Головне в розділі 1. Теплові явища

Вивчивши розділ «Теплові явища. Теплові машини і механізми», ви ознайомилися з фізичними основами теплових явищ та процесів, особливостями їх перебігу і використання в побуті й техніці.

1. Невпорядкований (хаотичний) рух молекул, атомів, електронів називають тепловим рухом, або теплотою. Безпосереднім експериментальним підтвердженням теплового руху в газах, рідинах і твердих тілах є явища дифузії та броунівського руху.

2. Температура є характеристикою середньої кінетичної енергії хаотичного руху молекул і атомів тіла. Під час теплообміну більш нагріті тіла віддають тепло менш нагрітим. У природі у процесі теплообміну теплота переходить від більш нагрітих тіл до менш нагрітих. За звичайних умов теплота самочинно не може переходити від менш нагрітих до більш нагрітих тіл.

3. Одна й та сама речовина може перебувати в таких основних станах: твердому, рідкому та газоподібному. Четвертим станом речовини є плазма.

4. Наноматеріалами називають матеріали, основні фізичні характеристики яких визначаються властивостями нанооб’єктів, що містяться в них; кристалічні або аморфні системи з розміром частинок меншими за 100 нм.

5. За основну одиницю температури Міжнародної системи одиниць (СІ) прийнято Кельвін (К). 1 кельвін дорівнює 1 градусу Цельсія (1 К = 1 °С).

6. Лінійні розміри тіла, температура якого змінилася на величину Δt, обчислюються за формулою l = l₀ • (1 + α_l • Δt). Об’єм рідкого тіла, температура якого змінилася на величину Δt, обчислюється за формулою: V = V₀(1 + α_V • Δt).

7. Внутрішня енергія тіла є сумою кінетичної енергії хаотичного руху та потенціальної енергії взаємодії всіх його мікрочастинок. Внутрішня енергія тіла змінюється при зміні температури тіла та переході речовини з одного агрегатного стану в інший. Основними способами зміни внутрішньої енергії є механічна робота, теплопровідність, конвекція, променевий теплообмін.

8. Кількісною характеристикою теплообміну є кількість теплоти Q, що вимірюється так само, як і робота та енергія, у джоулях (Дж).

9. Питомою теплоємністю речовини називають фізичну величину, що показує, яка кількість теплоти необхідна для зміни температури речовини масою 1 кг на 1 °С.

10. Щоб обчислити кількість теплоти, потрібну для нагрівання тіла, або віддану ним під час охолодження, слід питому теплоємність речовини (c) помножити на масу цього тіла (m) та зміну його температури (Δt): Q = cmΔt.

11. Тепловим балансом називають порівняння кількості теплоти, одержаної та відданої тілами в теплових процесах. У замкнутій теплоізольованій системі сумарна кількість теплоти, отримана одними тілами, дорівнює сумарній кількості теплоти, відданій іншими:

Q₁⁺ + Q₂⁺ + Q₃⁺ + ... + Q_n⁺ = Q₁^- + Q₂^- + Q₃^- + ... + Q_m^-.

Прийнято вважати, що кількість теплоти, отримана тілом під час теплообміну, є додатним числом, а кількість теплоти, віддана тілом під час теплообміну, — від’ємним числом.

12. Під час процесу плавлення (кристалізації) речовини її температура не змінюється. Фізичну величину, що показує, яка кількість теплоти необхідна для повного перетворення 1 кг кристалічної речовини з твердого стану в рідкий за сталої температури плавлення, називають питомою теплотою плавлення:

Для плавлення кристалічного тіла масою m йому потрібно надати кількість теплоти, що пропорційна масі тіла: Q = λm.

13. Кипіння — процес утворення пари не тільки на поверхні рідини, а й у її об’ємі. Температуру, за якої рідина кипить, називають температурою кипіння. У процесі кипіння температура рідини не змінюється. Чим більший зовнішній тиск, тим вища температура кипіння.

14. Кількість теплоти, яку необхідно витратити, щоб повністю випарувати m кг речовини, обчислюють за формулою: Q = rm, де r — питома теплота пароутворення. Конденсуючись, пара віддає стільки ж енергії, скільки отримала під час пароутворення.

15. Загальна кількість теплоти Q, що виділяється при згорянні m кг палива, обчислюється за формулою: Q = qm.

16. Повна енергія замкнутої системи тіл є сумою механічної та внутрішньої енергії: E_повна = E_мех + U = Е_К + E_П+ U = const.

17. Тепловими називають машини, в яких енергія згоряння органічного палива перетворюється в механічну роботу. За призначенням теплові машини поділяються на два основних типи: теплові двигуни та холодильні установки.

18. В основу роботи теплових двигунів покладено принцип перетворення теплової енергії в механічну роботу. ККД теплового двигуна визначається за формулою

ККД теплового двигуна завжди менший за одиницю.

19. Двигуном внутрішнього згоряння називають теплову машину, в якій робочим тілом є гази високої температури, що утворюються під час згоряння рідкого або газоподібного палива безпосередньо всередині поршневого двигуна чи газової турбіни.

20. Холодильною машиною, або холодильником, називають пристрій, у якому внутрішня енергія забирається в менш нагрітого тіла й передається тілу з вищою температурою. У холодильних теплових машинах внутрішня енергія тіла, що охолоджується, зменшується за рахунок виконання роботи іншим тілом.

21. Тепловий насос — пристрій, який працює за принципом, протилежним холодильній машині, передаючи тепло від середовища з меншою температурою до середовища з вищою температурою.

22. Одним із найважливіших недоліків використання теплових машин є забруднення навколишнього середовища. Основними видами забруднення навколишнього середовища, пов’язаними з використанням теплових машин, є хімічне, фізичне, теплове, шумове забруднення. До шляхів зменшення наслідків негативного впливу роботи теплових машин належать: удосконалення технологій їх виготовлення та експлуатації; підвищення ККД; створення й застосування сучасних багатоступеневих систем фільтрації шкідливих викидів, що утворюються в процесі роботи теплових машин; перехід на екологічно більш чисті види органічного палива (природний газ, спирт, водень); запровадження новітніх технологій прямого перетворення тепла в електричну енергію; заміна по можливості теплових двигунів електричними; використання екологічно чистих джерел енергії (води, сонця, вітру); розвиток геотермальної енергетики.

Зміст