Өнөөдөр бид “Дулаан дамжуулалт уу?..” гэсэн асуултын хариултыг олохыг хичээх болно. Энэ нийтлэлд бид энэ процесс гэж юу болох, байгальд ямар төрлүүд байдаг талаар авч үзэхээс гадна дулаан дамжуулалт ба термодинамикийн хооронд ямар хамааралтай болохыг олж мэдэх болно.
Тодорхойлолт
Дулаан дамжуулалт нь физик процесс бөгөөд түүний мөн чанар нь дулааны энергийг дамжуулах явдал юм. Солилцоо нь хоёр бие эсвэл тэдгээрийн системийн хооронд явагддаг. Энэ тохиолдолд урьдчилсан нөхцөл нь дулааныг илүү халсан биеэс бага халдаг бие рүү шилжүүлэх явдал юм.
Процессын онцлогууд
Дулаан дамжуулалт нь шууд хүрэлцэх болон тусгаарлах хуваалтуудын аль алинд нь тохиолдож болох ижил төрлийн үзэгдэл юм. Эхний тохиолдолд бүх зүйл тодорхой, хоёрдугаарт, бие, материал, хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийг саад тотгор болгон ашиглаж болно. Хоёр ба түүнээс дээш биеэс бүрдэх систем нь дулааны тэнцвэрт байдалд ороогүй тохиолдолд дулаан дамжуулалт явагдана. Өөрөөр хэлбэл, объектуудын аль нэг нь нөгөөгөөсөө өндөр эсвэл бага температуртай байдаг. Энд дулааны энергийн дамжуулалт явагддаг. Хэзээ дуусна гэж үзэх нь логик юмсистем нь термодинамик эсвэл дулааны тэнцвэрт байдалд хүрэх үед. Термодинамикийн хоёр дахь хууль бидэнд хэлж чадах тул процесс аяндаа явагддаг.
Үзсэн тоо
Дулаан дамжуулалт нь гурван төрөлд хуваагдах процесс юм. Тэдгээр нь үндсэн шинж чанартай байх болно, учир нь тэдгээрийн дотор жинхэнэ дэд ангиллыг ялгаж салгаж, ерөнхий хэв маягийн хамт өөрийн гэсэн онцлог шинж чанартай байдаг. Өнөөдрийг хүртэл гурван төрлийн дулаан дамжуулалтыг ялгах нь заншилтай байдаг. Эдгээр нь дамжуулалт, конвекц, цацраг юм. Магадгүй эхнийхээс эхэлцгээе.
Дулаан дамжуулах арга. Дулаан дамжуулалт
Энэ нь энергийн дамжуулалтыг гүйцэтгэх материаллаг биеийн өмчийн нэр юм. Үүний зэрэгцээ халуун хэсгээс хүйтэн хэсэг рүү шилждэг. Энэ үзэгдэл нь молекулуудын эмх замбараагүй хөдөлгөөний зарчим дээр суурилдаг. Энэ бол Брауны хөдөлгөөн гэж нэрлэгддэг хөдөлгөөн юм. Биеийн температур өндөр байх тусам молекулууд илүү идэвхтэй хөдөлдөг, учир нь тэд илүү кинетик энергитэй байдаг. Электрон, молекул, атомууд дулаан дамжуулах үйл явцад оролцдог. Энэ нь өөр өөр хэсгүүдийн температур өөр өөр биед хийгддэг.
Хэрэв бодис дулаан дамжуулах чадвартай бол тоон шинж чанар байгаа эсэх талаар ярьж болно. Энэ тохиолдолд түүний үүргийг дулаан дамжилтын илтгэлцүүрээр гүйцэтгэдэг. Энэ шинж чанар нь нэгж хугацааны урт ба талбайн нэгж үзүүлэлтээр хэр их дулаан дамжихыг харуулдаг. Энэ тохиолдолд биеийн температур яг 1 К-ээр өөрчлөгдөнө.
Өмнө нь дулаан солилцдог гэж үздэг байсанянз бүрийн биетүүд (хүрээлэх байгууламжийн дулаан дамжуулалтыг оруулаад) илчлэг гэж нэрлэгддэг бодис нь биеийн нэг хэсгээс нөгөө рүү урсдагтай холбоотой юм. Гэсэн хэдий ч түүний бодит оршин тогтнох шинж тэмдгийг хэн ч олж чадаагүй бөгөөд молекул-кинетик онол тодорхой түвшинд хөгжихөд таамаглал нь батлагдах боломжгүй болсон тул хүн бүр илчлэгийн талаар бодохоо мартсан.
Конвекц. Усны дулаан дамжуулалт
Дулааны энергийн солилцооны энэ аргыг дотоод урсгалаар дамжуулах гэж ойлгодог. Данх устай гэж төсөөлөөд үз дээ. Та бүхний мэдэж байгаагаар илүү халуун агаарын урсгал нь дээд тал руугаа нэмэгддэг. Мөн хүйтэн, хүнд нь доошоо живдэг. Тэгвэл ус яагаад өөр байх ёстой гэж? Түүнтэй яг адилхан. Ийм мөчлөгийн явцад усны бүх давхарга нь хичнээн их байсан ч дулааны тэнцвэрт байдал үүсэх хүртэл халах болно. Тодорхой нөхцөлд мэдээж.
Цацраг
Энэ арга нь цахилгаан соронзон цацрагийн зарчим дээр суурилдаг. Энэ нь дотоод энергиээс үүсдэг. Бид дулааны цацрагийн онолд төдийлөн орохгүй бөгөөд энд шалтгаан нь цэнэгтэй бөөмс, атом, молекулуудын зохион байгуулалтад оршдог гэдгийг зүгээр л тэмдэглэх болно.
Дулаан дамжуулах энгийн асуудлууд
Одоо дулаан дамжуулалтын тооцоо практикт хэрхэн харагддаг талаар ярилцъя. Дулааны хэмжээтэй холбоотой энгийн асуудлыг шийдье. Бид хагас килограммтай тэнцэх хэмжээний устай гэж бодъё. Усны анхны температур - 0 градусЦельсийн хэм, эцсийн - 100. Энэ массыг халаахад зарцуулсан дулааны хэмжээг олцгооё.
Үүний тулд Q=см(t2-t1) томъёо хэрэгтэй, Q нь дулааны хэмжээ, c - усны хувийн дулаан багтаамж, m - бодисын масс, t1 анхны температур, t2 эцсийн температур. Усны хувьд c-ийн утга нь хүснэгт юм. Тодорхой дулааны багтаамж нь 4200 Ж / кгС-тэй тэнцүү байх болно. Одоо бид эдгээр утгыг томъёонд орлуулж байна. Бид дулааны хэмжээ 210000 Дж буюу 210 кЖ-тэй тэнцэх болно.
Термодинамикийн анхны хууль
Термодинамик ба дулаан дамжуулалт нь зарим хуулиар харилцан уялдаатай байдаг. Эдгээр нь системийн дотоод энергийн өөрчлөлтийг хоёр аргаар хийж болно гэсэн мэдлэг дээр суурилдаг. Эхнийх нь механик ажил юм. Хоёр дахь нь тодорхой хэмжээний дулааны харилцаа холбоо юм. Дашрамд хэлэхэд термодинамикийн анхны хууль нь энэ зарчим дээр суурилдаг. Түүний томъёолол энд байна: хэрэв системд тодорхой хэмжээний дулаан өгсөн бол түүнийг гадны биетүүд дээр ажиллах эсвэл дотоод энергийг нэмэгдүүлэхэд зарцуулна. Математик тэмдэглэгээ: dQ=dU + dA.
Дааруу эсвэл сул тал уу?
Термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн математик тэмдэглэгээнд орсон бүх хэмжигдэхүүнийг "нэмэх" ба "хасах" тэмдгээр хоёуланг нь бичиж болно. Түүнээс гадна тэдний сонголтыг үйл явцын нөхцлөөс хамаарна. Систем тодорхой хэмжээний дулаан хүлээн авдаг гэж бодъё. Энэ тохиолдолд доторх бие нь халдаг. Тиймээс хийн тэлэлт байгаа нь тэр гэсэн үгажил хийгдэж байна. Үүний үр дүнд утгууд эерэг байх болно. Хэрэв дулааны хэмжээг авбал хий хөргөж, дээр нь ажил хийгдэнэ. Утга нь урвуу болно.
Термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн өөр томъёолол
Бидэнд завсарлагатай хөдөлгүүр байна гэж бодъё. Үүний дотор ажлын байгууллага (эсвэл систем) нь дугуй процессыг гүйцэтгэдэг. Үүнийг ихэвчлэн мөчлөг гэж нэрлэдэг. Үүний үр дүнд систем анхны байдалдаа эргэн орох болно. Энэ тохиолдолд дотоод энергийн өөрчлөлт тэгтэй тэнцүү байна гэж үзэх нь логик юм. Дулааны хэмжээ нь хийсэн ажилтай тэнцүү байх болно. Эдгээр заалтууд нь термодинамикийн нэгдүгээр хуулийг өөр аргаар томъёолох боломжийг бидэнд олгодог.
Үүнээс бид анхны төрлийн мөнхийн хөдөлгөөнт машин байгальд байж болохгүй гэдгийг ойлгож болно. Энэ нь гаднаас хүлээн авсан энергитэй харьцуулахад илүү их хэмжээгээр ажилладаг төхөөрөмж юм. Энэ тохиолдолд үйлдлүүдийг үе үе хийх шаардлагатай.
Изопроцессын термодинамикийн нэгдүгээр хууль
Изохорик процессоос эхэлцгээе. Энэ нь эзлэхүүнийг тогтмол байлгадаг. Энэ нь эзлэхүүний өөрчлөлт тэг болно гэсэн үг юм. Тиймээс ажил нь мөн тэгтэй тэнцүү байх болно. Термодинамикийн нэгдүгээр хуулиас энэ нэр томьёог хасъя, үүний дараа бид dQ=dU томьёог авна. Энэ нь изохорик процесст системд нийлүүлж буй бүх дулаан нь хий эсвэл хольцын дотоод энергийг нэмэгдүүлэхэд зарцуулагддаг гэсэн үг юм.
Одоо изобар процессын талаар ярья. Даралт тогтмол хэвээр байна. Энэ тохиолдолд дотоод энерги нь ажилтай зэрэгцэн өөрчлөгдөнө. Энд анхны томъёо байна: dQ=dU + pdV. Бид хийсэн ажлыг хялбархан тооцоолж чадна. Энэ нь uR(T2-T1) илэрхийлэлтэй тэнцүү байх болно. Дашрамд хэлэхэд энэ нь бүх нийтийн хийн тогтмолын физик утга юм. Нэг моль хий, нэг Келвин температурын зөрүү байгаа тохиолдолд бүх нийтийн хийн тогтмол нь изобар процесст хийсэн ажилтай тэнцүү байна.
