Teplo je míra tepelné energie, která se může přenášet z jednoho bodu do druhého. Teplo je přenos kinetické energie ze zdroje energie do média nebo z jednoho média nebo předmětu do jiného média nebo předmětu.

Teplo je jednou z důležitých složek fázových změn spojených s prací a energií. Teplo je také mírou kinetické energie, kterou mají částice v systému. Kinetická energie částic v systému roste s rostoucí teplotou systému. Měření tepla se tedy s časem mění.

Přenos tepla

Když se systém s vyšší teplotou dostane do kontaktu se systémem s nižší teplotou, energie se přenese z částic v prvním systému na částice ve druhém. Proto lze přenos tepla definovat jako proces přenosu tepla z objektu (nebo systému) o vyšší teplotě do jiného objektu (nebo systému) o teplotě nižší.

Vzorec přenosu tepla

Vzorec přenosu tepla určuje množství tepla přeneseného z jednoho systému do druhého.

Q = c × m × AT

Kde,

Q je teplo dodávané do systému

m je hmotnost systému

c je měrná tepelná kapacita systému

ΔT je změna teploty systému

Měrná tepelná kapacita (c) je definována jako množství tepla (v joulech) absorbované na jednotku hmotnosti (kg) materiálu, když se jeho teplota zvýší o 1 K (nebo 1 °C). Jeho jednotky jsou J/kg/K nebo J/kg/°C.

Odvození vzorce

Nechat m být hmotnost systému a C být měrná tepelná kapacita systému. Nechat ΔT být změnou teploty systému.

Poté množství dodaného tepla ( Q ) je součin hmoty m , specifická tepelná kapacita C a změna teploty ΔT a je dáno tím,

rovná se metodě java

Q = c × m × AT

Typy přenosu tepla

Existují tři typy přenosu tepla:

1. Vedení
2. Proudění
3. Záření

Vedení

Přenos tepla pevnými materiály se nazývá vedení. Vzorec pro teplo přenášené procesem vedení je vyjádřen jako:

Q = kA(T _Horký -T _Studený) t/d

Kde,

Q je teplo přenášené vedením

k je tepelná vodivost materiálu

A je plocha povrchu

T_Horkýje teplota horkého povrchu

T_Studenýje teplota studeného povrchu

to je čas

d je tloušťka materiálu

Proudění

Přenos tepla kapalinami a plyny se nazývá konvekce. Vzorec pro teplo přenášené procesem konvekce je vyjádřen jako:

Q = H _C NA _Horký -T _Studený )

Kde,

Q je teplo přenášené konvekcí

H_Cje součinitel prostupu tepla

A je plocha povrchu

T_Horkýje teplota horkého systému

T_Studenýje teplota studeného systému

Záření

Přenos tepla elektromagnetickým vlněním se nazývá záření. Vzorec pro teplo přenášené procesem záření je vyjádřen jako:

Q = σ (T _Horký – T _Studený) ⁴ A

Kde,

Q je teplo přenášené sáláním

σ je Stefan Boltzmann Constant

T _Horký je teplota horkého systému

T _Studený je teplota studeného systému

A je plocha povrchu

Stefan Boltzmannův konstanta (σ) se vypočítá jako:

a = 2,p ⁵ K _B ⁴ / 15 hod ³ C ² = 5,670367(13) × 10 ^-8 J. m ^-2 . S ^-1 . K ^-4

Kde,

σ je Stefan Boltzmann Constant

pi(π) ∼=

k _B je Boltzmannova konstanta

h je Planckova konstanta

c je rychlost světla ve vakuu

Ukázkové problémy

Úloha 1: Soustava o hmotnosti 10 kg a počáteční teplotě 200 K se zahřeje na 450 K. Měrná tepelná kapacita soustavy je 0,91 KJ/kg K. Vypočítejte teplo získané soustavou při tomto procesu.

Řešení:

podle dotazu,

Hmotnost, m = 10 kg

Měrná tepelná kapacita, c = 0,91 KJ/kg K

Počáteční teplota, T _i = 200 tis

Konečná teplota, T _F = 450 tis

Změna teploty, ΔT = 450K – 200K = 250K

Pomocí vzorce přenosu tepla

Q = c × m × AT

Q = 0,91 x 10 x 250

nahradit veškerou javu

Q = 2275 kJ

Celkové teplo získané systémem je tedy 2275 KJ.

Problém 2: Měrné teplo železa je 0,45 J/g°C. Jaká hmotnost železa je potřebná pro přenos tepla 1200 Joulů, pokud je změna teploty 40 °C?

Řešení:

podle dotazu,

Měrné teplo železa, c = 0,45 J/g°C

Změna teploty, ΔT = 40°C

Množství přeneseného tepla, Q = 1200 J

Pomocí vzorce přenosu tepla

Q = c × m × AT

m = Q /(c x ΔT)

m = 1200 /(0,45 x 40)

m = 66,667 g

Proto požadovaná hmotnost železa pro přenos tepla 1200 Joulů je 66,667 gramů.

Úloha 3: Uvažujme dva vodní sloupce o různých teplotách oddělené skleněnou stěnou o délce 3 ma šířce 1,5 m a tloušťce 0,005 m. Jeden vodní sloupec je na 380K a druhý na 120K. Vypočítejte množství přeneseného tepla, je-li tepelná vodivost skla 1,4 W/mK.

Řešení:

podle dotazu,

Tepelná vodivost skla, k = 1,4 W/mK.

Teplota prvního vodního sloupce, T _{Horká = 380 K}

Teplota druhého vodního sloupce, T _{Studená = 120K}

Plocha skleněné stěny oddělující dva sloupy, A = délka x šířka = 3m x 1,5m = 4,5m ²

Tloušťka skla, d = 0,005 m

Použití vzorce přenosu tepla pro vedení,

Q = kA(T _Horký -T _Studený )t/d

Q = 1,4 x 4,5 (380-120) / 0,005

Q = 327600 W

Proto je množství přeneseného tepla 327 600 wattů.

Úloha 4: Vypočítejte přenos tepla konvekcí, je-li součinitel prostupu tepla média 8 W/(m ² K) a plocha je 25 m ² a teplotní rozdíl je 20K.

Řešení:

podle dotazu,

Součinitel prostupu tepla, H _C = 8 W/(m ² K)

Plocha, A = 25m ²

Změna teploty, (T _Horký – T _Studený) = 20 tis

Použití vzorce přenosu tepla pro konvekci,

Q = H _C NA _Horký -T _Studený )

Q = 8 x 25 x 20

Q = 4000 W

Množství tepla přenášeného konvekcí je tedy 4000 Wattů.

Úloha 5: Vypočítejte teplo přenášené zářením mezi dvěma černými tělesy při teplotách 300 K a 430 K a plocha média je 48 m ² . (Vzhledem k tomu, Stefan Boltzmann Constant, σ = 5,67 x 10 ^-8 W/(m ² K ⁴ )).

Řešení:

podle dotazu,

Teplota horkého těla, T_Horký= 430 tis

Teplota studeného těla, T_Studený= 300 tis

Změna teploty, (T_Horký– T_Studený) = 430 000 – 300 000 = 130 000

Plocha, A = 48 m²

Stefan Boltzmann Constant, σ = 5,67 x 10^-8W/(m²K⁴)

Použití vzorce přenosu tepla pro záření,

Q = σ (T_Horký-T_Chlad)4A

Q = 5,67 x 10^-8x 130⁴x 48

Q = 777,3 W

Množství tepla přeneseného sáláním je tedy 777,3 Wattů.