22171

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ОБЩИЕ ПОНЯТИЕ ТЕОРИИ ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЙ В отличие от механической энергии которая может изменяться только за счет работы внутренняя энергия может изменяться как за счет работы так и при контакте с телами имеющими другую температуру т.При соприкосновении двух тел имеющих различную температуру происходит обмен энергией движения структурных частиц молекул атомов свободных электронов вследствие чего интенсивность движения частиц тела имеющего меньшую температуру увеличивается а интенсивность движения частиц тела с более высокой...

Русский

2013-08-04

112.5 KB

53 чел.

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

                                             СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                    

                Введение …………………………………………………………….

1. Общие понятия о теории тепловых явлений………………………

           2. Тепловое расширение тел…………………………………………..

           3. Общая теория теплообмена…………………………………………

               3.1.Виды теплообмена……………………………………………….

               3.2.Физические параметры теплообмена………..………………….

           4. Заключение……………………………

           5. Контрольные вопросы………………………………………………..

         Литература…………………………………………..…………………

1

ВВЕДЕНИЕ

  Общая теория теплоты является аксиоматической наукой, Она не вводит специальных гипотез и конкретных представлений о строении вещества и физической природы теплоты. Ее выводы основаны на общих принципах или началах, являющихся обобщением опытных фактов. Она рассматривает теплоту как род какого-то внутреннего движения, но не пытается конкретизировать, что это за движение.

  В авиации особое место уделяется двум ее элементам: тепловому расширению тел и явлению теплообмена.

  Значимость процесса теплообмена как в природе, так и в технике  определяется тем, что свойства тел самым существенным образом зависят от температуры, т.е. от их теплового состояния. Последнее же, в свою очередь, определяется условиями теплообмена, которые поэтому оказывают решающее влияние на процессы изменения агрегатного состояния вещества, на течение химических реакций (в частности, процесса горения), механические, элетроизоляционные, магнитные и другие свойства тел.

  Именно этими обстоятельствами и объясняются бурное развитие теории теплообмена в ХХ веке и то исключительное внимание, которое ей уделяется в физике планетарных процессов, энергетике, химической технологии и в ряде других отраслей науки и техники.

       

            

       

                                                                   2

            1.  ОБЩИЕ ПОНЯТИЕ  ТЕОРИИ ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЙ

   В отличие от механической энергии, которая может изменяться только за счет работы, внутренняя энергия может изменяться как за счет работы, так и при контакте с телами, имеющими другую температуру, т.е. в процессе теплообмена. Энергия, переданная при теплообмене (подведении тепла), называется количеством теплоты или теплотой. Теплота считается положительной, если система получает энергию, и отрицательной, если отдает.При соприкосновении двух тел, имеющих различную температуру, происходит обмен энергией движения структурных частиц ( молекул, атомов, свободных электронов), вследствие чего интенсивность движения частиц тела, имеющего меньшую температуру, увеличивается, а интенсивность движения частиц тела с более высокой температурой уменьшается. В результате одно из соприкасающихся тел нагревается, а другое остывает. Поток энергии, передаваемой частицами более горячего тела частицам тела более холодного, называется тепловым потоком.

  Таким образом, для возникновения теплового потока, т.е. процесса теплообмена между различными областями пространства, заполненного вещественной средой, необходимо и достаточно, чтобы в этих областях имели место неодинаковые температуры. Иначе говоря, единственным условием возникновения теплообмена является наличие разности температур между рассматриваемыми телами. При этом тепловой поток направлен в сторону меньших температур.

  Предметом теории теплообмена являются процессы переноса тепла из одной части пространства и другую.

  Наряду с рассмотренным случаем теплообмена непосредственно в вещественной среде, являющегося следствием движения структурных частиц, имеет место также перенос теплоты посредством лучеиспускания (например, в космических процессах). Поэтому следует различать теплообмен путем

                                                          3        

непосредственного соприкосновения тел и лучистый теплообмен, когда энергия передается от одного тела к другому посредством электромагнитного поля.                                                                     

   В вещественной среде распространение тепла, в конечном счете, всегда связано с тепловым движением структурных частиц. Однако непосредственный перенос определенных порций теплоты из одной области в другую может происходить не только в результате последовательного обмена энергией частиц,заполняющих пространство между рассматриваемыми областями, но и в результате перемещения состоящих из большого количества молекул объемов среды.

   Процесс распространения тепла только вследствие движения структурных частиц называется тепопроводностью, а процесс теплопередачи, обусловленный перемещениями молярных объемов среды, - конвекцией.

   Таким образом, существует три способа переноса тепла: теплопроводность (кондукция), перемешивание (конвекция) и излучение (радиация). В действительных процессах все эти три способа теплообмена обычно сопутствуют друг другу и частично связаны с переносом массы (диффузией), т.е. имеет место сложный тепло- и массобмен.

   В теории теплопередачи расчет сложного теплообмена осуществляется с помощью методов, обощающих результаты раздельного излучения каждого из трех первичных способов переноса тепла. Следовательно, основным методом теории теплопередачи является расчленение сложного теплообмена на его составляющие по способу (механизму) переноса тепла и излучение этих составляющих методами математической физики и научного опыта.

   При рассмотрении сложного теплообмена с сильно меняющимися в пространстве и времени температурными полями могут возникать задачи, которые не сводятся к моделям с квазиавтономными частными процессами теплообмена. В этих случаях понятия коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи вообще лишены отчетливого смысла. Необходима постановка

                                                          4

задачи, в достаточно общей форме описывающей как механизмы теплопереноса в отдельных элементах системы. Так и их взаимодействия на границах раздела тел и фаз. Такие задачи называются сопряженными, и их конкретное рассмотрение, как правило, весьма                      индивидуализировано конкретными краевыми условиями. Общая же их постановка всегда опирается на основные уравнения.

  Практически большинство процессов, рассматриваемых теорией теплообмена, протекает при взаимодействии твердых тел и жидких сред в областях, размеры которых чрезвычайно велики по сравнению с длиной свободного пробега структурных частиц (атомов, молекул). Так, в объеме газа, равном 10-3 мм3, при давлении 9,8*104 Па и температуре 273 К содержится примерно 1016 молекул. Поэтому такие статистические понятия, как температура, давление, теплоемкость, вязкость и т.п., могут быть приписаны даже таким малым элементам системы, которые с физико-математической точки зрения могут рассматриваться в данном случае как дифференциалы ее объема.

   Это означает, что в большинстве проблем теплообмена твердые и жидкие среды, составляющие систему, рассматриваются как непрерывные. Исключение приходится делать только для взаимодействия тел с весьма разряженным газом, когда размеры тела становятся соизмеримыми с длиной пути свободного пробега молекул.

    

    

                                                                  5

                               2.ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ТЕЛ

  Простые опыты и наблюдения убеждают нас, что при повышении температуры размеры тел немного увеличиваются, а по охлаждении – уменьшаются до прежней величины. При нагревании увеличивается нетолько длина тела, но другие линейные размеры. Изменение линейных размеров тела при нагревании называют тепловым линейным расширением. Увеличение линейных размеров сопровождается  увеличением объемов тел (объемное расширение тел).

                                       Линейное расширение тел

    Измерения показывают, что одного и тоже тело расширяется при различных температурах по разному: при высоких температурах тепловое расширение обычно сильнее, чем при низких. Однако разница в расширении невелика, и при относительно небольших изменениях температуры мы можем ее принебречь и считать, что изменение размеров тела пропорционально изменению температуры.

   Для того чтобы получить характеристику теплового расширения материала, из которого сделано тело, надо взять относительное удлинение, т.е. отношение

наблюденного удлинения к длине нашего тела при определенных “нормальных” условиях. “Нормальной” длиной считают длину тела при О0С, обозначанмую 0.  

Итак, величина, характеризующая тепловое расширение материала, есть

                               =  ( ` -  ) / (t` - t)     -     (1.1)

где   –  длина тела при начальной температуре, ` длина тела при температуре t`,

                                                                          6

        -   называется коэффициентом линейного расширения и показывает, на какую       

    долю своей нормальной длины увеличивается длина тела при нагревании на 10С.  

   При практическом применении этой формулы, достаточно измерить длину стержня из исследуемого материала, поддерживая по всему его объему одну и ту же температуру t. Затем следует с той же относительной точностью измерить удлинение ` - , вызванное изменением температуры от t до t`. Чтобы увеличить точность измерения удлинения ` - , которое обычно бывает очень малым, приходится прибегать к особым приемам.

   Зная коэффициент линейного расширения, можно рассчитать длину тела при любой температуре в пределах не очень большого температурного интервала. Преобразуем выше приведенную формула. Где для краткости приращение температуры  t` - t  обозначим одной буквой ,

                                      `  =   (1 +   )      (1.2)     

 

перед нами формула линейного расширения.  Выражение, стоящее в скобках носит название бинома расширения.

  Бином расширения показывает, во сколько раз увеличилась длина тела при нагревании его на    градусов.  

  Формулой можно пользоваться и для того случая, когда нужно найти длину тела после его охлаждения.

                                     Объемное расширение тел                                

 Аналогично коэффициенту линейного расширения можно ввести коэффициент объемного расширения материала, характеризующий изменение объема при изменении температуры. Эмперическим путем было показано, что как и в случае линейного

                                                          7

расширения, можно без заметной ошибки принять, что приращение объема тела пропорционально приращению температуры, в пределах не слишком большого температурного интеравала.

  Обозначим объем тела при начальной температуре  t через V, объем при конечной температуре t` через V`, объем при 00С через V0  и коэффициент объемного расширения через    , найдем:

                        

                       = (V`  - V ) / V0 (t` - t)          (1.3)

  Так как для твердых и жидких тел тепловое расширение незначительно, то объем  V 0  при 00С очень мало отличается от объема при другой температуре, например комнатной. Поэтому в выражении коэффициента объемного расширения можно заменить V 0  через V, что практически удобнее.

                                            = (V`  - V) / V (t` - t)                     (1.4)

  Уместно отметить, что тепловое расширение газов настолько значительно, что замена     на  влечет уже заметное изменение, и поэтому в случае газов такое упрощение можно делать только для малых интервалов температур. Преобразую формулу (1.2), путем обозначения выражения (t`-t) на , напишем

                                       V`  = V (1+)                                 (1.5)

-  данная формула позволяет рассчитать объем тела, если известны начальный объем и приращение температуры. Выражение (1+) – носит название бинома объемного расширения.  

  При увеличении объема тела плотность их уменьшается во столько раз, во сколько увеличился объем.

                                                          8

  Между коэффициентами линейного и объемного расширений существует определенная связь, которая расчетным и опытным путем была доказана и расчитана многими учеными и представляет собой следующее выражение:

                                          =  3                                     (1.6)

 Отсюда видно, что коэффициент объемного расширения равен утроенному коэффициенту линейного расширения.

    

                                                          9

                             3. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ТЕПЛООБМЕНА

   При теплообмене энергия переходит от тела с большой температурой к телу с меньшей температурой. Любая температурная шкала должна удовлетворять этому свойству. Эпирические температурные шкалы основаны на косвенных измерениях, т.е. на измерениях параметров, монотонно зависящих от температуры. Газовая шкала температур опирается на уравнение состояния идеального газа V  =  RT.

    Термодинамическая, или абсолютная шкала температур определяется  на основе второго начала термодинамики.

                                 3.1 Виды теплообмена

   Теплообмен осуществляется тремя различными способами. При теплообмене посредством теплопроводности перенос тепловой энергии происходит только путем взаимодействия частиц, находящихся в непосредственном соприкосновении друг с другом и имеющих различную температуру. Теплообмен путем теплопроводности в чистом виде имеет место толко в твердых телах.

   Теплообмен посредством конвекции совершается путем перемещения материальных частиц и может иметь место только в жидкостях или газах. Если

причиной движения потоков жидкости или газа является неодинаковая плотность среды, вызванная разностью температур, то говорят о естественной конвекции. Движение потоков под действием внешних причин вызывает вынужденную конвекцию.

  Третьим способом теплообмена является теплообмен посредством излучения. 

  Тепловое излучение представляет собой поток электромагнитных волн, излучаемых телом за счет его тепловой энергии и полностью или частично поглощаемых другими телами.

                                                          10

  Теплопроводность. Распространение теплоты путем теплопроводности определяется законом Фурье q = -  grad , где    q- тепловой поток, представляющий собой количество теплоты, переданной в единицу времени через единицу поверхности, grad  - градиент температуры; - теплопроводность.

  Теплопроводность зависит от природы и физического состояния вещества. В анизотропных телах она зависит, кроме того, от направления распространения теплоты. Лучшими проводниками теплоты являются металлы. Наименьшей теплопроводностью обладают газы. Для газов теплопроводность зависит не только от состава газа, но и от температуры и при большом разрежении – от давления.

   Полный тепловой поток, создаваемый разностью температур, определяется формулой

                          q   =  G  = /R                                      (1.14)

      где   G- тепловая проводимость среды;  R   -  тепловое сопротивление среды.

   Тепловая проводимость среды зависит от теплопроводности, определяемой по справочным данным из геометрических соотношений, и для расчета можно использовать аналогичные формулы электрической проводимости, заменив удельную проводимость теплопроводностью.

    Конвекция.  Полный тепловой поток в результате теплоотдачи определяется формулой Ньютона

q= S,                       (1.15)

где     - коэффициент теплоотдачи,  S - поверхность тела;     - разность температур окружающей среды и тела. Коэффициент тепоотдачи при

                                                         11

естественной и вынужденной конвекции рассчитывается на основании теорий теплового и геометрического подобий.

  При искусственной конвекции при поперечном омывании цилиндра (рис. 1-а)

коэффициент теплоотдачи для газов выражается формулой:

     

 газ = c/d *(vd/)n = c/d * Ren                                                (1.16)

                                                   

   Где d    - диаметр цилиндра;  v- скорость движения газа;   - кинематическая вязкость, равная абсолютной вязкости, отнесенной к плотности вещества;  - теплопроводность  газа; c и  n  являются функциями скорости газа и размеров цилиндра и определяются по предварительно рассчитанной величине, назывемой критерием Рейнольдса   Re = vd/   из приведенных ниже таблиц

Re

c

N

5-80

0,93

0,40

80-5*103

0,715

0,46

5*103

0,226

0,60

                                                                                        

, 0C

, 1*10-6

м2

,1*10-2

Вт/(мК)

0

13,70

2,33

20

15,70

2,56

100

23,78

3,02

500

80,40

5,46

При расчете коэффициента теплоотдачи для жидкости в формулу (1.16) входит критерий Прандтля Pr:

12

жидк = с/d RenPr 0,4                            (1.17)

 

  Критерий Прандтля Pr = /  зависит от кинематической вязкости и температуропроводности , физический смысл которой состоит в том, что она                                                               

является мерой скорости выравнивания температур различных точек жидкости. Температуропроводность зависит от теплопроводности  , плотности   и удельной теплоемкости вещества с  и  определяется формулой

= / (с )                        (1.18)

 

  Приведенные формулы для теплоотдачи цилиндра в поперечном потоке справедливы для случая, когда угол  , составленный осью цилиндра и направленния потока и называемый углом атаки, равен 900. Зависимость коэффициента теплоотдачи от угла атаки представленна на (рис. 1-б).

   В таблицах, приведенных выше содержатся основные параметры соответственно сухого воздуха при P=105 Па и воды, необходимые для расчета коэффициентов теплоотдачи. Температура, при которой определены параметры в таблицах 1-2 и 1-3,считается как среднеарифметическая температура тела и среды.

                                                         13

  Тепловое излучение свойственно всем телам, и каждое из них непрерывно излучает и поглощает энергию. Разность между излучаемой и поглощаемой телом лучистой энергией отлична от нуля, если температура тел, участвующих во взаимном обмене лучистой энергией, различна. По закону Стефана-Больцмана полное количество энергии, излучаемое в единицу времени единицей поверхности, имеющей температуру , равно E0=04, где 0=5.7*10-8 Вт/(м24) – константа излучения абсолютно твердого тела.

   В технических расчетах этот закон применяется в более удобной форме :

E0=C0(/100)4, где C0- коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела:

C0=5.7 Вт/(м24). Закон Стефана-Больцмана применим и к реальным серым телам,

  Но их коэффициент лучеиспускания С рассчитывается с учетом относительной излучательной способности или степени черноты тела , т.е. С=С0.

  Количество поглощаемой телом лучистой энергии также зависит от степени черноты тела и определяется формулой    Е   =   Еэф,  где Еэф – извне падающее эффективное излучение окружающих тел. При выводе формул лучистого теплообмена между телами необходимо учитывать, кроме лучеиспускательной, поглощательной и отражательной способности тел, их размеры и направление излучений.

 На практике обычно имеет место комбинация различных способов теплообмена, которые могут быть учтены приводимыми ниже формулами.                                       

                             3.2 Физические параметры теплообмена

 Общий закон сохранения энергии с учетом процесса теплообмена и внутренней энергии имеет вид:

                                      Е мех +  U  = Ае  + Q                   (1.7)

                                                         14

т.е. изменение полной (механической + внутренней) энергии системы равно работе внешних сил и теплоте, полученной при теплообмене с внешними телами. Иногда закон сохранения энергии формулируют как невозможность создания вечного двигателя первого рода (который производил бы работу из ничего). Первым началом термодинамики называют обычно применение этого закона к термодинамической системе, механическая энергия которой не меняется. Кроме того, в термодинамике удобнее использовать работу системы против внешних сил: А = - Ае. Получаем

                         

                                   Q  =  U+ А                        (1.8)

подведенная к термодинамической  системе теплота идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил.

     Второе начало термодинамики позволяет вывести важное соотношение для внутренней энергии простой системы, которое не может быть получено в рамках первого начала:

( U/V)T  = T ( p/T) V  - p    (1.9)

таким образом, невозможен процесс, единственым результатом которого было бы совершение работы за счет теплоты, взятой у теплового резервуара при постоянной температуре. Эквивалентна этому заключению и формулировка Клаузиуса: невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача энергии от более холодного тела к более горячему.

    Клаузиус вывел  неравенств относящееся к  любому замкнутому циклу. Если в замкнутом цикле система получает теплоты     Q1  ……,QN    от внешних резервуаров, имеющих температуры Те1, …….ТеN , то удовлетворяет неравенство

                                      

                                                         15

                                                   Q/Te    0                               (1.10)

Для обратимого процесса неравенство превращается в равенство, а температура резервуара, с которым в данной точке цикла обменивается теплом, равна температуре системы, в этом случае получаем:

                                                      Q/T   =  0                          (1.11)

 

   Равенство служит основой для определения еще одной функции состояния – энтропии. При равновесном процессе без подвода тепла энтропия не меняется (адиабатический процесс можно называть изоэнтропным)  d S = ( Q / T)обр.  

Первое начало термодинамики для равновесного процесса в простой системе приобретает вид:

                                              TdS = dU + pdV                          (1.12)

  Рассмотрим неравновесный процесс, переводящий систему из равновесного состояния 1 в равновесное состояние 2. Теперь вернемся из 2 в 1 при помощи любого

равновесного процесса, запишем для получившегося циклического процесса неравенство Клаузиуса и учтем определение энтропии:

    

 Q/Te S2- S1                       (1.13)

  Если неравновесный процесс происходит в адиабатической оболочке, то левая часть равенства обращается в нуль, что дает   S2    S1  .,   т.е. в любом

                                                         16

процессе без подвода тепла энтропия не убывает. Равновесное состояние теплоизолированной системы соотвествует максимуму энтропии.

   Рассмотрим простейший пример теплообмена – между двумя телами с одинаковой теплоемкостью С и начальными температурами Т1 и Т2. Из уравнения теплового баланса следует, что в результате теплообмена оба тела достигнут одинаковой температуры Тк = ½ (Т12). При этом, как показывают расчеты изменение энтропии системы будет положительным  S 0.

   Третье начало термодинамики  утверждает, что при приближении температуры к абсоютному  нулю энтропия любой системы стремится к определенному конечному значению, не зависящему от значения остальных термодинамических параметров.

Энтропию системы при Т=0 принимают равную нулю. Статистическое объяснение: при Т=0 система находится в наинизшем энергетическом состоянии, кратность которого  невелика. Значит, энтропия пренебрежимо мала. Следствия третьего начала : при Т 0  теплоемкости Сv  и  Ср системы, а также ее температурные коэффициенты объемного расширения  и давления   стремятся к нулю.

                        Поле температур и поле тепловых потоков.

  Выше было сказано, что возникновение теплового потока связано не с абсолютным значением температуры тела, а  с наличием разности температур в различных его точках. Но разности темератур можно приписать вполне определенное направление, а именно: если соединить прямой две точки тела, то разность между их температурами можно считать положительной в направлении более высоких температур и отрицательной в направлении более низких температур.

   Соединим сплошными линиями все точки некоторого плоского сечения тела, имеющие в данный момент времени одинаковую температуру. В трехмерном пространстве эти линии равных температур (изотермы) перейдут в соответствующие изотермические поверхности. Такое  пространственное

                                                         17

геометрическое место точек, в которых рассматриваемая физическая  величина имеет одинаковое значение, называется поверхностью уровня. Очевидно, что поверхности уровня, и в частности интересующие нас изотермические поверхности, никогда не пересекаются друг с другом, ибов данной точке пространства в данный момент времени возможно только одно значение данной физической величины.

   Интенсивность изменения температуры в каком-либо направлении может быть охарактеризована густотой (плотностью) изотерм на некотором линейном отрезке s , т.е. производно Т/ s.

   Если отрезок  направлен по касательной к изотерме, то температура на бесконечном малом удалении от данной точки в этом направлении не меняется, и в таком случае  Т/ s   =  0. Наоборот, в направлении нормали к изотерме значение Т/s   будет наибольшим, так как в это направлении расстояние между двумя изотермами наименьшее. Следовательно,

  

                                    (Т/s)макс=  Т/ п

   Вектор п  dТ/dп называется температурным градиентом (grad T) и определяет  наибольшую скорость изменения температуры по нормали к изотерме в данноцй точке пространства. Очевидно, что температурный градиент как производная существует тогда, когда поле является непрерывным, а функция

                                      Т = Т ( x; y ;z; t),

Выражающая математически это поле, дифференцируема:

   Таким образом, скалярному полю температур соотвествует векторное поле температурных градиентов, а условие возникновения теплового потока можно формулировать как условие неравенства нулю величины grad Т.

                                                         18

Соответственно этому тепловой поток направлен по линии температурного градиента, в обратную сторону по отношению к последнему.

                   Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи.   

  В некоторых случаях количества тепла, приобретаемого или отдаваемого телом, при прочих равных условиях приблизительно пропорционально поверхности тела и разности между его температурой и температурой окружающей среды. Поэтому для практических расчетов установившегося (постоянного во времени) теплового потока, подводимого (или отводимого) к твердой поверхности от обтекающих ее жидкости или газа, исторически установилась формула

 

                                                Q = T F t ,                               ( B)

      

    Где  Т = Т ст – Т   - разность между средними температурами поверхности  F и потока жидкости (газа),  К;  t - время,  с. Множитель пропорциональности между величиной  и произведением  TFt , обозначаемый буквой  , называется коэффициентом теплоотдачи и имеет размерность Вт/ (м2* К).

    Как будет ясно из дальнейшего, формула (В) отнюдь не отражает действитеной зависимости теплового потока от температуры, физических свойств и размеров тел, находящихся в тепловом взаимодействии. По существу, эта формула является только некоторым формальным приемом, переносящим все трудности расчета теплопередачи на определение коэффициента , который обычно в меньшей степени зависит от размеров поверхности теплообмена и от температурного напора, чем тепловой поток  Q.

    При расчетах тнплопередачи от одной жидкой среды к другой, отделенной от первой твердой стенкой, в расчетной практике пользуются выражением, аналогичным формуле (В), но множитель пропорциональности обозначаеют буквой k  и называют коэффициентом теплопередачи:   

                                                         19

                              Q = kTFt

   Здесь   Т = Т1 – Т 2  - разность между средними температурами  потока жидкости (газа), отдающего тепло, и потока жидкости (газа), воспринимающего это тепло, К.

                                   Термическое сопротивление      

   Рассматривая  T  величину  как разность температурных уровней, можем представить формулу (В)   в виде, аналогичном закону сопротивления для электрического тока, а именно:

                                                          Q  =  ТFt/R*

где   R* = 1/   - сопротивление теплообмену между твердой поверхностью и омывающей ее жидкостью (газом), м2*К/Вт.

    Аналогично этому можно переписать и формулу (В)

                                     Q  =  TFt/R*k

где   R*k   = 1/k  -  сопротивление теплопередаче от одной жидкости к другой через разделяющую их твердую стенку, м2*К/Вт.

  Величины  R* называютсятермическими сопротивлениями. Удобство их введения в расчет теплопередачи заключается в том, что термическое сопротивление сложной системы представляет собой простую сумму частных термических сопротивлений, т.е.

                        R*k =     1/ k  =    ( R* i ) ( 1  i    n).

   В соотвествии с этим общий коэффициент теплопередачи выражается через коэффициенты теплоотдачи различных частей системы более сложно, а именно:

                           k  =    ( R* i ) –1     ( 1  i    n).

                                                         20

 Величина   q  =  T  , имеющая размерность Вт/м2, называется плотностью теплового потока. Плотность теплового потока является мерой тепловой напряженности поверхности нагрева.

                                                Теплоемкость тела.

   Количество теплоты, которое нужно передать какому-нибудь телу, чтобы повысить его температуру на 10С, называется теплоемкостью этого тела. При остывании на 10С тело отдает такое же количество теплоты. Для нагревания тела не на 10С, а, например, на 100 нужно сообщить телу в 10 раз большее количество теплоты; при остывании на 100 тело отдает это же количество теплоты.  Таким образом, теплоемкость тела пропорциональна массе тела и зависит от вещества, из которого оно состоит.Нагревая тело путем теплопередачи, мы увеличиваем его внутреннюю энергию. Кроме того, вследствие расширения при нагревании совершается работа против сил, препятствующих расширению. Силы эти – силы внешнего давления и силы молекулярного притяжения, весьма значительные для твердых тел и жидкостей и ничтожные для газов. На совершение работы при расширении требуется дополнительная энергия, т.е. необходима дополнительная передача теплоты.В случае твердых тел расширение всегда  ничтожно мало, следовательно, очень мала и эта дополнительная энергия и ею можно пренебречь. Для газов, заключенных в твердую оболочку, расширение отстуствует и дополнительная энергия равна нулю. В этих случаях можно сказать, что теплоемкость тела равна увеличению его внутренней энергии при повышении температуры на 10. В случае жидкостей или газов, нагреваемых в таких условиях,  то они могут свободно расширяться, работой, совершаемой при расширении, пренебречь нельзя.

   

                                                         21

                                        4.ЗАКЛЮЧЕНИЕ   

 Явление теплообмена и теплового расширения широко применяются в технике. На этих двух явлениях основаны приборы, предназначенные для измерения температуры – термометры. Приборы, основанные на измерении электромагнитного излучения нагретых тел, называются пирометрами.

Следовательно, пирометры – термометры излучения.

   Классифицируя термометры по принципу действия их чувствительных элементов, можно отметить следующие типы, получившие наибольшее распространение:

  •  термометры, основанные на тепловом расширении жидкостей, газов и твердых тел;
  •  электрические терморезистивные термометры;
  •  термоэлектрические термометры;
  •  пирометры и др. 

  На явлении теплообмена основано действие тепловых преобразователей.

 

   

                                                         22

                             5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Какие бывают виды теплового расширения тел ?
  2.  Какая связь между коэффициентами линейного и объемного расширения ?
  3.  Какие бывают виды теплообмена ?
  4.  Что называется энтропией ?
  5.  Что такое теплоемкость ?
  6.  Где применяется явление теплообмена ?                                                                             

                                                            

                                                     ЛИТЕРАТУРА

  1.  Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических   

     Величин. «Энергоатомиздат». Л., 1983.-320 с.,ил.

  1.  Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики.»Наука». М., 1966.-575 с.
  2.  Сивухин Д.В. Термодинамика и молекулярная физика. «Наука». М.,

    1975.-687 с.

  1.  Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. «»Наука» М.,

1977.- 942 с.

         5.   Боднер В. А. Приборы первичной информации. «Машиностроение»,

               1981.-344 с., ил.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15277. Вивчити програмну модель мікропроцесора і8086 153 KB
  Лабораторна робота № 2 Тема: Основи програмування мовою Асемблер. Мета роботи: Вивчити програмну модель мікропроцесора і8086. Навчитися інтерпретувати стан регістрів мікропроцесора з використанням емулятора. Засвоїти правила запису інформ
15278. Засвоїти способи адресування операндів в мікропроцесорі і8086 161 KB
  Лабораторна робота № 3 Тема: Основи програмування мовою Асемблер. Мета роботи: Засвоїти способи адресування операндів в мікропроцесорі і8086. Набути навичок з використання різних способів адресування операндів при складанні програм мовою асемблера. Ко...
15279. Команди і директиви мови Асемблер 122.5 KB
  Лабораторна робота № 4 Тема: Команди і директиви мови Асемблер. Мета роботи: Набути навичок застосування асемблерних команд передачі інформації. Засвоїти способи адресування операндів вказаних груп команд та алгоритми їх виконання.
15280. Застосування асемблерних команд з реалізації арифметичних, логічних операцій і операцій зсуву 156 KB
  Лабораторна робота № 5 Тема: Команди і директиви мови Асемблер. Мета роботи: Набути навичок застосування асемблерних команд з реалізації арифметичних логічних операцій і операцій зсуву. Засвоїти способи адресування операндів вказаних гру
15281. Застосування асемблерних команд передачі управління. Алгоритми їх виконання 110.5 KB
  Лабораторна робота № 6 Тема: Команди і директиви мови Асемблер. Мета роботи: Набути навичок застосування асемблерних команд передачі управління. Засвоїти алгоритми їх виконання. Короткі теорет
15282. Алгоритми функціонування ланцюгових команд та способи формування адреси операнда-джерела і адреси операнда-призначення 145.5 KB
  Лабораторна робота № 7 8 Тема: Команди і директиви мови Асемблер. Мета роботи: Засвоїти алгоритми функціонування ланцюгових команд та способи формування адреси операндаджерела і адреси операндапризначення за якими розташовуються ланцюго
15283. Технологія та прийоми програмування мовою Асемблер 142 KB
  Лабораторна робота № 9 Тема: Технологія та прийоми програмування мовою Асемблер. Мета роботи: Набути навичок роботи з масивами при програмуванні мовою Асемблера. Навчитися описувати одновимірні масиви в програмі; ініціювати масив; орган...
15284. Налагодження програми мовою Асемблер з оброблення двовимірних масивів 149 KB
  Налагодження програми мовою Асемблер з оброблення двовимірних масивів Лабораторна робота № 10 Тема: Технологія та прийоми програмування мовою Асемблер. Мета роботи: Набути навичок роботи з масивами при програмуванні мовою Асемблера.
15285. Налагодження програми мовою Асемблер з використанням циклів та розгалужень 102.5 KB
  Налагодження програми мовою Асемблер з використанням циклів та розгалужень Тема: Технологія та прийоми програмування мовою Асемблер. Мета роботи: набути навичок з реалізації задач мовою Асемблер що містять цикли та розгалуження. Ко...