Varme er et mål for termisk energi, der kan overføres fra et punkt til et andet. Varme er overførsel af kinetisk energi fra en energikilde til et medium eller fra et medium eller objekt til et andet medium eller objekt.
Varme er en af de vigtige komponenter i faseændringer forbundet med arbejde og energi. Varme er også et mål for kinetisk energi, som partiklerne i et system besidder. Den kinetiske energi af partiklerne i systemet stiger med stigningen i systemets temperatur. Derfor ændrer varmemål sig med tiden.
java-tegn til int
Varmeoverførsel
Når et system ved en højere temperatur bringes i kontakt med et system ved en lavere temperatur, overføres energi fra partiklerne i det første system til partiklerne i det andet. Derfor kan varmeoverførsel defineres som processen med overførsel af varme fra et objekt (eller et system) ved en højere temperatur til et andet objekt (eller et system) ved en lavere temperatur.
Varmeoverførselsformel
Varmeoverførselsformlen bestemmer mængden af varme, der overføres fra et system til et andet.
Q = c × m × ΔT
Hvor,
Q er den varme, der leveres til systemet
m er systemets masse
c er systemets specifikke varmekapacitet
ΔT er ændringen i systemets temperatur
Den specifikke varmekapacitet (c) er defineret som den varmemængde (i joule), der absorberes pr. masseenhed (kg) af materialet, når dets temperatur stiger med 1 K (eller 1 °C). Dens enheder er J/kg/K eller J/kg/°C.
Afledning af formlen
Lade m være systemets masse og c være systemets specifikke varmekapacitet. Lade ΔT være ændringen i systemets temperatur.
Derefter mængden af tilført varme ( Q ) er produktet af massen m specifik varmekapacitet c og ændring i temperatur ΔT og er givet af,
Q = c × m × ΔT
Typer af varmeoverførsel
Der er tre typer varmeoverførsel:
- Ledning
- Konvektion
- Stråling
Ledning
Overførsel af varme gennem faste materialer kaldes ledning. Formlen for varme overført ved ledningsprocessen er udtrykt som:
Q = kA(T Hed -T Kold) t/d
Hvor,
Q er varmeoverført gennem ledning
k er materialets varmeledningsevne
A er arealet af overfladen
THeder temperaturen på den varme overflade
TKolder temperaturen på den kolde overflade
det er tid
d er tykkelsen af materialet
Konvektion
Overførsel af varme gennem væsker og gasser kaldes konvektion. Formlen for varme overført ved konvektionsprocessen er udtrykt som:
Q = H c PÅ Hed -T Kold )
Hvor,
Q er varmeoverført gennem konvektion
Hcer varmeoverførselskoefficienten
A er arealet af overfladen
THeder temperaturen på det varme system
TKolder temperaturen i det kolde system
Stråling
Overførsel af varme gennem elektromagnetiske bølger kaldes stråling. Formlen for varme, der overføres ved strålingsprocessen, er udtrykt som:
Q = σ (T Hed – T Kold) 4 EN
Hvor,
Q er varme, der overføres gennem stråling
σ er Stefan Boltzmann Constant
java int i strengT Hed er temperaturen på det varme system
T Kold er temperaturen i det kolde system
A er arealet af overfladen
Stefan Boltzmann Konstant (σ) beregnes som:
σ = 2.p 5 K B 4 / 15 timer 3 c 2 = 5,670367(13) × 10 -8 J . m -2 . S -1 . K -4
Hvor,
σ er Stefan Boltzmann Constant
pi(π) ∼=
k B er Boltzmann konstant
h er Plancks konstant
c er lysets hastighed i vakuum
Prøveproblemer
Opgave 1: Et system med en masse på 10 kg og en starttemperatur på 200 K opvarmes til 450 K. Systemets specifikke varmekapacitet er 0,91 KJ/kg K. Beregn den varme, som systemet opnår i denne proces.
oprettelse af liste i java
Løsning:
Ifølge spørgsmål,
Masse, m = 10 kg
Specifik varmekapacitet, c = 0,91 KJ/kg K
Starttemperatur, T jeg = 200 K
Sluttemperatur, T f = 450 K
Ændring i temperatur, ΔT = 450K – 200K = 250K
Ved hjælp af varmeoverførselsformlen,
Q = c × m × ΔT
Q = 0,91 x 10 x 250
Q = 2275 KJ
Derfor er den samlede varme opnået af systemet 2275 KJ.
Opgave 2: Jernets specifikke varme er 0,45 J/g°C. Hvilken masse jern skal der til for en varmeoverførsel på 1200 Joule, hvis temperaturændringen er 40°C?
Løsning:
Ifølge spørgsmål,
np.sumSpecifik varme af jern, c = 0,45 J/g°C
Ændring i temperatur, ΔT = 40°C
Mængde af overført varme, Q = 1200 J
Ved hjælp af varmeoverførselsformlen,
Q = c × m × ΔT
m = Q /(c x ΔT)
m = 1200 /(0,45 x 40)
m = 66,667 g
Derfor er den nødvendige masse af jern til en varmeoverførsel på 1200 Joule 66,667 gram.
Opgave 3: Betragt to vandsøjler ved forskellige temperaturer adskilt af en glasvæg med en længde på 3m og en bredde på 1,5m og en tykkelse på 0,005m. Den ene vandsøjle er på 380K og den anden er på 120K. Beregn mængden af overført varme, hvis den termiske ledningsevne af glas er 1,4 W/mK.
Løsning:
Ifølge spørgsmål,
Termisk ledningsevne af glas, k = 1,4 W/mK.
Temperatur af første vandsøjle, T Varmt = 380K
Temperatur af anden vandsøjle, T Kold = 120K
Areal af glasvæggen, der adskiller to søjler, A = længde x bredde = 3m x 1,5m = 4,5m 2
Glasets tykkelse, d = 0,005m
Ved at bruge varmeoverførselsformlen til ledning,
Q = kA(T Hed -T Kold )t/d
Q = 1,4 x 4,5 (380-120) / 0,005
Q = 327600 W
Derfor er mængden af overført varme 327600 Watt.
Opgave 4: Beregn varmeoverførsel gennem konvektion, hvis varmeoverførselskoefficienten for et medium er 8 W/(m) 2 K) og areal er 25 m 2 og temperaturforskellen er 20K.
Løsning:
Ifølge spørgsmål,
Varmeoverførselskoefficient, H c = 8 W/(m 2 K)
indstillingsmenu for AndroidAreal, A = 25m 2
Ændring i temperatur, (T Hed – T Kold) = 20K
Ved at bruge varmeoverførselsformlen til konvektion,
Q = H c PÅ Hed -T Kold )
Q = 8 x 25 x 20
Q = 4000 W
Derfor er mængden af varme, der overføres gennem konvektion, 4000 watt.
Opgave 5: Beregn den varme, der overføres gennem stråling mellem to sorte legemer ved temperaturerne 300K og 430K, og mediets areal er 48 m 2 . (Givet Stefan Boltzmann Constant, σ = 5,67 x 10 -8 W/(m 2 K 4 ) ).
Løsning:
Ifølge spørgsmålet,
Temperatur af varm krop, THed= 430K
Temperatur af kold krop, TKold= 300K
Ændring i temperatur, (THed– TKold) = 430K – 300K = 130K
Areal, A = 48 m2
Stefan Boltzmann Konstant, σ = 5,67 x 10-8W/(m2K4)
Ved at bruge varmeoverførselsformlen for stråling,
Q = σ (THed-TKold) 4EN
Q = 5,67 x 10-8x 1304x 48
Q = 777,3 W
Derfor er mængden af varme, der overføres gennem stråling, 777,3 watt.