Тепловая энергия

Каждый хочет найти оптимальный вариант для отопительной системы своего дома. При наступлении отопительного сезона необходимо быстро найти решение проблемы отопления. Тепловые пушки можно использовать, как в частном доме, так и на складах или других помещениях. С их помощью можно быстро обогреть любое помещение. В нашей статье рассмотрим подробно виды тепловых пушек, а также расчет необходимой мощности.

Конструкция и принцип работы теплопушек

Тепловая пушка имеет цилиндрическое основание. Оно фиксируется на оси с подставкой и колесами. Теплый поток воздуха можно направлять в необходимую сторону при помощи регулятора, который выставляет угол наклона трубы. Корпус оборудования изготавливается из высококачественного металла. А также он оснащен решетками для забора воздуха из помещения.

При помощи системы вентиляторов подогретый воздух выталкивается наружу. А элемент, который расположен внутри пушки, подогревает воздух до нужной температуры.

Именно так происходит процесс циркуляции воздуха через цилиндрическую часть оборудования.

Принцип работы тепловой пушки похож на работу вентилятора. Но есть одно отличие: нагревательные элементы, которые выдают нагретый поток, подключены параллельно.

Передаем тепловую энергию: второе начало термодинамики

Формально говоря, второе начало термодинамики гласит, что тепловая энергия естественно переходит из тела с более высокой температурой в тело с более низкой температурой, но не в обратном направлении.

Это начало, конечно же, появилось в результате простых наблюдений: приходилось ли вам когда-либо видеть, чтобы тело само становилось холоднее окружающих его тел, если только другое тело не проделало над ним определенной работы? Путем определенной работы можно заставить теплоту переходить из тела, когда естественно ожидать перехода тепловой энергии в тело (вспомните холодильники или кондиционеры), но такое явление само по себе не происходит.

Заставим тепловую энергию работать: тепловые двигатели

Имеется много способов заставить тепловую энергию работать. Возможно, у вас имеется, например, паровая машина с котлом и поршнями или атомный реактор, производящий перегретый пар, который может вращать турбину. Двигатели, выполняющие работу благодаря источнику тепловой энергии, называются тепловыми. Как они это делают, можно увидеть на рис. 15.9. Тепловая энергия идет от нагревателя к двигателю, который выполняет работу, а неизрасходованная тепловая энергия отправляется в холодильник. Им может быть, например, окружающий воздух или наполненный водой радиатор. Если температура холодильника меньше температуры нагревателя, то тепловой двигатель может работать — хотя бы теоретически.

Оцениваем эффективность работы: КПД теплового двигателя

Тепловая энергия, подаваемая нагревателем, обозначается как \( Q_{нг} \), а отправляемая в холодильник (см. предыдущий раздел) — как \( Q_{\mathrm{x}} \). Путем некоторых вычислений можно найти коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя. Он равен отношению работы \( W \), выполняемой двигателем, к входящей тепловой энергии — иными словами, это та доля входящей тепловой энергии, которую двигатель превращает в работу:

Когда вся входящая тепловая энергия превращается в работу, КПД равен 1. Если никакая входящая тепловая энергия не превращается в работу, КПД равен 0. Часто КПД выражается в виде процентов, поэтому только что названные значения можно представить как 100% и 0%. Поскольку общая энергия сохраняется, то тепловая энергия, входящая в двигатель, должна быть равна сумме выполняемой работы и тепловой энергии, отправляемой в холодильник, то есть:

Это значит, что для записи КПД достаточно использовать \( Q_{нг} \) и \( Q_{\mathrm{x}} \):

Допустим, что имеется тепловой двигатель с КПД, равным 78%. Этот двигатель производит работу величиной 2,55·107 Дж. Сколько тепловой энергии он использует, а сколько выбрасывает? Известно, что \( W \) = 2,55·107 Дж и

Это значит, что:

Количество входящей тепловой энергии равно 3,27·107 Дж. А сколько тепловой энергии \( Q_{\mathrm{x}} \) остается неизрасходованной и отправляется в холодильник? Как известно:

поэтому:

Подставив в эту формулу численные значения, получим:

Количество тепловой энергии, отправляемое в холодильник, равно 0,72·107 Дж.

Как сказал Карно: нельзя все тепло превратить в работу

Зная работу и КПД теплового двигателя, можно вычислить количество входящей и исходящей тепловой энергии (тут нам, конечно, поможет закон сохранения энергии, связывающий друг с другом работу, входящую и исходящую тепловую энергию; см. главу 8). А как насчет создания тепловых двигателей со 100%-ным КПД? С точки зрения производительности было бы прекрасно превращать в работу всю тепловую энергию, какая поступает в тепловой двигатель, но это невозможно. Кроме того, в реально работающих тепловых двигателях неизбежны определенные потери, например, из-за трения поршней в паровом двигателе. В XIX веке эту проблему изучал один инженер, которого звали Сади Карно, и он пришел к выводу: в сущности, лучшее, что можно сделать, — это попытаться изобрести двигатель, не имеющий таких потерь.

А если в двигателе нет потерь, то система будет возвращаться в то же состояние, что и перед началом процесса. Такой процесс называется обратимым. Например, если тепловой двигатель тратит энергию на преодоление трения, то обратимым процесс назвать нельзя, так как он не заканчивается в том же состоянии, в каком был сначала. При каких условиях работы тепловой двигатель будет иметь самый высокий КПД? Когда работа двигателя обратима (т.е. в системе нет потерь). Сегодня физики называют это принципом Карно. Итак, принцип Карно гласит, что ни у одного необратимого двигателя не будет такого же высокого КПД, как у обратимого, а все обратимые двигатели, работающие в промежутке между одинаковыми максимальными и одинаковыми минимальными температурами, имеют один и тот же КПД.

Построение двигателя Карно

Карно предложил свою идею двигателя — двигателя Карно. Этот двигатель должен работать обратимо, что не может быть ни в одном реально работающем двигателе, поэтому он представляет собой нечто идеальное. В двигателе Карно тепловая энергия идет от нагревателя, имеющего постоянную температуру \( T_{нг} \). А отработанная тепловая энергия уходит в холодильник, имеющий постоянную температуру \( T_{х} \). Поскольку температуры нагревателя и холодильника никогда не меняются, то можно сказать, что отношение подаваемой и отводимой тепловой энергии равно отношению их температур (в кельвинах):

А так как КПД теплового двигателя вычисляется по следующей формуле:

то получается такая формула для вычисления КПД двигателя Карно:

где температура выражается в кельвинах.

В этой формуле показан максимально возможный КПД теплового двигателя. И лучшего результата достичь нельзя. А как гласит третье начало термодинамики (в последнем разделе этой главы), абсолютного нуля достичь нельзя, т.е. \( T_{х} \) никогда не будет равна нулю, следовательно, невозможно получить тепловой двигатель со 100%-ным КПД.

Используем формулу Карно

Формулу максимально возможного КПД (см. предыдущий раздел) использовать довольно легко. Предположим, сделано потрясающее новое изобретение: машина Карно, в которой самолет совершает работу, причем земная поверхность играет роль нагревателя (с температурой примерно 27°С), а воздух на высоте 10000 м — роль холодильника (с температурой примерно -27°С). Какой максимальный КПД такой машины? Преобразуем значения температуры в кельвины и подставив их в формулу машины Карно:

Итак, КПД такой машины Карно равен всего 17,3%. Результат, скажем, не очень. А теперь представим, что в качестве нагревателя используется поверхность Солнца (примерно 5800 К), а в качестве холодильника — межзвездное пространство (примерно 3,4 К), совсем как в научно-фантастических рассказах. Тогда совсем другое дело:

Итак, в таких научно-фантастических условиях для машины Карно можно получить КПД, равный 99,9% и близкий к теоретически максимальному значению.

Электрические тепловые пушки

Нагревательным элементом тепловой пушки является ТЭН. Он представляет собой спираль из тугоплавких металлов или же герметичную трубку. Выпускается огромное количество электрических теплопушек, который имеют разное значение мощности. Она может быть от 1,5 до 50 кВт. Такое оборудование широко используется в разных сферах. В зависимости от мощности электрическую тепловую пушку можно использовать в небольшом жилом помещении или же использовать для обогрева больших производственных помещений. Если мощность прибора составляет менее 5 кВт, то он может работать от бытовой сети.

Как выбрать лучшую тепловую пушку?

Учитывая широкий ассортимент, представленный на рынке, к выбору техники следует подойти продуманно и с учетом следующих моментов:

цели и задачи, для решения которых будет использоваться агрегат;
особенности эксплуатации – постоянное отопление помещений, сушка строительных растворов, периодическое применение;
специфика обогреваемого объекта – площадь и назначение помещения, наличие централизованного отопления или других обогревательных приборов, степень утечек тепла;
параметры пушки – габариты, мощность, тип двигателя.

Конструкция агрегата включает корпус, нагревательный элемент и вентилятор.

В зависимости от типа основного элемента различают следующие виды пушек:

Электрическая пушка. Воздух нагревается посредством ТЭНа или трубчатого нагревателя. Преимуществом моделей является универсальность, экологичность, возможность использования в небольших закрытых помещениях.
Газовая пушка. Мощная техника, обеспечивающая быстрый и экономичный прогрев больших ангаров, цехов, складов. При длительной работе происходит выгорание кислорода, поэтому такие модели предназначены для открытых и полуоткрытых помещений.
Дизельная пушка. Производительные агрегаты, рассчитанные на длительную автономную работу в условиях стройплощадок и производственных предприятий.
Инфракрасная пушка. Имеют принципиальное отличие от остальных агрегатов. В устройство не входит вентилятор, принцип действия основан на переносе тепловой энергии посредством ЭМИ. Используются на открытом пространстве – в кафе, на террасах, а также для просушки оштукатуренных поверхностей.

Газовые тепловые пушки

Для работы такого вида теплопушки используется природный газ. При работе он полностью выгорает и не загрязняет окружающую среду. Газовые тепловые пушки имеют высокий коэффициент полезного действия. Он может достигать 100%. Газовые теплопушки отлично подходят для обогрева вокзалов, метро, переходов и подобных помещений. Еще такое оборудование можно использовать для обогрева в теплицах.

Просто о сложном – Тепловая энергия

Галерея изображений, картинки, фотографии.
Определение количества тепловой энергии, потери энергии – основы, возможности, перспективы, развитие.
Интересные факты, полезная информация.
Зеленые новости – Определение количества тепловой энергии, потери энергии.
Ссылки на материалы и источники – Тепловая энергия.

Термоядерная энергия
Химическая энергия
Механическая энергия
Энергия волн
Ядерная (Атомная) энергия
Магнитная энергия

Инфракрасные тепловые пушки

Инфракрасные тепловые пушки отличаются от других видов: в конструкции прибора отсутствует нагнетающий тепловентилятор. Для того чтобы образовать тепловой поток необходимо инфракрасное излучение. Инфракрасные тепловые пушки способны обогревать даже отдельные части помещения. Поэтому такое оборудование часто применяют для устройства натяжных потолков и для просушки штукатурки.

Стремимся к тепловому равновесию: нулевое начало термодинамики

Основные законы термодинамики начинаются с нулевого начала. Возможно, эта нумерация покажется странной, ведь мало какой набор вещей из повседневной жизни начинается подобным образом (“Будь осторожен на нулевой ступеньке…”), но, знаете ли, физикам нравятся их традиции. Так вот, нулевое начало термодинамики гласит, что два тела находятся в тепловом равновесии, если они могут передавать друг другу теплоту, но не делают этого. (В русскоязычной научной литературе нулевое начало термодинамики называют также общим началом термодинамики. — Примеч. ред.)

Например, если у вас и у воды в плавательном бассейне, в котором вы находитесь, одна и та же температура, то никакое тепло от вас к воде или от воды к вам не передается (хотя такая передача возможна). Ваше тело и бассейн находятся в тепловом равновесии. Однако, если вы прыгнете в бассейн зимой, проломив при этом его ледяную корку, то первое время вряд ли будете в тепловом равновесии с его водой. Впрочем, вы и не захотите этого. (Не пытайтесь проделать этот физический опыт дома!)

Чтобы обнаружить тепловое равновесие (особенно в замерзших бассейнах, куда вы собираетесь прыгнуть), надо использовать термометр. Измерьте с его помощью температуру воды в бассейне, а затем — свою температуру. Если обе температуры совпадают (другими словами, наблюдается тепловое равновесие: ваше — с термометром, а термометра — с водой в бассейне), то в таком случае вы находитесь в тепловом равновесии с водой бассейна.

Использование термометра показывает: два тела, находящиеся в тепловом равновесии с третьим, также находятся в тепловом равновесии друг с другом; вот вам еще одна формулировка нулевого начала.

Кроме всего прочего, нулевое начало содержит идею, что температура — это индикатор теплового равновесия. То, что два тела, упомянутые в нулевом законе, находятся в тепловом равновесии с третьим, дает все нужное дая задания температурной шкалы, например шкалы Кельвина. Ну а с физической точки зрения нулевой закон устанавливает точку отсчета, утверждая, что между двумя телами, имеющими одинаковую температуру, тепловой поток в целом отсутствует.

Многотопливные тепловые пушки

Многотопливные тепловые пушки являются неплохим вариантом. Тепловой поток в таком приборе образуется при помощи сжигания отработанного масла. Коэффициент полезного действия многотопливной тепловой пушки может достигать 100%. При помощи специальных насосов в специальную камеру сгорания передается отработанное масло. В этом и заключается принцип работы многотопливной теплопушки.

Энергия – способность тела совершать работу. Выделяют следующие ее виды: электрическую, механическую, гравитационную, ядерную, химическую, электромагнитную, тепловую и другие.

Первая – энергия электронов, движущихся по цепи. Зачастую она используется для получения механической при помощи электродвигателей.

Вторая проявляется при движении, взаимодействии отдельных частиц и тел. Это энергия деформации при растяжении, сгибании, закручивании и сжатии упругих тел.

Химическая энергия возникает в результате химических реакций между веществами. Она может выделяться в виде тепловой (к примеру, при горении), а также преобразовываться в электрическую (в аккумуляторах и гальванических элементах).

Электромагнитная проявляется в результате движения магнитного и электрического полей в виде инфракрасных и рентгеновских лучей, радиоволн и т.п. Ядерная содержится в радиоактивных веществах и высвобождается в результате деления тяжелых ядер или синтеза легких. Гравитационная – энергия, которая обусловлена тяготением массивных тел (сила тяжести).

Тепловая энергия возникает в связи с хаотичным движением молекул, атомов и других частиц. Она может выделяться в результате механического воздействия (трения), химической реакции (горения) или ядерной (деление ядра). Чаще всего тепловая энергия возникает в результате сжигания различных видов топлива. Ее используют для отопления, выпаривания, нагревания и других технологических процессов.

Тепловая энергия – это одна из форм энергии, возникающая в результате механических колебаний структурных элементов какого-либо вещества. Параметром, позволяющим определить возможность использования его в качестве источника энергии, является энергетический потенциал. Выражаться он может в киловатт (тепловых)-часах или в джоулях.

Источники тепловой энергии подразделяют на:

первичные. Энергетическим потенциалом вещества обладают вследствие природных процессов. К таким источникам можно отнести океаны, моря, ископаемые горючие вещества и др. Первичные источники подразделяются на неисчерпаемые, возобновляющиеся и невозобновляющиеся. К первым относятся термальные воды и вещества, которые могут быть использованы для получения термоядерной энергии и т.п. Ко вторым относят энергию солнца, ветра, водных ресурсов. Третьи включают газ, нефть, торф, уголь и т.д.;
вторичные. Это вещества, энергетический потенциал которых напрямую зависит от деятельности людей. Например, это нагретые вентиляционные выбросы, городские отходы, горячие отработанные теплоносители промышленных производств (пар, вода, газ) и т.п.

Тепловая энергия в настоящее время производится при помощи сжигания ископаемого топлива. В качестве основных источников выступают неочищенная нефть, уголь, природный газ. За счет природных ископаемых обеспечивается 90% общего энергопотребления. Однако с каждым днем все больше увеличивается использование атомной энергии.

Возобновляемые источники почти не используются. Это связано со сложностью технологии их преобразования в тепловую энергию, а также низким энергетическим потенциалом некоторых из них.

Тепловая энергия возникает в результате взаимодействия фотонов инфракрасного диапазона с внешними электронами. Последние поглощают фотоны и перемещаются на дальние от ядра орбиты. Таким образом, объем вещества увеличивается. Через фотоны инфракрасного диапазона происходит передача тепловой энергии. В частности фотоны при соударениях молекул и атомов между собой перескакивают из зоны повышенной концентрации носителей тепловой энергии в те зоны, где она понижена.

Тепловая энергия может быть выражена в формуле: ΔQ = c.m.ΔT. С – обозначает удельную теплоемкость вещества, m –массу тела, а ΔT является разностью температур.

Правила выбора

В первую очередь перед покупкой тепловой пушки нужно произвести расчет мощности. О том, как это сделать мы написали выше. Далее необходимо решить, как часто вы будете использовать оборудование. А затем нужно решить какой вид энергоносителя вам больше всего подходит.

Если вы выбираете тепловую пушку для жилого помещения, то она должна быть оснащена встроенной трубой для отвода продуктов сгорания. Еще оборудование должно быть оснащено защитой от перегрева и терморегулятором. Из всех моделей стоит отдать предпочтение инфракрасным, газовым, водяным или электрических. Все зависит от того, какой теплоноситель вы можете использовать. Многие гаражи тоже обогревают. Для его отопления можно выбрать тепловую пушку небольшого размера. Но следует выбирать тепловую пушку непрямого действия, так как гаражи обладают небольшой площадью и быстро загрязняются отработанными продуктами сгорания.

Лучшие тепловые пушки — рейтинг от специалистов

Вашему вниманию представлен список лучшего теплового оборудования, составленный с учетом мнения профессионалов:

DENZEL DFG01-30. Надежное оборудование, предназначенное для эксплуатации в разных условиях. Оснащено защитой от перегрева и термостатом, легко переносится. Отличное соотношение цены и качества.
Elmos DH 65 (63 кВт). Имеет компактный размер, высокий показатель теплоотдачи, оснащен защитный устройством от перепада напряжения. Широко используется строителями, работает от сети 220 В, недорого стоит.
BALLU BHP-РE-5. Оптимальный вариант для гаража или небольшого склада. Имеет небольшие габариты, оснащен удобной ручкой для переноски. Вентилятор надежно защищен от пыли и других загрязнений.
СПЕЦ HP-5.000C. Бюджетная модель с высоким показателем мощности. Быстро нагревает воздух, может применяться для сушки стен и напольного покрытия.
Master B 100 CED (29 кВт). Высокопроизводительный агрегат с металлическим корпусом. Практически не шумит, хорошо обогревает и сушит поверхности. Имеет многоступенчатую регулировку обдува, оптимально потребляет электроэнергию.

Тепловая энергия и теплопередача.

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Тепловая энергия и теплопередача.

Теплопередача – физический процесс передачи тепловой энергии от

более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при

контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из

какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной

температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача

от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Тепловая энергия — форма энергии, связанная с движением атомов,

молекул или других частиц, из которых состоит тело.Тепловая энергия – это энергия механических колебаний структурных элементов вещества (будь то атомы, молекулы или заряженные частицы). Тепловая энергия тела также называется внутренней

энергией. Тепловая энергия может выделяться благодаря химическим реакциям

(горение), ядерным реакциям (деление ядра, ядерный синтез),

механическим взаимодействиям (трение).

Работа в тепловых системах.

Механическая работа есть произведение силы на расстояние.

W= F*L, 1 Джоуль = 1 Ньютон х 1 метр. Работа есть любое взаимодействие, которое не является тепловым.Работа представляет собой такое взаимодействие между системой и средой, единственным результатом которого является или могло бы

являться поднятие груза либо в системе, либо в окружающей среде

(определение работы, сделанное профессором Джозайей Уиллардом

Гиббсом в 1873 г.).

4.Термодинамика.Определение и содержание.

Термин «термодинамика» впервые появился в статье В. Томсона в

1854 г. Томсон писал «термо-динамика», в переводе означает «теплота-

работа». Исторически термодинамика возникла как наука, изучающая переход

теплоты в механическую работу, что диктовалось, прежде всего,

необходимостью дать теоретические основы работы тепловых машин. Особенностью термодинамики является рассмотрение процессов, происходящих в природе, с точки зрения превращений энергии в этих процессах.

Термодинамические параметры.

Любое тело или группа тел, состоящих из множества частиц, называется

макроскопической системой. Состояние системы зависит от внутренних и

внешних факторов. Величины, однозначно определяемые заданием этих

параметров, называются функциями состояния. Под термодинамическими параметрами подразумевают физические величины, характеризующие макроскопическое состояние тел. Термодинамические параметры можно разделить на величины, которые имеют и термодинамический и механический смысл (объем, давление, энергия), и величины, которые имеют только статический смысл

(температура). Температура – одно из основных понятий, играющих важную роль не

только в термодинамике, но и в физике в целом. Температура тела есть

мера его нагретости. Давление определяется как сила, действующая на единицу площади. Существует связь между давлением и кинетической энергией теплового

движения молекул вещества. Удельный объем, как температура и давление, является

термодинамическим параметром, характеризующим макроскопические свойства тел.Молярный объем: V=M*v. M- молекулярный вес.

Термодинамическая система.

Тело или совокупность тел любой физико-химической природы,

полностью характеризующееся некоторым числом независимых макроскопических параметров, называется термодинамической системой. Самой простой термодинамической системой является газ, характеризуемый давлением p, объемом V и температурой Т. Примером более сложной термодинамической системы является газ, находящийся в равновесии с жидкостью в закрытом сосуде. Еще более сложной термодинамической системой будет, например, система, состоящая из жидкости, пара и твердого тела, находящихся в равновесии.Термодинамические системы могут быть полностью или частично изолированными.

Термодинамический процесс и термодинамическое равновесие.

Любое изменение в термодинамической системе, связанное с изменением хотя бы одного из ее термодинамических параметров, называется термодинамическим процессом. Макроскопическая система находится в термодинамическом равновесии, если состояние ее не меняется с течением времени. Предполагается при этом, что внешние условия рассматриваемой системы остаются неизменными. При термодинамическом равновесии температура и давление во всех частях систем имеют одно и то же значение.Термодинамическое равновесие является одной из форм теплового движения материи.

Идеальные и реальные газы.

Превращение теплоты в механическую работу в тепловых установках происходит при участии рабочего тела, которым является газ или пар. Газы, которые встречаются на практике, называют реальными. Молекулы этих газов имеют конечный объем, между ними существуют силы притяжения, существенно влияющие на их параметры. Молекулы газа, заключенного в сосуд, находятся в непрерывном хаотическом движении.Для простоты изучения свойств газообразного рабочего тела введено понятие – идеальный газ. Идеальным называют воображаемый газ, в котором молекулы рассматриваются как материальные точки (обладающие массой, но не

имеющие объема), между которыми отсутствуют силы взаимодействия. При больших объемах и малых давлениях, когда расстояние между молекулами во много раз больше собственных размеров молекул, а также при высоких температурах, когда интенсивность хаотического движения молекул велика и поэтому молекулы слабо взаимодействуют между собой, складываются условия, при которых реальный газ можно с некоторым приближением считать идеальным.

Основные параметры рабочего тела.

Наиболее важными параметрами, характеризующими газообразное

вещество, являются давление, температура и удельный объем. Эти

параметры взаимосвязаны, и знание двух из них позволяет определить

третий. Давление. В результате хаотического движения молекулы газа

систематически ударяются о стенки заключающего их сосуда. Суммарное

давление всех ударяющих молекул определяет давление газа на стенки

сосуда. Давление газа измеряют такими же приборами и в тех же единицах

(Па), что и давление жидкости. Температура. Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул характеризует температуру газа. Чем интенсивней движутся его молекулы, т. е. чем больше кинетическая энергия хаотического движения, тем выше температура. В международной системе (СИ) в качестве единицы температуры принят кельвин (К). Тройной точкой воды называется температура, при которой все три фазы вещества (твердая, жидкая и газообразная) находятся в равновесии.

Закон Авагадро.

Закон Авогадро для идеальных газов заключается в следующем: все

газы при одинаковом давлении и температуре содержат в равных объемах

одинаковое число молекул. Из этого закона следует, что массы двух равных объемов различных газов с молекулярными массами µ1и µ2 равны соответственно М1= m1 N иМ2= m2 N, где m1 и m2 – соответственно, масса одной молекулы рассматриваемых газов; N – число молекул в рассматриваемом объеме. Массы молекул пропорциональны молекулярным массам: m1=zµ1; m2= zµ2, где z – коэффициент пропорциональности, тогда М1= zNµ1 и М2= zNµ2.

Уравнение состояния идеального газа.

pV/ T= R= const, где R – газовая постоянная. Для 1 кмоля газа уравнение имеет вид, pV∞ =R0 T. R 0=8,31 10 /3( Дж кмоль ⋅К ). Для произвольной массы газа М с молекулярной массой µ выражение: pV∞ = R0T; pV=M/∞*R0T, где V – объем, занимаемый М кг газа; М/µ – число кмолей газа. Полученное уравнение можно записать также в виде: pV=MRT.

Первый закон термодинамики.

Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения и

превращения энергии для термодинамических систем. Он устанавливает

количественную связь между изменением внутренней энергии системы и

внешними воздействиями на нее. Существует множество различных видов энергии (электрическая, кинетическая, внутренняя и др.), качественно различающихся между

собой. Энергия данного вида в результате взаимодействия тел может превращаться или переходить любой другой вид энергии, причем в изолированной системе сумма всех видов энергии является величиной постоянной. Энергия изолированной системы при любых происходящих в системе процессах не меняется; энергия не уничтожается и не создается (закон сохранения и превращения энергии). На основе закона сохранения и превращения энергии могут быть установлены точные количественные соотношения между отдельными видами энергии.

Термодинамический процесс.

Последовательность изменения термодинамического состояния

системы называют термодинамическим процессом. Он сопровождает в

общем случае изменением всех или части параметров системы газа. При переходе газа из одного состояния в другое с конечной скоростью не соблюдается равенство параметров газа в различных частях системы и процесс этот не является равновесным. Равновесный процесс можно представить в прямоугольной системе координат в виде линии, т. е. совокупности точек, каждая из которых

представляет собой определенное равновесное состояние газа. Все

реальные процессы протекающие с конечной скоростью, неравновесные, и

их графическое изображение носит условный характер. Термодинамические процессы могут быть обратимыми инеобратимыми. Обратимым называют равновесный процесс, который протекает в прямом и обратном направлениях через один и тот же ряд равновесных состояний, не вызывая изменений в самом газе и в телах, окружающих

систему.Неравновесные процессы необратимы. Все действительные процессы, встречающиеся в теплотехнике, практически необратимы.

Работа газа.

Газ, находящийся в сосуде, при повышенном давлении стремится расшириться, т. е. увеличить занимаемый им объем. Если несмотря на препятствующие внешние силы, газ увеличился в объеме, то при этом газу пришлось совершить работу по преодолению этих сил. Аналогично при сжатии газа, находящегося в сосуде, приходится совершать работу по преодолению давления газа. Чтобы определить работу сжатия или расширения газа, предположим,

что некоторое количество газа находится в цилиндре под поршнем,

скользящим без трения, к которому приложена внешняя сила Р.Если давление газа р, а площадь поперечного сечения поршня S, то сила давления равна рS, а совершаемая газом работа ∆L=р*S*∆h. Но произведение S∆h есть элементарное изменение объема ∆V, занимаемого газом. Таким образом: ∆L =р∆V. Работа по преодолению внешних сил зависит не только от начального и конечного состояний, но и от пути, по которому совершается процесс.Площадь, ограниченная кривой p = f1(V) и абсциссами V1и V2, не равна площади, ограниченной кривой p = f2(V) и теми же абсциссами. Не равны также и работы, совершаемые газом в этих процессах. В СИ единицей работы и энергии является джоуль (Дж).

Внутренняя энергия газа.

Молекулы газа обладают кинетической энергией хаотического движения и потенциальной энергией взаимодействия. Сумма внутренней кинетической и потенциальной энергий называется внутренней энергией газа U. В общем случае внутренняя энергия газа является функцией его состояния. При переходе газа из состояния 1 с параметрами (p1, V1, Т1) в состояние2 с параметрами (p2, V2, Т2) внутренняя энергия изменяется на ∆U =U1– U2, где U1и U2– соответственно внутренняя энергия газа в начальном и конечном состояниях. Изменение энергии ∆U не зависит от характера процесса, а зависит только значений энергии в начальном и конечном состояниях.

Энтропия.

Энтропия является еще одним (кроме P, V, T) параметром, характеризующим термодинамическую систему.Понятие энтропии не имеет физического смысла, введено формально на основании математических соображений применительно к идеальному

газу. Энтропия S – величина, изменение которой ds в элементарном

процессе равно отношению элементарного количества теплоты dq,

участвующей в этом процессе, к постоянной температуре Т. dq/ Т= ds. Изменение энтропии рабочего тела, а не ее абсолютное значение в каких-либо состояниях характеризует количество теплоты, участвующей в термодинамическом процессе.

Цикл Карно.

Из всех циклов, встречающихся в термодинамике, особое значение имеет так называемый цикл Карно. Этот идеальный цикл теплового двигателя был предложен французским инженером Сади Карно в связи с исследованием работы паровых машин. Чтобы построить цикл Карно, что 1 кг идеального газа, взятого в качестве рабочего тела, находится в теплоизолированном цилиндре с подвижным поршнем, причем рабочее тело может периодически сообщаться то с горячим бесконечным источником теплоты, имеющим температуру T1, то с холодным бесконечным телом, имеющим температуру T2 и выполняющим роль холодильника.

Cвойства водяного пара.

Водяной пар чрезвычайно широко применяется в пищевой отрасли, главным образом, в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах и как рабочее тело в паросиловых установках. Имея высокое давление и относительно низкую температуру, пар, используемый в названных тепловых агрегатах, близок к состоянию жидкости, поэтому пренебрегать силами сцепления между его молекулами и их объемом, как в идеальных газах, нельзя. Следовательно, не представляется возможным использовать для определения параметров состояния водяного пара уравнения состояния идеальных газов, т. е. для пара pv ≠ RT. Для практических расчетов составлены зависимости параметров

водяного пара от температуры и давления в широком интервале температур (до 1273 К) и давления (до 108Па), а также построены диаграммы водяного пара, которые позволяют быстро определять его параметры и решать многие теплотехнические задачи. Энтальпия – функция Н состояния термодинамической системы, равная сумме внутренней энергии системы U и произведения давления р на объем V системы. H = U + pV. В изобарическом процессе (р = const) приращение энтальпии равно количеству теплоты, сообщенной системе.

28. Процесс парообразования.

Жидкость может превращаться в пар при испарении и кипении.Испарением называется парообразование, происходящее только с поверхности жидкости и при любой температуре. Интенсивность испарения зависит от природы жидкости и ее температуры. Испарение жидкости может быть полным, если над жидкостью находится

неограниченное пространство. Процесс, обратный парообразованию, называется конденсацией. Этот процесс превращения пара в жидкость также происходит при постоянной температуре, если давление остается постоянным. Вода в жидком агрегатном состоянии малопригодна в качестве рабочего тела для превращения теплоты в механическую работу. Обычно воду сначала превращают в пар в паровых котлах при постоянном давлении. С повышением давления вода закипает при более высокой температуре, объем, занимаемый ею в момент кипения и энтропия также увеличиваются. Пар, находящийся в динамическом равновесии с жидкостью, из которой он образовался, называется насыщающим или насыщенным. Насыщенный пар, не содержащий влаги при температуре насыщения, называют сухим насыщенным или сухим паром. Пар, температура и удельный объем которого больше, чем у сухого, называют перегретым. Он не насыщает пространство, в котором находится, поэтому называется ненасыщенным.

Сухой пар.

Состояние сухого насыщенного пара крайне неустойчиво, так как незначительный отвод теплоты от него при постоянном давлении связан с превращением сухого пара во влажный, а незначительный приток теплоты превращает его в перегретый пар. Удельный объем v»сухого пара является функцией давления v» = f(p).

Влажный пар.

Удельный объем влажного пара v x со степенью сухости Х определяют, учитывая следующие условия. Если объем сухого пара v» и в 1 кг влажного пара со степенью сухости Х содержится Х частей сухого пара, то объем, занимаемый им, составляет v»Х. Остальную часть (1 – Х) занимает вода, объем которой равен v'(1 — Х), где v’ – удельный объем воды. Таким образом, удельный объем влажного пара vx= v» Х + v'(1 — Х). Перегретый пар.Количество теплоты, потребное для получения 1 кг перегретого пара: qn=q’+r+cpm*(Тn-Тн) q’ – количество (кДж) теплоты; cpm– средняя удельная теплоемкость перегретого пара при постоянном давлении в интервале температуры Тн…Тп; Тп– температура перегрева. Тн– температура насыщения.

Теплопроводность

Теплопроводность – молекулярный перенос теплоты в среде с неоднородным распределением температуры посредством теплового движения микрочастиц.В твердых телах распространение теплоты от более нагретых участков к менее нагретым возможно только теплопроводностью, так как в них при распространении теплоты отсутствует перемещение конечных масс. Q=λS* Т1– Т2/δ. λ – коэффициент теплопроводности (Вт/(м·К). Коэффициент теплопроводности λ зависит от материала стенки и ее

температуры. Опыт показывает, что при стационарном потоке количества теплоты Q, проходящее через плоскую стенку в единицу времени, прямо пропорционально площади поверхности стенки S, разности температур поверхностей Т1– Т2 и обратно пропорционально толщине стенки δ (формула Фурье).

Теплообмен излучением

Теплообмен излучением – теплообмен, включающий переход внутренней энергии тела (вещества) в энергию излучения, перенос излучения, преобразование энергии излучения во внутреннюю энергию другого тела (вещества).Любое тело, температура которого отлична от абсолютного нуля, излучает электромагнитные волны. Из всех электромагнитных лучей наибольшим тепловым действием обладают инфракрасные и видимые лучи с длиной волны 0,4…40 мкм. Если на тело в единицу времени падает Q0

энергии, Qr отражается, Qd проходит через него, Qa поглощается им, тo

Теплообмен между телами зависит от их формы и размеров, а также от времени процесса, так как происходит в конкретных пространственно-временных условиях. Другими важными факторами являются физические свойства тел и их агрегатное состояние.

Закон Фурье.

Основной закон теплопроводности, установленный Фурье, подтверждает, что количество теплоты dQ (кДж), переданное теплопроводностью, пропорционально градиенту температуры dt/dl, времени dτ и площади сечения dF, перпендикулярного направлению

теплового потока, dQ=-λ(dt/dl) dF*dτ, где λ – коэффициент теплопроводности среды (кВт/(м·К).

Теплопередача между двумя

Тепловая изоляция

Для уменьшения потерь теплоты многие сооружения, агрегаты и коммуникации приходится теплоизолировать, покрывая их стенки слоем материала с малой теплопроводностью (λ < 0,2 Вт/(м·К). Такие материалы называются теплоизоляторами. Термическое сопротивление теплоизолятора создает воздух, а основа лишь препятствует возникновению естественной конвекции воздуха и переносу теплотыизлучением. С увеличением температуры, увлажнении пористых теплоизоляторов и плотности теплоизолирующегоматериала теплопроводность возрастает.

Виды охлаждения продуктов

Попринципупереноса теплотыспособыохлаждения подразделяются на три группы: — путем конвекции (охлаждение продуктов в воздухе, упакованных в непроницаемые искусственные или естественные оболочки, а также в жидких средах); — в результате фазовых превращений (интенсивное испарение части содержащейся в продукте водыпри его вакуумировании); — смешанным теплообменом (передача теплоты осуществляется конвекцией, радиацией и за счет теплообмена при испарении влаги с поверхностипродукта).

Замораживание продуктов

Замораживание – процесс понижения температуры ниже криоскопической на 10…30 оС, сопровождаемый переходом почти всего количества содержащейся в немводыв лед. Способы замораживания (контактные ибесконтактные) подразделяются на три группы:- Замораживание в кипящемхладагенте.- Замораживание вжидкостях какпромежуточных хладоносителях.- Замораживание в воздухе какпромежуточномтеплоносителе.

Морозильные аппараты

Морозильные аппараты бывают воздушными, плиточными и контактными. Воздушные морозильные аппараты представляют собой теплоизолированные туннели, внутри которых размещены охлаждающие батареи, вентиляторыи транспортирующие средства. Плиточные морозильные аппараты предназначены для замораживания упакованных продуктов (рыбного филе, мяса в блоках, плодоовощных наборов идр.) иимеют системунепосредственного охлаждения. Замораживание в контактных аппаратах проводят методом орошения илипогружения. В современной холодильной технике применяют следующие типы морозильных аппаратов: с интенсивным движением воздуха; многоплиточные морозильные аппараты; контактные морозильные аппаратыидр.

Термометры и их виды

Термометры стеклянные жидкостные применяются для измерения температур в областиот -200 до750 оС. Стеклянные термометры получили большое распространение как в лабораторной, так и в промышленной практике вследствие простоты обращения, достаточно высокой точностиизмерения инизкой стоимости. Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на тепловом расширении термометрической жидкости, заключенной в термометре. При этом, очевидно, показания жидкостного термометра зависят не только от изменения объема термометрической жидкости. Но и от изменения объема стеклянного резервуара, в котором находится эта жидкость. Из жидкостных термометров наибольшее распространение получили ртутные. Они обладают рядом преимуществ благодаря существенным достоинствам ртути, которая не смачивает стекла, сравнительно легко получается в химически чистом виде и при нормальном атмосферном давлении остается жидкой в широком интервале температур (от -38,87 до +356,58 оС). Термометры ртутные электроконтактные применяются для целей сигнализации и регулирования температурыв лабораторных и промышленных условиях. Действие манометрических термометров основано на использовании зависимости между температурой и давлением рабочего (термометрического) вещества в замкнутой герметичной термосистеме. Манометрические термометры являются техническими приборами и в зависимости от рабочего вещества термосистемы они подразделяются на газовые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные). Дилатометрические и биметаллические термометры основаны на использовании свойства твердого тела изменять свои линейные размеры при изменении температуры. Если температурный интервал невелик, то зависимость длины твердого тела от температуры может быть выражена линейным уравнением

Термометры сопративления

Термометры сопротивления широко применяют для измерения температуры в интервале от -260 до 750 оС. В отдельных случаях они могут быть использованы для измерения температурдо1000 оС. Действие термометров сопротивления основано на свойстве вещества изменять свое электрическое сопротивление и изменением температуры. При измерении температуры термометр сопротивления погружают в среду, температуру которой необходимо определить.Зная зависимость сопротивления термометра от температуры, можно по изменению сопротивления термометра судить о температуре среды, в которой он находится. Наиболее подходящими материалами для изготовления термометров сопротивления являются чистые металлы и полупроводники.

Тепловая диагностика

Характерные особенности тепловой диагностики:Дистанционность.Высокая скорость обработки информации, обусловленная малым временемпреобразования носителя информации в электрический сигнал. Высокая производительность испытаний, ограниченная скоростью нагревав активном режиме и скоростью сканирования в пассивном режиме. Высокое разрешение (до 10 мкм).