PRM. Ciepło jako sposób przepływu energii.

Ciepło jak sposób
przepływu energii
dr inż. Romuald Kędzierski
Czy oprócz energii mechanicznej ciało może posiadać inną
formę energii?
Założenie wyjściowe:
Na poziomej, twardej powierzchni lodu o stałej temperaturze, położone zostały
(w dużych odległościach od siebie) trzy kulki o takich samych masach i
promieniach, ale różnych temperaturach.
lód
Sytuacja początkowa (A)
Która z kulek w sytuacji
początkowej miała największą
energię mechaniczną?
Niech, na przykład:
lód
Czy wtopienie się w lód kulek 1 i
2 wymagało pewnej energii?
Po pewnym czasie (B)
Z jakim parametrem kulek mogła być związana ta energia?
Tak!
Ich temperaturą!
Energią, której wartość zależy w pewien sposób od
temperatury ciała, nazywa się energią wewnętrzną
Uwaga:
Ze wzrostem temperatury ciała, jego energia wewnętrzna rośnie. Natomiast
spadek temperatury powoduje zmniejszenie energii wewnętrznej ciała.
Czym jest ciepło?
Jest to sposób przekazywania energii wewnętrznej, między dwoma
ciałami o różnych temperaturach, będących w kontakcie cieplnym.
Jak można zmienić temperaturę ciała?
 poprzez wymianę energii między ciałem a otoczeniem w formie ciepła,
i/lub
 poprzez wymianę energii między ciałem a otoczeniem w formie pracy.
Jakie formy przekazywanie ciepła są znane?
 konwekcja: sposób przekazywania energii w formie ciepła związany z
makroskopowym ruchem materii w gazie, cieczy bądź plazmie
 przewodnictwo: nie jest związane z makroskopowym ruchem materii, polega
na przekazywaniu energii podczas zderzeń między
cząsteczkami stykających się ciał.
 promieniowanie cieplne (termiczne, temperaturowe):
jest to promieniowanie elektromagnetyczne, które emitują cząstki elektrycznie
naładowane, wskutek ich ruchu w materii. Każde ciało o temperaturze wyższej
od zera bezwzględnego emituje takie promieniowanie.
Przewodnictwo
Konwekcja
Promieniowanie
Promieniowanie
Od czego zależy ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała?
 masy ciała,
 przyrostu temperatury,
 rodzaju ogrzewanej materii,
 rodzaju stanu skupienia ogrzewanej materii.
Jak definiuje się tzw. ciepło właściwe?
Wielkość ta informuje, ile energii w formie ciepła trzeba dostarczyć
do jednostki masy materii, aby spowodować jednostkowy wzrost jej
temperatury, bez zmiany jej stanu skupienia.
Zadanie 1.
Do 50 kg pewnej materii dostarczono 450 kJ energii w formie ciepła,
wskutek czego jej temperatura wzrosła o 10 stopni Celsjusza. Oblicz
wartość ciepła właściwego tej substancji. Korzystając z tabeli na
str. 144 określ rodzaj tej materii.
Zadanie 2.
W jakiej sytuacji konieczne będzie dostarczenie większej ilości energii
w formie ciepła: ogrzanie 1,5 tony żelaza o 2 stopnie Celsjusza, czy w
przypadku ogrzania 50 kg wody o 80 stopni Celsjusza? Wykorzystaj dane
ze str. 144 w podręczniku.
Zadanie 3.
Wartość ciepła właściwego ołowiu wynosi ok. 130 J/(kg·K). Oblicz
wartość prędkości pocisku ołowianego, jeżeli po zderzeniu niesprężystym
z pancerną płytą, jego temperatura wzrosła o 50 stopni Celsjusza.
Przyjmij, że 20% utraconej energii kinetycznej pocisku odpowiadało za
wzrost jego energii wewnętrznej (i temperatury).