначала понижают давление в системе при сохранении объема постоянным (это может быть достигнуто, например, путем охлаждения образца), а затем, объем увеличивается при постоянном давлении (это может быть достигается за счет нагрева газа при увеличении объема).

Если давление газа увеличивается, он может перемещать поршень (это происходит в двигатель). В этом случае работа выполняется системой по мере подъема расширяющихся газовых лифтов. поршень.С другой стороны, если мы увеличим вес поршня, работа будет производиться в системе по мере того, как поршень опускается. Сила проявляется газом на поршне равна p A, где A — площадь поршневой, p — давление газа. Если поршень смещается расстояние ds, объем проделанной работы можно рассчитать следующим образом:

Рисунок 17.2. Два возможных способа добраться от начальное состояние в конечное состояние.

В общая работа, выполняемая во время конечного перемещения поршня, теперь легко для расчета

Если W положительный, работа была выполнена системой (например, расширяющаяся газ поднимает поршневой). Отрицательное значение W говорит о том, что работают было сделано по системе (поршень прижимается, чтобы сжать газ).

объем проделанной работы равен площади под кривой на диаграммах pV показано на рисунке 17.2. Очевидно, что объем проделанной работы зависит от выбранный путь. Работа W для пути, показанного на рисунке 17.2a, равна значительно больше, чем работа W для пути, показанного на рисунке 17.2b. Любой изменение в системе, в которой объем не изменяется, не будет производить / стоить любая работа. Работа, проделанная для путей, показанных на рисунке 17.2, может быть легко рассчитывается

Нет работа выполняется для пути, показанного на рисунке 17.2b между (pi, Vi) и (pf, Vi), поскольку нет изменений в громкости.Работа сделано для перехода от (pf, Vi) к (pf, Vf) вычисляется легко

Очевидно, W2b всегда меньше, чем W2a, и мы можем сделать объем проделанной работы настолько малым или большим, насколько захотим. За пример, работа не будет выполнена, если переход будет происходить по следующему пути:

(пи, Vi) (0, Vi) (0, Vf) (pf, Vi)

А система может быть переведена из заданного начального состояния в заданное конечное состояние с помощью бесконечное количество процессов. В общем, работа W, а также тепло Q будет иметь разные значения для каждого из этих процессов. Мы говорят, что тепло и работа — это величин, зависящих от пути.

От предыдущее обсуждение ни Q, ни W не представляет собой изменение некоторых внутренних свойства системы. Однако экспериментально наблюдается что величина Q — W одинакова для всех процессов. По-разному только на начальном и конечном состояниях и неважно на каком пути следует, чтобы перейти от одного к другому.Величина Q — W называется изменение внутренней энергии U системы:

U = Uf — Ui = Q — W

Это Уравнение называется первым законом термодинамики . Для небольших изменений первый закон термодинамики можно переписать как

dU = dQ — dW

17.4.1. Адиабатические процессы

Если система хорошо изолирована, теплопередачи между ней и его окружение. Это означает, что Q = 0, и первое начало термодинамики показывает, что

U = — W

Если работа совершается системой (положительная W), ее внутренняя энергия уменьшается. Наоборот, если над системой выполняется работа (отрицательная W), ее внутренняя энергия увеличивается. За газов, внутренняя энергия связана с температурой: более высокая внутренняя энергия энергия означает более высокую температуру. Адиабатическое расширение газа понизит его температуру; адиабатический сжатие газа повысит его температуру .

17.4.2. Процессы постоянного объема

Если объем системы остается постоянным, система не может работать (W = 0 Дж). Первый закон термодинамики показывает, что

U =

кв.

Если в систему добавляется тепло, увеличивается ее внутренняя энергия; если тепло удаляется из системы, его внутренняя энергия уменьшится на .

17.4.3. Циклические процессы;

Процессы которые после определенных обменов тепла и работы возвращаются к своему начальное состояние называют циклическими процессами.В этом случае нет собственных свойства системы изменяются, поэтому U = 0. Первый закон термодинамики немедленно дает

Q =

Вт

17.4.4. Бесплатное расширение

Бесплатно расширение — это адиабатический процесс, в котором никакая работа не выполняется система. Это означает, что Q = W = 0 J и первый закон термодинамики теперь требует, чтобы

U = 0 J

17.5. Передача тепла

передача тепла между системой и окружающей средой может происходить разными способами. Три разных механизма теплопередачи Теперь мы обсудим: проводимость, конвекцию и излучение.

17.5.1. Проводимость

Рассмотрим плиту материала, показанную на рис. 17. 3. В левый конец балки поддерживается при температуре TH; правый конец балки выдерживается при температуре ТС.В результате разницы температур тепло будет течь через плиту от горячего конца к холодному концу. Экспериментально показано, что скорость теплопередачи (Q / t) пропорциональна площадь поперечного сечения плиты, пропорциональная разности температур, и обратно пропорциональна длине плиты

Здесь, k — коэффициент теплопроводности , , постоянная величина, зависящая от типа материала.Большой значения k определяют хорошие проводники тепла. Тепловое сопротивление R связано с теплопроводностью k следующим образом: манера

Рисунок 17.3. Проведение.

Таким образом, чем ниже теплопроводность материала, тем выше тепловая сопротивление R. Из определения R сразу следует, что

Рассмотреть композитная плита состоит из двух разных материалов с длиной L1 и L2, а с теплопроводностью k1 и k2, помещается между двумя термостатами (см. рисунок 17.4). Предполагать что температура поверхности раздела между двумя плитами равна Tx. Количество тепла, поступающего от TH к Tx, равно

.

количество тепла, протекающего от Tx до TC присваивается

Оф Конечно, тепло, протекающее через плиту 1, должно равняться теплу, протекающему через плита 2. Таким образом,

Рисунок 17.4. Передача тепла через композитную плиту.

Это уравнение можно использовать для получения температуры на границе раздела между плита 1 и плита 2:

теплоту, протекающую через плиту, теперь можно легко рассчитать

А композитная плита поэтому имеет тепловое сопротивление, равное сумме термическое сопротивление каждой отдельной плиты.

17.5.2. Конвекция

Тепло перенос конвекцией происходит, когда жидкость, такая как воздух или вода, при контакте с объектом, температура которого выше, чем температура своего окружения. Температура жидкости увеличивается и (в в большинстве случаев) жидкость расширяется. Быть менее плотным, чем окружающий более прохладная жидкость, она поднимается из-за выталкивающей силы. Окружающая более холодная жидкость опускается, чтобы занять место поднимающейся более теплой жидкости и конвективного тираж налажен.

17.5.3. Радиация

Каждые объект излучает электромагнитное излучение. Энергетический спектр испускаемого излучения зависит от температуры объекта; средняя энергия увеличивается при повышении температуры.

Проблема 57P

А емкость с водой находилась на открытом воздухе в холодную погоду до толщины 5,0 см. на его поверхности образовалась глыба льда. Воздух над льдом -10С. Рассчитайте скорость образования льда (в сантиметров в час) на нижней поверхности ледяной плиты. Брать теплопроводность льда — 0,0040 кал / с. см . C и плотность должна быть 0,92 г / см3.

вода на границе между водой и льдом будет иметь температуру 0С. В тепло, передаваемое через 5 см льда, равно

Это тепло выделяется, когда вода превращается в лед.Жара трансформация этого процесса составляет 79,5 кал / г. Предположим, что масса m равна вода каждую секунду превращается в лед. Это дает всего тепло равно

H = 79,5 м кал / с

Это должно быть равно тепловому потоку через лед:

79,5 m = 0,0080 А

А льда массы m (покрывающего площадь A) будет иметь толщину d, где d — предоставлено

Объединение последние два выражения получаем для скорости образования льда:

Комментарии, вопросы и / или предложения отправляйте по электронной почте на адрес wolfs @ pas. rochester.edu и / или посетите домашнюю страницу Фрэнка Волки.

Второй закон термодинамики

Второй Закон

Второй закон термодинамики гласит, что передача тепла происходит самопроизвольно только от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой.

Цели обучения

Противопоставьте понятие необратимости между Первым и Вторым законами термодинамики

Основные выводы

Ключевые моменты

• Многие термодинамические явления, разрешенные первым законом термодинамики, никогда не происходят в природе.
• Многие процессы происходят спонтанно только в одном направлении, и второй закон термодинамики имеет дело с направлением, принимаемым спонтанными процессами.
• Согласно второму закону термодинамики, ни один процесс не может иметь теплопередачу от более холодного объекта к более горячему как единственный результат.

Ключевые термины

• энтропия : мера того, насколько равномерно энергия (или какое-либо аналогичное свойство) распределяется в системе.
• первый закон термодинамики : версия закона сохранения энергии, специально предназначенная для термодинамических систем.Обычно выражается как ΔU = Q − W.

Необратимость

Второй закон термодинамики касается направления, принимаемого спонтанными процессами. Многие процессы происходят спонтанно только в одном направлении, то есть они необратимы при заданном наборе условий. Хотя необратимость наблюдается в повседневной жизни — например, разбитое стекло не возвращается в исходное состояние — полная необратимость — это статистическое утверждение, которое нельзя увидеть в течение всей жизни Вселенной.Точнее, необратимый процесс — это процесс, зависящий от пути. Если процесс может идти только в одном направлении, то обратный путь принципиально отличается, и процесс не может быть обратимым.

Например, тепло включает передачу энергии от более высокой температуры к более низкой. Холодный объект, соприкасающийся с горячим, никогда не становится холоднее, передавая тепло горячему объекту и делая его более горячим. Кроме того, механическая энергия, такая как кинетическая энергия, может быть полностью преобразована в тепловую за счет трения, но обратное невозможно.Горячий неподвижный объект никогда самопроизвольно не остывает и не начинает двигаться. Еще один пример — расширение потока газа, введенного в один из углов вакуумной камеры. Газ расширяется, заполняя камеру, но никогда не собирается в углу. Случайное движение молекул газа могло бы вернуть их всех в угол, но этого никогда не происходит.

Односторонняя обработка в природе : Примеры односторонних процессов в природе. (а) Теплообмен происходит самопроизвольно от горячего к холодному, а не от холодного к горячему.(б) Тормоза этого автомобиля преобразуют кинетическую энергию в теплоотдачу в окружающую среду. Обратный процесс невозможен. (c) Выброс газа, попадающего в эту вакуумную камеру, быстро расширяется, чтобы равномерно заполнить каждую часть камеры. Случайные движения молекул газа никогда не вернут их в угол.

Второй закон термодинамики

Тот факт, что определенные процессы никогда не происходят, предполагает, что существует закон, запрещающий их возникновение. Первый закон термодинамики позволяет им происходить — ни один из этих процессов не нарушает закон сохранения энергии.Закон, запрещающий эти процессы, называется вторым законом термодинамики. Мы увидим, что второй закон можно сформулировать разными способами, которые могут показаться разными, но на самом деле эти многие способы эквивалентны. Как и все законы природы, второй закон термодинамики дает представление о природе, и несколько его утверждений подразумевают, что он широко применим, фундаментально влияя на многие очевидно несопоставимые процессы. Уже знакомое направление теплопередачи от горячего к холодному лежит в основе нашей первой версии второго закона термодинамики.

Термодинамика и тепловые двигатели : Краткое введение в тепловые двигатели и термодинамические концепции, такие как двигатель Карно, для студентов.

Второй закон термодинамики (первое выражение): Передача тепла происходит самопроизвольно от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой, но никогда самопроизвольно в обратном направлении.

Закон гласит, что ни один процесс не может иметь своим единственным результатом передачу тепла от холодильника к более горячему объекту.Позже мы выразим закон в других терминах, особенно в терминах энтропии.

Тепловые двигатели

В термодинамике тепловой двигатель — это система, которая выполняет преобразование тепла или тепловой энергии в механическую работу.

Цели обучения

Обоснуйте, почему КПД является одним из важнейших параметров любой тепловой машины

Основные выводы

Ключевые моменты

• Циклический процесс возвращает систему, например, газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла.В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы.
• Второй закон термодинамики можно выразить следующим образом: ни в какой системе теплопередачи от резервуара невозможно полностью преобразовать работу в циклический процесс, в котором система возвращается в исходное состояние.
• КПД теплового двигателя (Eff) определяется как чистая мощность W двигателя, разделенная на теплопередачу к двигателю: [latex] \ text {Eff} = \ frac {\ text {W}} {\ text { Q} _ \ text {h}} = 1 — \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex], где Q _c и Q _h обозначает передачу тепла горячему (двигатель) и холодному (окружающая среда) резервуару.

Ключевые термины

• тепловая энергия : Внутренняя энергия системы в термодинамическом равновесии, обусловленная ее температурой.
• внутренняя энергия : сумма всей энергии, присутствующей в системе, включая кинетическую и потенциальную энергию; эквивалентно, энергия, необходимая для создания системы, за исключением энергии, необходимой для перемещения ее окружения.

В термодинамике тепловой двигатель — это система, которая выполняет преобразование тепла или тепловой энергии в механическую работу.Бензиновые и дизельные двигатели, реактивные двигатели и паровые турбины — все это тепловые двигатели, которые работают, используя часть теплопередачи от какого-либо источника. Теплоотдача от горячего объекта (или горячего резервуара) обозначается Q _h , теплопередача в холодный объект (или холодный резервуар) — Q _c , а работа, выполняемая двигателем, равна W. горячие и холодные резервуары — T _h и T _c соответственно.

Теплопередача : (a) Теплопередача происходит самопроизвольно от горячего объекта к холодному в соответствии со вторым законом термодинамики.(б) Тепловой двигатель, представленный здесь кружком, использует часть теплопередачи для выполнения работы. Горячие и холодные предметы называются горячими и холодными резервуарами. Qh — теплоотдача из горячего резервуара, W — рабочая мощность, а Qc — теплоотдача в холодный резервуар.

Термодинамика и тепловые двигатели : Краткое введение в тепловые двигатели и термодинамические концепции, такие как двигатель Карно, для студентов.

Поскольку горячий резервуар нагревается извне, что требует больших затрат энергии, важно, чтобы работа выполнялась как можно более эффективно.Фактически, мы бы хотели, чтобы W равнялась Q _h , и чтобы не было передачи тепла в окружающую среду (Q _c = 0). К сожалению, это невозможно. Второй закон термодинамики (второе выражение) также утверждает относительно использования теплопередачи для выполнения работы: Невозможно ни в одной системе для теплопередачи от резервуара полностью преобразовать работу в циклический процесс, в котором система возвращается в его исходное состояние.

Циклический процесс возвращает систему, например газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла.В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы. Второй закон в его второй форме четко гласит, что такие двигатели не могут иметь совершенного преобразования теплопередачи в выполненную работу.

КПД

Циклический процесс возвращает систему в исходное состояние в конце каждого цикла. По определению, внутренняя энергия такой системы U одинакова в начале и в конце каждого цикла, то есть ΔU = 0. Первый закон термодинамики гласит, что ΔU = Q-W, где Q — чистая теплопередача во время цикла (Q = Q _h -Q _c ), а W — чистая работа, выполненная системой.Поскольку ΔU = 0 для полного цикла, то W = Q. Таким образом, чистая работа, выполняемая системой, равна чистому теплопередаче в систему, или

[латекс] \ text {W} = \ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c} [/ latex] (циклический процесс),

, как показано схематически на (b).

КПД — один из важнейших параметров любой тепловой машины. Проблема в том, что во всех процессах наблюдается значительная теплопередача Q _c , теряемой в окружающую среду. При преобразовании энергии в работу мы всегда сталкиваемся с проблемой получить меньше, чем вкладываем.Мы определяем эффективность теплового двигателя ( Eff ) как его полезную мощность W, деленную на теплопередачу к двигателю Q _h:

[латекс] \ text {Eff} = \ frac {\ text {W}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex].

Поскольку W = Q _h −Q _c в циклическом процессе, мы также можем выразить это как

[латекс] \ text {Eff} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} = 1 — \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex] (для циклического процесса),

, поясняющий, что эффективность 1 или 100% возможна только при отсутствии передачи тепла в окружающую среду (Q _c = 0).

Циклы Карно

Цикл Карно — наиболее эффективный из возможных циклических процессов, в котором используются только обратимые процессы.

Цели обучения

Проанализируйте, почему двигатель Карно считается идеальным двигателем

Основные выводы

Ключевые моменты

• Второй закон термодинамики показывает, что двигатель Карно, работающий между двумя заданными температурами, имеет максимально возможный КПД по сравнению с любым тепловым двигателем, работающим между этими двумя температурами.
• Необратимые процессы связаны с диссипативными факторами, которые снижают эффективность двигателя. Очевидно, обратимые процессы лучше с точки зрения эффективности.
• КПД Карно, максимально достижимый КПД теплового двигателя, задается как [латекс] \ text {Eff} _ \ text {c} = 1- \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text { T} _ \ text {h}} [/ латекс].

Ключевые термины

• второй закон термодинамики : Закон, гласящий, что энтропия изолированной системы никогда не уменьшается, потому что изолированные системы спонтанно развиваются к термодинамическому равновесию — состоянию максимальной энтропии. Равно как и вечные двигатели второго типа невозможны.
• тепловой двигатель : Любое устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу.

Мы знаем из второго закона термодинамики, что тепловая машина не может быть на 100 процентов эффективна, поскольку всегда должна быть какая-то передача тепла Q _c в окружающую среду. (См. Наш атом в разделе «Тепловые двигатели».) Насколько эффективна тогда тепловая машина? На этот вопрос теоретически ответил в 1824 году молодой французский инженер Сади Карно (1796-1832) в своем исследовании появившейся в то время технологии тепловых двигателей, имеющих решающее значение для промышленной революции.Он разработал теоретический цикл, который теперь называется циклом Карно, который является наиболее эффективным из возможных циклических процессов. Второй закон термодинамики можно переформулировать в терминах цикла Карно, и поэтому Карно фактически открыл этот фундаментальный закон. Любой тепловой двигатель, использующий цикл Карно, называется двигателем Карно.

Для цикла Карно критически важно то, что используются только обратимые процессы. Необратимые процессы связаны с диссипативными факторами, такими как трение и турбулентность.Это увеличивает теплоотдачу Q _c в окружающую среду и снижает КПД двигателя. Очевидно, что обратимые процессы лучше.

Второй закон термодинамики (третья форма): Двигатель Карно, работающий между двумя заданными температурами, имеет максимально возможный КПД по сравнению с любым тепловым двигателем, работающим между этими двумя температурами. Более того, все двигатели, в которых используются только обратимые процессы, имеют одинаковую максимальную эффективность при работе между одинаковыми заданными температурами.

КПД

Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов. Напомним, что и изотермические, и адиабатические процессы в принципе обратимы.

PV-диаграмма для цикла Карно : PV-диаграмма для цикла Карно, использующая только обратимые изотермические и адиабатические процессы. Передача тепла Qh в рабочее тело происходит на изотермическом пути AB, который происходит при постоянной температуре Th. Теплоотдача Qc происходит из рабочего тела на изотермическом пути CD, который происходит при постоянной температуре Tc.Выход сети W равен площади внутри пути ABCDA. Также показана схема двигателя Карно, работающего между горячим и холодным резервуарами при температурах Th и Tc.

Карно также определил эффективность идеального теплового двигателя, то есть двигателя Карно. Всегда верно, что эффективность циклической тепловой машины определяется следующим образом: [latex] \ text {Eff} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c }} {\ text {Q} _ \ text {h}} = 1- \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex] .

Карно обнаружил, что для идеального теплового двигателя отношение Q _c / Q _h равно отношению абсолютных температур тепловых резервуаров.То есть Q _c / Q _h = T _c / T _h для двигателя Карно, так что максимальная эффективность Карно Eff _C определяется как [латекс] \ text {Eff } _ \ text {c} = 1- \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text {T} _ \ text {h}} [/ latex], где T _h и T _c в кельвинах. (Вывод формулы немного выходит за рамки этого атома.) Никакая настоящая тепловая машина не может работать так же хорошо, как КПД Карно — фактический КПД около 0,7 от этого максимума обычно является лучшим, что может быть достигнуто.

Тепловые насосы и холодильники

Тепловой насос — это устройство, которое передает тепловую энергию от источника тепла к радиатору против перепада температур.

Цели обучения

Объясните, как компоненты теплового насоса вызывают передачу тепла от холодного резервуара к горячему резервуару

Основные выводы

Ключевые моменты

• Тепловой насос предназначен для передачи тепла Qh в теплую среду, например в дом зимой.
• Задача кондиционеров и холодильников заключается в том, чтобы передача тепла Qc происходила из прохладной окружающей среды, например, охлаждение комнаты или хранение продуктов при более низких температурах, чем температура окружающей среды.
• Тепловой насос можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения помещения. По сути, это кондиционер и обогреватель в одном устройстве. Это стало возможным за счет изменения направления потока хладагента и изменения направления полезной теплопередачи.

Ключевые термины

• CFC : органическое соединение, которое обычно использовалось в качестве хладагента.Больше не используется из-за разрушения озонового слоя.

Тепловые насосы, кондиционеры и холодильники используют передачу тепла от холода к горячему. Передача тепла (Q _c ) происходит из холодного резервуара в горячий. Для этого требуется рабочая мощность W, которая также преобразуется в теплопередачу. Таким образом, теплопередача к горячему резервуару составляет Q _h = Q _c + W. Задача теплового насоса заключается в передаче тепла Q _h в теплую среду, например в дом зимой.Задача кондиционеров и холодильников заключается в том, чтобы передача тепла Q _c происходила из прохладной окружающей среды, такой как охлаждение комнаты или хранение продуктов при более низких температурах, чем температура окружающей среды. На самом деле тепловой насос можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения помещения. По сути, это кондиционер и обогреватель в одном устройстве. В этом разделе мы сконцентрируемся на его режиме нагрева.

Тепловые насосы

В основном тепловом насосе используется рабочая жидкость, например хладагент, не содержащий CFC.Основными компонентами теплового насоса являются конденсатор, расширительный клапан, испаритель и компрессор. В наружных змеевиках (испарителе) теплоотдача Q _c происходит к рабочему телу от холодного наружного воздуха, превращая его в газ. Компрессор с электрическим приводом (рабочая мощность W) повышает температуру и давление газа и нагнетает его в змеевики конденсатора, которые находятся внутри отапливаемого пространства. Поскольку температура газа выше, чем температура внутри комнаты, происходит передача тепла в комнату, и газ конденсируется в жидкость.Затем жидкость течет обратно через редукционный клапан к змеевикам испарителя наружного блока, охлаждаясь за счет расширения. (В цикле охлаждения змеевики испарителя и конденсатора меняются ролями, и направление потока жидкости меняется на противоположное.)

Простой тепловой насос : Простой тепловой насос состоит из четырех основных компонентов: (1) конденсатор, (2) расширительный клапан, (3) испаритель и (4) компрессор.

Коэффициент полезного действия

О качестве теплового насоса судят по тому, сколько тепла Q _h происходит в теплое пространство по сравнению с тем, сколько работы W требуется.Мы определяем КПД теплового насоса (COP _л.с. ) равным

.

[латекс] \ text {COP} _ {\ text {hp}} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h}} {\ text {W}} [/ latex].

Поскольку КПД теплового двигателя составляет Eff = W / Q _h , мы видим, что COP _л.с. = 1/ Eff . Поскольку КПД любого теплового двигателя меньше 1, это означает, что COP _л.с. всегда больше 1, то есть тепловой насос всегда имеет большую теплопередачу Q _h , чем вложенные в него работы. Еще один интересный момент заключается в том, что тепловые насосы лучше всего работают при небольших перепадах температур. КПД идеального двигателя (или двигателя Карно) составляет

.

[латекс] \ text {Eff} _ \ text {C} = 1 \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text {T} _ \ text {h}} [/ latex];

таким образом, чем меньше перепад температур, тем меньше КПД и тем больше КПД _л.с. .

Кондиционеры и холодильники

Кондиционеры и холодильники предназначены для охлаждения чего-либо в теплой среде.Как и в случае с тепловыми насосами, для передачи тепла от холода к горячему требуется дополнительная работа. О качестве кондиционеров и холодильников судят по тому, какая теплоотдача Q _c происходит из холодной окружающей среды по сравнению с тем, сколько работы W требуется. То, что считается преимуществом теплового насоса, в холодильнике считается отходящим теплом. Таким образом, мы определяем коэффициент полезного действия (COP _ref ) кондиционера или холодильника как

.

[латекс] \ text {COP} _ {\ text {ref}} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {W}} [/ latex].

Поскольку Q _h = Q _c + W и COP _л.с. = Q _h / W, мы получаем, что

[латекс] \ text {COP} _ {\ text {ref}} = \ text {COP} _ {\ text {hp}} -1 [/ латекс].

Кроме того, из Q _h > Q _c мы видим, что кондиционер будет иметь более низкий коэффициент полезного действия, чем тепловой насос.

Закон нагрева Джоуля | Electrical4U

Когда ток течет по электрической цепи, столкновение между электронами и атомами проволоки вызывает выделение тепла.Сколько тепла выделяется при протекании тока по проводу и от каких условий и параметров зависит выделение тепла? Джеймс Прескотт Джоуль, английский физик, придумал формулу, которая точно объясняет это явление. Это известно как закон Джоуля .

Что такое закон нагрева Джоуля

Тепло, выделяемое за счет протекания тока в электрическом проводе, выражается в джоулях. Теперь математическое представление и объяснение закона Джоуля дается следующим образом.

1. Количество тепла, производимого в токопроводящем проводе, пропорционально квадрату количества тока, протекающего по проводу, когда электрическое сопротивление провода и время протекания тока постоянны.
2. Количество выделяемого тепла пропорционально электрическому сопротивлению провода, когда ток в проводе и время протекания тока постоянны.
3. Тепло, выделяемое из-за протекания тока, пропорционально времени протекания тока, когда электрическое сопротивление и величина тока постоянны.

Когда эти три условия объединяются, результирующая формула выглядит так:

Здесь «H» — это тепло, выделяемое в джоулях, «i» — ток, протекающий по проводящему проводу в амперах, а «t» — это время в секундах. Уравнение состоит из четырех переменных. Когда известны какие-либо три из них, можно вычислить еще один. Здесь «J» — постоянная величина, известная как механический эквивалент тепла Джоуля. Механический эквивалент тепла можно определить как количество рабочих единиц, которые при полном преобразовании в тепло дают одну единицу тепла.Очевидно, значение J будет зависеть от выбора единиц работы и тепла. Было обнаружено, что J = 4,2 джоуля / кал (1 джоуль = 10 ⁷ эрг) = 1400 фут-фунт / CHU = 778 фут-фунт / B ThU. Следует отметить, что приведенные выше значения не очень точны, но достаточно хороши для общих работ.

Теперь, согласно закону Джоуля, I ² Rt = работа, выполненная электрически в джоулях, когда ток в I амперах поддерживается через резистор сопротивлением R Ом в течение t секунд.

Удаляя по очереди I и R в приведенном выше выражении с помощью закона Ома, мы получаем альтернативные формы как.

Закон Джоуля — объяснение на видео

Если вы предпочитаете видеообъяснение, мы подробно обсудим закон Джоуля в видео ниже.

Один вопрос, который мне задавали много раз: почему мне нужно, чтобы в моем доме было жарче зимой, чем летом, чтобы мне было комфортно? Летом мне было бы комфортно в доме, если бы было 68 ° F. Зимой для комфортного проживания температура воздуха должна составлять 72 или 73 ° F.Почему это могло быть? Ответ исходит от теплового излучения. Зимой на внешних стенах, как правило, немного прохладнее, чем летом, из-за наружной температуры. Количество поступающей к вам энергии зависит от четвертой степени абсолютной температуры этих стен. Итак, тип проблемы, который вы могли бы встретить, мог бы сказать: «Сколько энергии вы получаете от стены с температурой 68 ° F (20 ° C) по сравнению со стеной с температурой 15 ° C?» И насколько должна быть теплее температура воздуха, чтобы это компенсировать?

Есть еще одна менее важная причина.Зимой влажность часто ниже, из-за чего вам становится холоднее. Более низкая влажность обеспечивает более сильное испарительное охлаждение через нашу одежду и кожу зимой, чем летом. По крайней мере, так бывает часто. Однако важным фактором является тепловое излучение окружающих нас объектов. Как сказал мой аспирант. «Мы находимся в полости черного тела, где наш комфорт определяется тепловым излучением окружающей среды». Полость черного тела означает идеально излучающую среду, в которой радиация — это то, что определяет наш комфорт.

Достаточная радиация может компенсировать холодный воздух, помогая нам чувствовать себя теплее. Если теплая горшечная печь в углу комнаты излучает тепло, вам становится тепло, и вам все равно, какова температура воздуха (рис. 9.6). Температура воздуха может быть ниже нуля. Но пока есть много лучистой энергии, вам будет комфортно.

Рисунок 9.6 Количество испускаемого излучения пропорционально четвертой степени температуры.

Ряд магазинов начали устанавливать в дверных проемах радиационные обогреватели, а зимой оставлять дверной проем в магазин открытым.Циркуляция около двери изменена таким образом, что холодные сквозняки в магазин ограничены. В дверном проеме много теплового излучения, чтобы компенсировать низкие температуры. Эти системы работают довольно хорошо.

Для обогрева садов, апельсинов, персиков и культур, которые очень чувствительны к морозу, для обогрева территории часто использовались грязевые горшки. Они создавали много дыма, что ограничивало проблему замерзания. Но загрязнение воздуха стало более серьезной проблемой. По мере роста населения мы стали более внимательными к окружающей среде.Кроме того, как сообщается, сам дым практически не защищает от замерзания, потому что он не обладает такой же радиационной эффективностью, как облако водяного пара. Теперь, вместо того, чтобы мазать горшки, производители устанавливают радиационные обогреватели, которые излучают тепло на цветочные почки и листья на деревьях, защищая их от мороза с помощью лучистой энергии. Не только радиационная энергия важна для нашего комфорта, она важна для сельского хозяйства.

Как обсуждалось в уроке 7, радиация — это средство, с помощью которого предметы охлаждаются ниже температуры воздуха и становятся подверженными радиационному морозу или охлаждению, которое может привести к образованию росы. Мы уже говорили о важности радиации.

Учебник по физике

На предыдущей странице мы узнали, что тепло делает с объектом, когда оно накапливается или выделяется. Прирост или потеря тепла приводят к изменениям температуры, изменению состояния или выполнения работы. Тепло — это передача энергии. Когда объект приобретается или теряется, внутри этого объекта будут происходить соответствующие изменения энергии. Изменение температуры связано с изменением средней кинетической энергии частиц внутри объекта.Изменение состояния связано с изменением внутренней потенциальной энергии, которой обладает объект. А когда работа сделана, происходит полная передача энергии объекту, над которым она выполняется. В этой части Урока 2 мы рассмотрим вопрос . Как измерить количество тепла, которое получает или выделяет объект?

Удельная теплоемкость

Предположим, что несколько объектов, состоящих из разных материалов, нагреваются одинаково.Будут ли предметы нагреваться одинаково? Ответ: скорее всего, нет. Разные материалы будут нагреваться с разной скоростью, потому что каждый материал имеет свою удельную теплоемкость. Удельная теплоемкость относится к количеству тепла, необходимому для изменения температуры единицы массы (скажем, грамма или килограмма) на 1 ° C. В учебниках часто указывается удельная теплоемкость различных материалов. Стандартные метрические единицы — Джоуль / килограмм / Кельвин (Дж / кг / К). Чаще используются единицы измерения — Дж / г / ° C.Используйте виджет ниже, чтобы просмотреть удельную теплоемкость различных материалов. Просто введите название вещества (алюминий, железо, медь, вода, метанол, дерево и т. Д.) И нажмите кнопку «Отправить»; результаты будут отображены в отдельном окне.

Удельная теплоемкость твердого алюминия (0,904 Дж / г / ° C) отличается от удельной теплоемкости твердого железа (0,449 Дж / г / ° C). Это означает, что для повышения температуры данной массы алюминия на 1 ° C потребуется больше тепла, чем для повышения температуры той же массы железа на 1 ° C. Фактически, для повышения температуры образца алюминия на заданное количество потребуется примерно вдвое больше тепла по сравнению с тем же изменением температуры того же количества железа. Это связано с тем, что удельная теплоемкость алюминия почти вдвое больше, чем у железа.

Теплоемкость указана из расчета на грамм или на килограмм . Иногда значение указывается на основе на моль , и в этом случае оно называется молярной теплоемкостью. Тот факт, что они перечислены на основе на сумму , является показателем того, что количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, зависит от того, сколько вещества имеется.Эту истину, несомненно, знает всякий, кто варил на плите кастрюлю с водой. Вода закипает при температуре 100 ° C на уровне моря и при слегка пониженной температуре на возвышенностях. Чтобы довести кастрюлю с водой до кипения, ее сначала нужно поднять до 100 ° C. Это изменение температуры достигается за счет поглощения тепла горелкой печи. Быстро замечаешь, что для того, чтобы довести до кипения полную кастрюлю с водой, требуется значительно больше времени, чем для того, чтобы довести до кипения наполовину полную. Это связано с тем, что полная кастрюля с водой должна поглощать больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры.Фактически, требуется вдвое больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры в двойной массе воды.

Удельная теплоемкость также указана из расчета на K или на ° C. Тот факт, что удельная теплоемкость указана из расчета на градус , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения данной массы вещества до определенной температуры, зависит от изменения температуры, необходимого для достижения этой конечной температуры.Другими словами, важна не конечная температура, а общее изменение температуры. Для изменения температуры воды с 20 ° C до 100 ° C (изменение на 80 ° C) требуется больше тепла, чем для повышения температуры того же количества воды с 60 ° C до 100 ° C (изменение на 40 ° C). ° С). Фактически, для изменения температуры данной массы воды на 80 ° C требуется вдвое больше тепла по сравнению с изменением на 40 ° C. Человек, который хочет быстрее довести воду до кипения на плите, должен начать с теплой водопроводной воды вместо холодной.

Это обсуждение удельной теплоемкости заслуживает одного заключительного комментария. Термин «удельная теплоемкость» является неправильным обозначением . Этот термин означает, что вещества могут иметь способность содержать вещь , называемую теплотой. Как уже говорилось ранее, тепло — это не то, что содержится в объекте. Тепло — это то, что передается к объекту или от него. Объекты содержат энергию в самых разных формах. Когда эта энергия передается другим объектам с разной температурой, мы называем переданной энергией тепла или тепловой энергии .Хотя это вряд ли приживется, более подходящим термином будет удельная энергоемкость.

Связь количества тепла с изменением температуры

Удельная теплоемкость позволяет математически связать количество тепловой энергии, полученной (или потерянной) образцом любого вещества, с массой образца и ее результирующим изменением температуры. Связь между этими четырьмя величинами часто выражается следующим уравнением.

Q = m • C • ΔT

где Q — количество тепла, переданного объекту или от него, m — масса объекта, C — удельная теплоемкость материала, из которого состоит объект, а ΔT — результирующее изменение температуры объекта. Как и во всех других ситуациях в науке, значение дельта (∆) для любой величины вычисляется путем вычитания начального значения количества из окончательного значения количества. В этом случае ΔT равно T _final — T _initial .При использовании приведенного выше уравнения значение Q может быть положительным или отрицательным. Как всегда, положительный и отрицательный результат расчета имеет физическое значение. Положительное значение Q указывает, что объект получил тепловую энергию из окружающей среды; это соответствовало бы повышению температуры и положительному значению ΔT. Отрицательное значение Q указывает на то, что объект выделяет тепловую энергию в окружающую среду; это соответствовало бы снижению температуры и отрицательному значению ΔT.

Знание любых трех из этих четырех величин позволяет человеку вычислить четвертое количество. Обычная задача на многих уроках физики включает решение проблем, связанных с отношениями между этими четырьмя величинами. В качестве примеров рассмотрим две проблемы ниже. Решение каждой проблемы разработано для вас. Дополнительную практику можно найти в разделе «Проверьте свое понимание» внизу страницы.

Пример задачи 1 Какое количество тепла требуется для повышения температуры 450 граммов воды с 15 ° C до 85 ° C? Удельная теплоемкость воды 4.18 Дж / г / ° C.

Как и любая проблема в физике, решение начинается с определения известных величин и соотнесения их с символами, используемыми в соответствующем уравнении. В этой задаче мы знаем следующее:

м = 450 г
C = 4,18 Дж / г / ° C
T _{начальная} = 15 ° C
T _{окончательная} = 85 ° C

Мы хотим определить значение Q — количество тепла. Для этого мы использовали бы уравнение Q = m • C • ΔT. Буквы m и C известны; ΔT можно определить по начальной и конечной температуре.

T = T _{окончательный} — T _{начальный} = 85 ° C — 15 ° C = 70 ° C

Зная три из четырех величин соответствующего уравнения, мы можем подставить и решить для Q.

Q = m • C • ΔT = (450 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (70 ° C)
Q = 131670 Дж
Q = 1.3×10 ⁵ Дж = 130 кДж (округлено до двух значащих цифр)

Пример задачи 2 Образец 12,9 грамма неизвестного металла при температуре 26,5 ° C помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 граммов воды при температуре 88,6 ° C. Вода охлаждается, и металл нагревается, пока не будет достигнуто тепловое равновесие при 87,1 ° C. Предполагая, что все тепло, теряемое водой, передается металлу, а чашка идеально изолирована, определите удельную теплоемкость неизвестного металла. Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж / г / ° C.

По сравнению с предыдущей проблемой это гораздо более сложная проблема. По сути, эта проблема похожа на две проблемы в одной. В основе стратегии решения проблем лежит признание того, что количество тепла, теряемого водой (Q _вода ), равно количеству тепла, полученного металлом (Q _металл ). Поскольку значения m, C и ΔT воды известны, можно вычислить Q _water .Это значение воды Q _{равно значению} металла Q _{. Как только значение металла} Q _{известно, его можно использовать со значением m и ΔT металла для расчета металла} Q _{. Использование этой стратегии приводит к следующему решению:}

Часть 1: Определение потерь тепла водой

Дано:

м = 50,0 г
C = 4,18 Дж / г / ° C
Т _{начальная} = 88,6 ° С
Т _{финальный} = 87. 1 ° С
ΔT = -1,5 ° C (T _{конечный} — T _{начальный} )

Решить для Q _воды :

Q _вода = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (-1,5 ° C)
Q _вода = -313,5 Дж (без заземления)
(Знак — означает, что вода теряет тепло)

Часть 2: Определите стоимость металла C

Дано:

Q _металл = 313.5 Дж (используйте знак +, так как металл нагревается)
m = 12,9 г
Т _{начальная} = 26,5 ° С
T _{окончательная} = 87,1 ° C
ΔT = (T _{конечный} — T _{начальный} )

Решить для металла C :

Переставьте Q _{из металла} = m _{из металла} • C _{из металла} • ΔT _{из металла} , чтобы получить C _{из металла} = Q _{из металла} / (m _{из металла} • ΔT _{из металла} )

C _металл = Q _металл / (м _металл • ΔT _металл ) = (313. 5 Дж) / [(12,9 г) • (60,6 ° C)]
C _металл = 0,40103 Дж / г / ° C
C _металл = 0,40 Дж / г / ° C (округлено до двух значащих цифр)

Тепло и изменения состояния

Приведенное выше обсуждение и соответствующее уравнение (Q = m • C • ∆T) связывает тепло, получаемое или теряемое объектом, с результирующими изменениями температуры этого объекта. Как мы узнали, иногда тепло накапливается или теряется, но температура не меняется.Это тот случай, когда вещество претерпевает изменение состояния. Итак, теперь мы должны исследовать математику, связанную с изменениями состояния и количества тепла.

Чтобы начать обсуждение, давайте рассмотрим различные изменения состояния, которые можно наблюдать для образца вещества. В таблице ниже перечислены несколько изменений состояния и указаны имена, обычно связанные с каждым процессом.

Процесс	Изменение состояния
Плавка	От твердого до жидкого
Замораживание	От жидкости к твердому веществу
Испарение	От жидкости к газу
Конденсация	Газ — жидкость
Сублимация	Твердое тело в газ
Депонирование	Газ в твердое вещество

В случае плавления, кипения и сублимации к образцу вещества должна быть добавлена ​​энергия, чтобы вызвать изменение состояния. Такие изменения состояния называют эндотермическими. Замораживание, конденсация и осаждение экзотермичны; энергия высвобождается образцом материи, когда происходят эти изменения состояния. Таким образом, можно заметить, что образец льда (твердая вода) тает, когда его помещают на горелку или рядом с ней. Тепло передается от горелки к образцу льда; энергия приобретается льдом, вызывая изменение состояния. Но сколько энергии потребуется, чтобы вызвать такое изменение состояния? Есть ли математическая формула, которая могла бы помочь в определении ответа на этот вопрос? Безусловно, есть.

Количество энергии, необходимое для изменения состояния образца материи, зависит от трех вещей. Это зависит от того, что такое субстанция, от того, сколько субстанции претерпевает изменение состояния, и от того, какое изменение состояния происходит. Например, для плавления льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для плавления железа. И для таяния льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для испарения того же количества жидкой воды. И, наконец, для плавления 10 требуется другое количество энергии.0 граммов льда по сравнению с таянием 100,0 граммов льда. Вещество, процесс и количество вещества — это три переменные, которые влияют на количество энергии, необходимое для того, чтобы вызвать конкретное изменение состояния. Используйте виджет ниже, чтобы исследовать влияние вещества и процесса на изменение энергии. (Обратите внимание, что теплота плавления — это изменение энергии, связанное с изменением состояния твердое-жидкое.)

Значения удельной теплоты плавления и удельной теплоты парообразования указаны из расчета на количество .Например, удельная теплота плавления воды составляет 333 Дж / грамм. Чтобы растопить 1,0 грамм льда, требуется 333 Дж энергии. Чтобы растопить 10 граммов льда, требуется в 10 раз больше энергии — 3330 Дж. Такое рассуждение приводит к следующим формулам, связывающим количество тепла с массой вещества и теплотой плавления и испарения.

Для плавления и замораживания: Q = m • ΔH _{плавление}
Для испарения и конденсации: Q = m • ΔH _{испарение}

, где Q представляет количество энергии, полученной или высвобожденной во время процесса, m представляет собой массу образца, ΔH _{плавления} представляет собой удельную теплоту плавления (на грамм) и ΔH _{испарения} представляет собой удельную теплоемкость плавления испарение (из расчета на грамм). Подобно обсуждению Q = m • C • ΔT, значения Q могут быть как положительными, так и отрицательными. Значения Q положительны для процесса плавления и испарения; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен набирать энергию, чтобы плавиться или испаряться. Значения Q отрицательны для процесса замораживания и конденсации; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен терять энергию, чтобы замерзнуть или конденсироваться.

В качестве иллюстрации того, как можно использовать эти уравнения, рассмотрим следующие два примера задач.

Пример задачи 3 Элиза кладет в свой напиток 48,2 грамма льда. Какое количество энергии будет поглощено льдом (и высвобождено напитком) в процессе таяния? Теплота плавления воды 333 Дж / г.

Уравнение, связывающее массу (48,2 грамма), теплоту плавления (333 Дж / г) и количество энергии (Q): Q = m • ΔH _fusion . Подстановка известных значений в уравнение приводит к ответу.

Q = м • ΔH _{плавление} = (48,2 г) • (333 Дж / г)
Q = 16050,6 Дж
Q = 1,61 x 10 ⁴ Дж = 16,1 кДж (округлено до трех значащих цифр)

Пример Задачи 3 включает в себя довольно простой расчет типа plug-and-chug. Теперь мы попробуем пример задачи 4, который потребует более глубокого анализа.

Пример задачи 4 Какое минимальное количество жидкой воды на 26.5 градусов, которые потребуются, чтобы полностью растопить 50,0 граммов льда? Удельная теплоемкость жидкой воды составляет 4,18 Дж / г / ° C, а удельная теплота плавления льда — 333 Дж / г.

В этой задаче лед тает, а жидкая вода остывает. Энергия передается от жидкости к твердому телу. Чтобы растопить твердый лед, на каждый грамм льда необходимо передать 333 Дж энергии. Эта передача энергии от жидкой воды ко льду охлаждает жидкость.Но жидкость может охладиться только до 0 ° C — точки замерзания воды. При этой температуре жидкость начнет затвердевать (замерзнуть), а лед полностью не растает.

Мы знаем следующее о льду и жидкой воде:

Информация о льду:

м = 50,0 г
ΔH _{плавление} = 333 Дж / г

Информация о жидкой воде:

С = 4.18 Дж / г / ° C
Т _{начальная} = 26,5 ° С
T _{окончательный} = 0,0 ° C
ΔT = -26,5 ° C (T _{окончательная} — T _{начальная} )

Энергия, полученная льдом, равна энергии, потерянной из воды.

Q _лед = -Q _{жидкая вода}

Знак — указывает, что один объект получает энергию, а другой объект ее теряет. Мы можем вычислить левую часть приведенного выше уравнения следующим образом:

Q _лед = m • ΔH _{плавление} = (50. 0 г) • (333 Дж / г)
Q _лед = 16650 Дж

Теперь мы можем установить правую часть уравнения равной m • C • ΔT и начать подставлять известные значения C и ΔT, чтобы найти массу жидкой воды. Решение:

16650 Дж = -Q _{жидкая вода}
16650 Дж = -м _{жидкая вода} • C _{жидкая вода} • ΔT _{жидкая вода}
16650 Дж = -м _{жидкая вода} • (4.18 Дж / г / ° C) • (-26,5 ° C)
16650 Дж = -м _{жидкая вода} • (-110,77 Дж / ° C)
м _{жидкая вода} = — (16650 Дж) / (- 110,77 Дж / ° C)
м _{жидкая вода} = 150,311 г
м _{жидкая вода} = 1,50×10 ² г (округлено до трех значащих цифр)

Еще раз о кривых нагрева и охлаждения

На предыдущей странице Урока 2 обсуждалась кривая нагрева воды.Кривая нагрева показывала, как температура воды увеличивалась с течением времени по мере нагрева образца воды в твердом состоянии (т. Е. Льда). Мы узнали, что добавление тепла к образцу воды может вызвать либо изменение температуры, либо изменение состояния. При температуре плавления воды добавление тепла вызывает преобразование воды из твердого состояния в жидкое состояние. А при температуре кипения воды добавление тепла вызывает преобразование воды из жидкого состояния в газообразное.Эти изменения состояния произошли без каких-либо изменений температуры. Однако добавление тепла к образцу воды, не имеющей температуры фазового перехода, приведет к изменению температуры.

Теперь мы можем подойти к теме кривых нагрева на более количественной основе. На диаграмме ниже представлена ​​кривая нагрева воды. На нанесенных линиях есть пять помеченных участков.

Три диагональных участка представляют собой изменения температуры образца воды в твердом состоянии (участок 1), жидком состоянии (участок 3) и газообразном состоянии (участок 5).Две горизонтальные секции представляют изменения в состоянии воды. На участке 2 проба воды тает; твердое вещество превращается в жидкость. В секции 4 образец воды подвергается кипению; жидкость превращается в газ. Количество тепла, передаваемого воде в секциях 1, 3 и 5, связано с массой образца и изменением температуры по формуле Q = m • C • ΔT. А количество тепла, переданного воде в секциях 2 и 4, связано с массой образца и теплотой плавления и испарения формулами Q = m • ΔH _fusion (секция 2) и Q = m • ΔH _{испарение} (раздел 4).Итак, теперь мы попытаемся вычислить количество тепла, необходимое для перевода 50,0 граммов воды из твердого состояния при -20,0 ° C в газообразное состояние при 120,0 ° C. Для расчета потребуется пять шагов — по одному шагу для каждого раздела приведенного выше графика. Хотя удельная теплоемкость вещества зависит от температуры, в наших расчетах мы будем использовать следующие значения удельной теплоемкости:

Твердая вода: C = 2,00 Дж / г / ° C
Жидкая вода: C = 4,18 Дж / г / ° C
Газообразная вода: C = 2. 01 Дж / г / ° C

Наконец, мы будем использовать ранее сообщенные значения ΔH _{слияния} (333 Дж / г) и ΔH _{испарения} (2,23 кДж / г).

Раздел 1 : Изменение температуры твердой воды (льда) с -20,0 ° C до 0,0 ° C.

Используйте Q ₁ = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,00 Дж / г / ° C, T _{начальная} = -200 ° C и T _{конечная} = 0,0 ° C

Q ₁ = m • C • ΔT = (50.0 г) • (2,00 Дж / г / ° C) • (0,0 ° C — -20,0 ° C)
Q ₁ = 2,00 x10 ³ Дж = 2,00 кДж

Раздел 2 : Таяние льда при 0,0 ° C.

Используйте Q ₂ = m • ΔH _сварка

, где m = 50,0 г и ΔH _{плавление} = 333 Дж / г

Q ₂ = m • ΔH _{плавление} = (50,0 г) • (333 Дж / г)
Q ₂ = 1,665 x10 ⁴ Дж = 16. 65 кДж
Q ₂ = 16,7 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 3 : Изменение температуры жидкой воды с 0,0 ° C на 100,0 ° C.

Используйте Q ₃ = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 4,18 Дж / г / ° C, T _{начальная} = 0,0 ° C и T _{конечная} = 100,0 ° C

Q ₃ = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (100,0 ° C — 0,0 ° C)
Q ₃ = 2.09 x10 ⁴ Дж = 20,9 кДж

Раздел 4 : Кипячение воды при 100,0 ° C.

Использовать Q ₄ = m • ΔH _{испарение}

, где m = 50,0 г и ΔH _{испарение} = 2,23 кДж / г

Q ₄ = m • ΔH _{испарение} = (50,0 г) • (2,23 кДж / г)
Q ₄ = 111,5 кДж
Q ₄ = 112 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 5 : Изменение температуры жидкой воды со 100. От 0 ° C до 120,0 ° C.

Используйте Q ₅ = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,01 Дж / г / ° C, T _{начальная} = 100,0 ° C и T _{конечная} = 120,0 ° C

Q ₅ = m • C • ΔT = (50,0 г) • (2,01 Дж / г / ° C) • (120,0 ° C — 100,0 ° C)
Q ₅ = 2,01 x10 ³ Дж = 2,01 кДж

Общее количество тепла, необходимое для превращения твердой воды (льда) при -20 ° C в газообразную воду при 120 ° C, является суммой значений Q для каждого участка графика.То есть

Q _всего = Q ₁ + Q ₂ + Q ₃ + Q ₄ + Q ₅

Суммирование этих пяти значений Q и округление до нужного количества значащих цифр приводит к значению 154 кДж в качестве ответа на исходный вопрос.

В приведенном выше примере есть несколько особенностей решения, над которыми стоит задуматься:

• Первое: длинная задача была разделена на части, каждая из которых представляет собой одну из пяти частей графика. Поскольку было вычислено пять значений Q, они были помечены как Q ₁ , Q ₂ и т. Д. Этот уровень организации требуется в многоступенчатой ​​задаче, такой как эта.
• Секунда: внимание было уделено знаку +/- на ΔT. Изменение температуры (или любой величины) всегда рассчитывается как конечное значение величины за вычетом начального значения этой величины.
• Третий: На протяжении всей проблемы внимание уделялось подразделениям.Единицы Q будут либо в Джоулях, либо в килоджоулях, в зависимости от того, какие количества умножаются. Отсутствие внимания к устройствам — частая причина сбоев в подобных проблемах.
• Четвертый: На протяжении всей задачи внимание уделялось значащим цифрам. Хотя это никогда не должно становиться основным акцентом какой-либо проблемы в физике, это, безусловно, деталь, на которую стоит обратить внимание.

Здесь, на этой странице, мы узнали, как рассчитать количество тепла, задействованного в любом процессе нагрева / охлаждения и в любом процессе изменения состояния. Это понимание будет иметь решающее значение, когда мы перейдем к следующей странице Урока 2, посвященной калориметрии. Калориметрия — это наука, связанная с определением изменений энергии системы путем измерения теплообмена с окружающей средой.

Проверьте свое понимание

1. Вода имеет необычно высокую удельную теплоемкость. Какое из следующих утверждений логически следует из этого факта?

а.По сравнению с другими веществами горячая вода вызывает сильные ожоги, потому что она хорошо проводит тепло.
б. По сравнению с другими веществами вода при нагревании быстро нагревается до высоких температур.
c. По сравнению с другими веществами, образец воды требует значительного количества тепла, чтобы немного изменить ее температуру.

2. Объясните, почему в больших водоемах, таких как озеро Мичиган, в начале июля может быть довольно прохладно, несмотря на то, что температура наружного воздуха около или выше 90 ° F (32 ° C).

3. В таблице ниже описан термический процесс для различных объектов (выделен красным жирным шрифтом). Для каждого описания укажите, набирается или теряется тепло объектом, является ли процесс эндотермическим или экзотермическим, и является ли Q для указанного объекта положительным или отрицательным значением.

	Процесс	Получено или потеряно тепло?	Эндо- или экзотермический?	Вопрос: + или -?
а.	Кубик льда помещают в стакан с лимонадом комнатной температуры, чтобы охладить напиток.
г.	Холодный стакан лимонада стоит на столе для пикника под жарким полуденным солнцем и нагревается до 32 ° F.
г.	Конфорки электрической плиты выключаются и постепенно остывают до комнатной температуры.
г.	Учитель вынимает из термоса большой кусок сухого льда и опускает его в воду. Сухой лед возгоняется, образуя газообразный диоксид углерода.
e.	Водяной пар в увлажненном воздухе ударяется о окно и превращается в каплю росы (каплю жидкой воды).

4. Образец металлического цинка массой 11,98 грамма помещают в баню с горячей водой и нагревают до 78,4 ° C. Затем его удаляют и помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 мл воды комнатной температуры (T = 27,0 ° C; плотность = 1,00 г / мл). Вода прогревается до температуры 28.1 ° С. Определите удельную теплоемкость цинка.

5. Джейк достает из туалета банку с газировкой и выливает ее в чашку со льдом. Определите количество тепла, теряемого содой комнатной температуры при плавлении 61,9 г льда (ΔH _fusion = 333 Дж / г).