1. В иди теплопередачі

1. Теплопровідність – передача енергії від більш нагрітих тіл (або їх частин) до менш нагрітих, яка обумовлена безпосередньою взаємодією частинок тіл і веде до вирівнювання температури тіл (або їх частин) без перенесення речовини; властива тілам в усіх АСР, найкраща у твердих тіл, найгірша – в газах.

Пояснення: молекули з різними швидкостями та енергією зіштовхуються відбивається обмін енергією між „швидкими” і „повільними” молекулами, що і веде до вирівнювання температури тіл, які стикаються.

Приклад: нагрівання металевих стержнів, нагрівання рук теплою водою.

2. Конвекція – передача енергії від більш нагрітих шарів рідини або газу до менш нагрітих; супроводжується перенесенням речовини.

Пояснення: підвищення Т призводить до розширення газу (або рідини), що веде до зменшення його густини, а отже, і руху шару газу (або рідини) вгору внаслідок зменшення сили тяжіння, що на нього діє.

Приклад: нагрівання води у чайнику, нагрівання повітря у кімнаті.

3. Теплове випромінювання – передача енергії завдяки електромагнітним хвилям (інфрачервоне випромінювання, довгохвильове); здійснюється будь-якими ТДС (в т.ч. і вакуумом).

Приклад: нагрівання повітря сонячним промінням.

Теплову енергію випромінюють і поглинають всі тіла, оскільки всі вони мають внутрішню енергію. Випромінювання і поглинання теплової енергії залежить від стану і кольору поверхні тіла (шорсткі, темні краще поглинають енергію, ніж гладкі і блискучі).

Результат теплообміну – тепловий процес:

1) зміна температури ТДС –

2) зміна агрегатного стану речовини: пароутворення: рідина → тверде тіло (ΔТ > 0);

плавлення: тверде тіло → рідина ΔТ > 0;

конденсація: рідина → пара (ΔТ < 0).

2. Кількість теплоти Q – частина внутрішньої енергії, поглинутої або переданої ТДС при теплопередачі.

[Q] = Дж.

Якщо ТДС поглинає (отримує) енергію, то Q > 0 (при плавленні, пароутворенні).

Якщо ТДС виділяє (віддає) енергію, то Q < 0 (при конденсації, кристалізації).

3. Теплоізольована система (ТІС) – ТДС, яка не обмінюється внутрішньою енергією з іншими ТДС або навколишнім середовищем.

1. Закон збереження і перетворення енергії при теплопередачі для ТІС – рівняння теплового балансу:

(6)

1. Теплові процеси (ТП) і розрахункові формули теплоти, що їх описують

Назва ТП	Формула Q	Коефіцієнт, його розмірність	Назва і фізичний зміст коефіцієнта
Нагрівання (Q > 0) Охолодження (Q < 0)	*	, Дж/К , Дж/кг·К , Дж/моль·К	теплоємність речовини – кількість теплоти, яку необхідно затратити для нагрівання цієї речовини на 1К (або 10С); питома теплоємність речовини – кількість теплоти, яку необхідно затратити для нагрівання 1 кг цієї речовини на 1К; молярна теплоємність речовини – кількість теплоти, яку необхідно затратити для нагрівання 1 моля цієї речовини на 1К
Плавлення (Q > 0) Тверднення (Q < 0)		, Дж/кг	питома теплота плавлення – кількість теплоти, необхідна для перетворення 1 кг даної речовини з твердого стану у рідкий при температурі плавлення tпл= const
Пароутворення (Q>0) Конденсація (Q < 0)		, Дж/кг	питома теплота пароутворення – кількість теплоти, необхідна для перетворення 1 кг даної речовини з рідкого стану у газоподібний при температурі кипіння tк= const
Згорання (Q > 0)		, Дж/кг	питома теплота згорання – кількість теплоти, яка утворю-ється під час повного згорання 1кг палива

ІІ. Механічний спосіб зміни U

1. ТД робота – процес зміни U без теплообміну, що характеризує механічний вплив на ТДС (нагрівання при терті, розширення при охолодженні). З точки зору МКТ робота в ТД означає перетворення енергії впорядкованого руху макросистеми (н.п., поршня) в енергію теплового руху молекул іншої ТДС (н.п., газу), або оберненого перетворення енергії.

Оскільки внаслідок МКТ будови рідина і тверде тіло практично зберігають U, то ТД робота рідини чи твердого тіла фізичного змісту не має, і тому доцільно говорити про ТД роботу газу, значна зміна об’єму якого веде до збільшення його U.

2 . Обчислення ТД роботи газу.

Розрахуємо роботу А, яку виконує ідеальний газ внаслідок його ізобарного нагрівання. Вважатимемо, що газ знаходиться під невагомим поршнем площею S, який рухається уздовж циліндра без тертя. Оскільки поршень не закріплений, то тиск газу p є сталим і наближено дорівнює атмосферному. Під час нагрівання на ΔТ відбувається ізобарне розширення газу і його об'єм збільшується на ΔV = SΔl, де Δl – відстань, на яку перемістився поршень. Оскільки з механіки відомо, що , де F – сила, що діє на тіло, яке здійснює переміщення s, то враховуючи, що знаходимо,:

(7)

Якщо газ розширюється: V₂ > V₁ → ΔV А_{розшир.} > 0; тобто роботу розширення виконує газ

Якщо газ стискається: V ₂ < V₁ → ΔV А_стисн.< 0, тобто газ виконує від’ємну роботу, або: роботу стиснення А´ виконують зовнішні сили над газом (А´ = А_стисн.).

Враховуючи рівняння Менделєєва, отримаємо для роботи ще одну формулу

(8)

де – універсальна газова стала.

При ізохорному процесі зміни об’єму газу немає, отже ТД робота не виконується:

V ₂ = V₁ ΔV = 0 А > 0

3. Геометричне тлумачення (інтерпретація) ТД роботи.

Геометрично робота дорівнює площі фігури, яка утворюється під графіком даного ТДП у координатах р V.

Оскільки кількість теплоти і робота залежать від зміни ТДП_р: Q = f (ΔТ) і А = f(ΔV), то вони є функціями ТДП, тобто залежать від виду процесу, при якому відбувається дана зміна внутрішньої енергії U.

Для замкненого ТДП отримаємо, що ТД робота, яка виконується в ході такого процесу дорівнює площі, обмеженій графіком ТДП.

р р

S = A S = – A

0 V 0 V

A > 0 A < 0

Роботу виконує ТДС (газ) Роботу виконують зовнішні тіла

над зовнішніми тілами (сили) над ТДС (газом)