Теплообмін між тілами в навчальному посібнику для студентів-фізиків з фізики
Якщо два тіла з різною температурою стикаються і залишаються на власний розсуд, між ними відбувається обмін теплом, і таким чином відбувається вирівнювання температури. Застосовується основний закон теплообміну, який звучить так:
Коли два тіла з різною температурою стикаються між собою, тіло з більш високою температурою віддає тепло, тіло з нижчою температурою поглинає тепло. Тепло, яке віддає тіло при більш високій температурі, настільки ж велике, як тепло, що поглинається тілом при нижчій температурі.
Цей зв’язок можна використовувати, наприклад Б. для розрахунку температури змішування двох кількостей води.
Постачання тепла
# Тепло # внутрішня енергія # температура # термометр # Кельвін # градуси Цельсія
Температурні шкали
# Температура # Тепло # Шкала Кельвіна # Термометр # Цельсій # Шкала Цельсія
Основний закон теплообміну
Якщо ви поставите в посудину теплу і холодну воду, напр. Б. в раковині або у ванні, тоді тепла вода віддає тепло, а холодна вода поглинає це тепло. Через деякий час у всій воді буде однакова температура. Якщо це так, подальший теплообмін не відбувається.
Навіть якщо ти z. Б. поміщає гаряче варене яйце в холодну воду, між яйцем і водою відбувається теплообмін, поки обидва не мають однакову температуру. Основний закон теплообміну застосовується до будь-якого тіла, яке має різні температури і тісно контактує між собою.
Застосування основного закону теплообміну
Основний закон теплообміну може бути використаний для розрахунку температури змішування двох кількостей води або інших рідин. Ми приймаємо дві рідини різної температури, які змішуються одна з одною і мають спільну температуру змішування після змішування.
Спочатку тепліша рідина 1 (рис. 2) віддає тепло при змішуванні. Це тепло, що виділяється ним, загалом можна розрахувати, використовуючи основне рівняння теорії теплоти:
Q ab = c 1 ⋅ m 1 ⋅ (ϑ 1 - ϑ M)
Тепло, яке спочатку поглинає рідина 2, що поглинається, також можна розрахувати:
Q zu = c 2 ⋅ m 2 ⋅ (ϑ M - ϑ 2)
Відповідно до основного закону теплообміну виділяється тепло і поглинається тепло рівні. Застосовується наступне:
c 1 ⋅ m 1 ⋅ (ϑ 1 - ϑ M) = c 2 ⋅ m 2 ⋅ (ϑ M - ϑ 2)
Якщо переставити це рівняння відповідно до температури змішування ϑ M, він отримує правило змішування Ріхмана. Це є:
За умови відсутності фізичних змін та втрат тепла температуру суміші двох тіл можна розрахувати за допомогою рівняння:
Це рівняння справедливе не лише для двох рідин, але і для будь-яких двох тіл, якщо в фізичному стані немає змін.
Це правило змішування названо на честь німецького натураліста ГЕОРГА ВІЛЬГЕЛМА РІХМАННА (1711-1753).
У разі рідин, виготовлених з однієї і тієї ж речовини, напр. B. дві кількості води, питома теплоємність однакова. Тоді це спрощується правило Ріхмана змішування і читає:
ϑ M = m 1 ⋅ ϑ 1 + m 2 ⋅ ϑ 2 m 1 + m 2
Зауважте: На практиці зазвичай виникають втрати тепла, які не враховуються у наведених рівняннях. Таким чином, залежно від типу суміші, температура суміші на практиці може бути вищою або нижчою, ніж розрахована температура.
Посудина, в якій знаходиться суміш, також може поглинати або віддавати тепло. Це можна врахувати з так званою теплоємністю (водою) судини. Більш докладні пояснення можна знайти в розділі "Калориметричні вимірювання" в окремій статті на компакт-диску.