Какие формы передачи энергии вам известны

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

Какие формы передачи энергии вам известны

Выше (см. параграф 1.7) уже отмечалось, что в термодинамике существуют две качественно и количественно различные формы передачи энергии — теплота и работа. Рассмотрим вопросы, связанные с определением сил (факторов), вызывающих ту или иную форму передачи энергии.

Из формулы для приведенной температуры (энтропии) dS = dQJT следует, что

Аналогичная формула для работы имеет вид

Соотношения (2.27), (2.28) сходны тем, что передача энергии в форме теплоты и работы выражается произведением двух величин |5|. Первые величины (температура Т для теплоты и давление р для работы) представляют силы (потенциалы), которые вызывают данную форму передачи энергии, а вторые (энтропия 5 для теплоты и объем V для работы) относятся к факторам, изменение которых приводит к данной форме передачи энергии. Если нет изменения этих факторов, т.е. dS и dV равны нулю, то dQ и dL также будут равны нулю и передачи энергии не происходит.

Первые величины (Т и р) в термодинамике называют факторами интенсивности, а вторые (5 и У) — факторами экстенсивности. Интенсивные факторы не зависят от массы тела, которому передается энергия, в отличие от экстенсивных факторов, связанных с массой.

Ввиду того что теплота и работа являются функциями процесса, а не функциями состояния, то их дифференциалы не являются полными. Следовательно, при интегрировании соотношений (2.27), (2.28) будем иметь (при Т= const, р = const)

Из формул (2.29), (2.30) следует, что при одном и том же изменении энтропии или объема количество переданной энергии в форме теплоты или работы зависит лишь от Т и р, т.е. от интенсивных факторов. Следовательно, интенсификация теплоэнергетических процессов в первую очередь связана с увеличением именно этих факторов.

Формула (2.29) при Т = const определяет зависимость между теплотой и энтропией, из которой следует, что чем больше будет передано теплоты в процессе, тем больше будет изменение энтропии. Следовательно, любая передача энергии в форме теплоты приводит к изменению энтропии, причем энтропия тела, отдающего теплоту, уменьшается, а принимающего — увеличивается. Таким образом, второй закон термодинамики как принцип существования энтропии устанавливает неразрывную связь между теплотой и энтропией. Понятие «теплота» может быть отнесено лишь к какому-то процессу (это функция процесса, понятия «запас теплоты» не существует). В то же время понятие «энтропия» может быть отнесено к состоянию рабочего тела в любой точке процесса. Энтропия — функция состояния, и она может как отводиться от тела, так и подводиться (накапливаться в нем). Изменение энтропии может происходить лишь в процессе подвода (отвода) теплоты, и оно определяется величиной разности энтропий начальной и конечной точек процесса передачи теплоты.

Вопрос 1. Основные понятия термодинамики. Интенсивные и экстенсивные свойства системы. Внутренняя энергия. Работа и теплота – две формы передачи энергии. Типы термодинамических систем и процессов.

Термодинамическая система – это отдельное тело или группа тел фактически или мысленно отделенных от окружающей среды.

Интенсивные и экстенсивные свойства системы:

Экстенсивное свойство системы прямо пропорционально массе системы и обладает аддитивностью (можно складывать): V, H, Uвн, S, G, F.

Интенсивное свойство системы не зависит от массы системы и не обладает свойством аддитивности: Q, A, T, P.

Термодинамический процесс – переход системы из одного состояния в другое, сопровождающееся изменением параметров.

Внутренняя энергия(U) – сумма всех кинетических и потенциальных составляющих системы. (мах)

Известны 2 формы передачи энергии:

Упорядоченную форму передачи энергии называют работой;

Неупорядоченную форму передачи энергии называют теплотой.

Типы термодинамических систем:

Изолированная – это система, которая не обменивается с окружающей средой ни массой, ни энергией.

Закрытая – это система, которая не обменивается с определенной средой массой, но обменивается энергией (ампула с лекарством, термос).

Открытая – это система, которая обменивается массой и энергией с окружающей средой.

Типы термодинамических процессов:

Если Т=const, то ∆U=0 и ∆H=A – изотермический процесс. (внут.энергия не изменяется)

Если ∆H=0, ∆U=-А и -∆U=А – адиабатический процесс. (работа производится только за счет изменения внут.энергии системы)

Если А=0 (р∆V=0), то ∆H=∆U, Q_v=∆U – изохорный процесс. (все тепло идет на изменение внутренней энергии, работы нет)

Если p=const — изобарный процесс.

Функция состояния – некая функция, состоящая из нескольких независимых параметров, которые однозначно определяют состояние термодинамической системы.

Стандартные состояния – условно принятые состояния веществ и компонентов растворов при оценке термодинамических величин.

вопрос 2. Первое начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования, стандартная энтальпия сгорания. Закон Гесса. Термохимические процессы. Применение первого начала термодинамики к биосистемам. Примеры экзэргонических и эндэргонических процессов, протекающих в организме.

Первое начало термодинамики: (По своему существу первое начало термодинамики представляет собой закон сохранения и превращения энергии)

Энергия не создается и не уничтожается, возможно лишь превращение из одного вида в другой.

Вечный двигатель первого рода невозможен, т.е невозможно создать такой двигатель, который совершил бы работу без затраты энергии.

Внутренняя энергия изолированной системы есть величина постоянная.

Уравнение: Q=∆U+W (Q=∆U+p∆V)

Энтальпия – это то количество тепловой энергии, которое выделяется или поглощается при протекании процесса в условиях постоянства t и p(изобара) или t и V(изохора).

∆Н 0 _хр=v_j∆H 0 _f(продуктов) — v_i∆H 0 _f(исх.вв)

Стандартная энтальпия образования вещества (∆H 0 _f) – изменение (уменьшение или увеличение) энтальпии, сопровождающее образование 1 моль вещества в стандартных условиях из простых веществ, взятых в устойчивых модификациях.

Стандартная энтальпия сгорания вещества (∆Н 0 _с) равна уменьшению энтальпии при окислении в избытке кислорода 1 моль вещества, взятого в стандартном состоянии, до конечных продуктов окисления: оксида углерода(IV), воды, азота, оксида серы(IV).

Теплота химической реакции , протекающей при постоянном объеме (или постоянном давлении) определяется только природой исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от числа и последовательности промежуточных стадий, при условии, что теплоты измерены при одинаковой t.

Следствия из закона Гесса:

1. энтальпия образования любого соединения из простых веществ равна энтальпии его разложения на эти же вещества, но в обратным знаком ∆Н 0 _обр= -∆Н 0 _разл

2. энтальпия химической реакции равна разности сумм энтальпии образования продуктов реакции и исходных веществ ∆Н 0 _хр=v_i∆H 0 _f(продуктов) — v_j∆H 0 _f(исх.вв)

3. энтальпия химической реакции равна разности сумм энтальпии сгорания исходных веществ и продуктов реакции ∆Н 0 _хр=v_i∆H 0 _с(продуктов) — v_j∆H 0 _с(исх.вв)

4. свободная энергия реакции равна разности сумм свободной энергии продуктов и исходных веществ ∆G 0 _р=v_i∆G 0 _обр(продуктов) — v_j∆G 0 (исх.вв)

5.энтропия реакции ∆S 0 _р=v_iS 0 _обр(продуктов) — v_jS 0 (исх.вв)

Термохимические процессы – переход системы из одного состояния в другое, сопровождающееся изменением параметров.

Применение первого начала термодинамики к биосистемам.

В 19 столетии было доказано экспериментально, что первый закон термодинамики применим к процессам, которые происходят в биологических системах.

Поступление пищи обеспечивает энергию, которая используется для выполнения различных функций организма или сохраняется для последующего использования. Энергия высвобождается из пищевых продуктов в процессе их биологического окисления, которое является многоступенчатым процессом. Энергия пищевых продуктов используется в клетках первоначально для синтеза макроэргических соединений — например, аденозинтрифосфорной кислоты (ATФ). ATФ, в свою очередь, может использоваться как источник энергии почти для всех процессов в клетке.

Пищевые вещества окисляются вплоть до конечных продуктов, которые выделяются из организма. Например, углеводы окисляются в организме до углекислого газа и воды. Такие же конечные продукты образуются при сжигании углеводов в калориметре:

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O

Величина энергии, высвобождаемой из каждого грамма глюкозы в этой реакции, составляет 4,1 килокалории (кКал). Столько же энергии, образуется при окислении глюкозы в живых клетках, несмотря на то, что процесс окисления в них является многоступенчатым процессом и происходит в несколько стадий. Этот вывод основан на принципе Гесса, который является следствием первого закона термодинамики: тепловой эффект многоступенчатого химического процесса не зависит от его промежуточных этапов, а определяется лишь начальным и конечным состояниями системы.

Таким образом, исследования с помощью калориметра показали среднюю величину физиологически доступной энергии, которая содержится в 1грамме трех пищевых продуктов (в килокалориях): углеводы — 4,1; белки — 4,1; жиры — 9,3.

С другой стороны, в конечном итоге вся энергия, поступившая в организм, превращается в теплоту. Также при образовании АТФ лишь часть энергии запасается, большая — рассеивается в форме тепла. При использовании энергии ATФ функциональными системами организма большая часть этой энергии также переходит в тепловую.

Оставшаяся часть энергии в клетках идёт на выполнении ими функции, однако, в конечном счёте, превращается в теплоту. Например, энергия, используемая мышечными клетками, расходуется на преодоление вязкости мышцы и других тканей. Вязкое перемещение вызывает трение, что приводит к образованию тепла.

Другим примером является расход энергии, передаваемой сокращающимся сердцем крови. При течении крови по сосудам вся энергия превращается в тепло вследствие трения между слоями крови и между кровью и стенками сосудов.

Следовательно, по существу вся энергия, потраченная организмом, в конечном счете, преобразуется в теплоту. Из этого принципа существует лишь единственное исключение: в случае, когда мышцы выполняют работу над внешними телами.

Если человек не выполняет внешней работы, то уровень высвобождения организмом энергии можно определить по величине общего количества теплоты, выделенной телом. Для этого применяют метод прямой калориметрии, для реализации которого используют большой, специально оборудованный калориметр. Организм помещают в специальную камеру, которая хорошо изолирована от среды, то есть не происходит обмена энергией с окружающей камеру средой. Количество теплоты, выделенной исследуемым организмом, можно точно измерить. Эксперименты, выполненные этим методом, показали, что количество энергии, поступающей в организм, равно энергии, выделяющейся при проведении калориметрии.

Прямая калориметрия в проведении трудоёмка, поэтому в настоящее время используют метод непрямой калориметрии, который основан на вычислении энергетического выхода организма по использованию им кислорода.

Примеры экзэргонических и эндэргонических процессов, протекающих в организме.

вопрос 3. Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые в термодинамическом смысле процессы. Энтропия. Энергия Гиббса. Стандартная энергия Гиббса. Прогнозирование направления самопроизвольного процесса в изолированной и закрытой системах. Роль энтальпийного и энтропийного факторов.

Второй закон термодинамики:

Невозможен самопроизвольный переход от тела менее нагретого к более нагретому.

Невозможно превратить теплоту в работу не приводя никакого другого действия, кроме охлаждения источника тепла.

Вечный двигатель 2-го рода невозможен, т. е. такой двигатель, результатом которого было бы получение работы за счет тепла окружающей среды.

Все самопроизвольные процессы в макроскопических сис-мах протекают в направлении от менее вероятного к более вероятному состоянию сис-мы.

Обратимые – такие термодинамические процессы, при которых возвращение системы в первоначальное состояние не требует затраты энергии извне и связанных с этим изменений в окружающей среде.

Необратимые – термодинамические процессы, при которых возвращение системы в исходное состояние возможно лишь при условии затрат внешней энергии, что влечет за собой определенные изменения в окружающей среде.

Энтропия(S) характеризует меру беспорядка в расположении и поведении частиц составляющих сис-му, а также меру стремления частиц занять как можно больший V. Чем больше беспорядка, тем выше энтропия.

Энергия Гиббса(G) — часть внутренней энергии системы которая может быть переведена в работу.

Под стандартной энергией Гиббса образования ΔG°, понимают изменение энергии Гиббса при реакции образования 1 моль вещества, находящегося в стандартном состоянии. Это определение подразумевает, что стандартная энергия Гиббса образования простого вещества, устойчивого в стандартных условиях, равна нулю.

В самопроизвольной реакции:

∆S>0 (S2-S1>0) реакция пойдет → ∆S

Формула для I и II т/д:

Энтальпийный и энтропийный факторы

Из приведенного выражения следует, что самопроизвольное течение реакции может контролироваться как энтальпийным (∆H), так и энтропийным фактором (T∆S).

Несогласованное действие факторов наблюдается в двух случаях:

1) ∆H_r > 0 и ∆S_r > 0 — самопроизвольному протеканию реакции способствует энтропийный фактор, отрицательное значение изменения энергии Гиббса возможно при соотношении |∆S_r |> |∆H_r |, т. е. при достаточно высоких температурах. Примером процессов этого типа является тепловая денатурация белков;

вопрос 4) Термодинамические условия равновесия, Стандартная энергия Гиббса образования вещества, стандартная энергия Гиббса биологического окисления вещества, Стандартная энергия Гиббса реакции, примеры экзергонических и эндергонических процессов , протекающих в организме.

Термодинамические условия равновесия:

механическое равновесие, при котором невозможны никакие макроскопические движения частей системы , возрастание давления при уменьшении объёма, положительное значение теплоёмкости при постоянном давлении.

стандартная энергия Гиббса образования вещества – изменение энергии Гиббса системы при образовании 1 моль сложного вещества из простых веществ, устойчивых при 298 К и 100кПа.

, Стандартная энергия Гиббса реакции При любых температурах определяется по уравнению Гиббса:G = H — ТS

В биологических системах термодинамически невыгодные (эндергонические) реакции могут протекать лишь за счёт энергии экзергонических реакций. Такие реакции называют энергетически сопряжёнными. Многие из этих реакций происходят при участии аденозинтрифосфата (АТФ), играющего роль сопрягающего фактора. Рассмотрим подробнее энергетику сопряжённых реакций на примере фосфорилирования глюкозы. Реакция фосфорилирования глюкозы свободным фосфатом с образованием глюкозо-6-фосфата является эндергонической:(1) Глюкоза + Н₃РО₄ → Глюкозо-6-фосфат + Н₂О (ΔG = +13,8 кДж/моль).Для протекания такой реакции в сторону образования глюкозо-6-фосфата необходимо её сопряжение с другой реакцией, величина свободной энергии которой больше, чем требуется для фосфорилирования глюкозы.(2) АТФ → АДФ + Н₃РО₄ (ΔG = -30,5 кДж/моль).При сопряжении процессов (1) и (2) в реакции, катализируемой гексокиназой (см. раздел 7), фосфорилирование глюкозы легко протекает в физиологических условиях; равновесие реакции сильно сдвинуто вправо, и она практически необратима:(3) Глюкоза + АТФ → Глюкозо-6-фосфат + АДФ (ΔG = -16,7 кДж/моль).

вопрос 5) химическое равновесие . обратимые и необратимые по направлению к реакции . термодинамические условия равновесия в изолированных и закрытых системах. Константа химического равновесия. Уравнение изотермы химической реакции . прогнозирование смещения химического равновесия. Понятие о гомеостазе и стационарном состоянии живого организма.

Химическое равновесие — состояние системы, в котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. Обратимая реакция — химическая реакция, которая при одних и тех же условиях может идти в прямом и в обратном направлениях. Необратимой называется реакция, которая идет практически до конца в одном направлении.

Константа химического равновесия — величина, определяющая для данной хим. р-ции соотношение между концентрациями исходных в-в и продуктов в состоянии хим. равновесия.

Константа равновесия выражается равенством:

Уравнение изотермы химической реакции позволяет рассчитать величину ΔG (ΔF) при переходе из любого состояния системы в равновесное, т.е. ответить на вопрос, будет ли химическая реакция протекать самопроизвольно при данных концентрациях С_i (давлениях Р_i) реагентов:

Положение химического равновесия зависит от следующих параметров реакции: температуры, давления и концентрации.. Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие, то система перейдет в другое состояние так, чтобы уменьшить эффект внешнего воздействия.

Гомеостаз-совокупность сложных приспособительных реакций организма животного и человека, направленных на устранение или максимальное ограничение действия различных факторов внешней или внутренней среды организма. Стационарное состояние — это типичное состояние живых объектов. Оно характеризуется постоянным уровнем энергии, а изменение энтропии стремиться к нулю. Все основные физиологические процессы реализуются при стационарном состоянии системы.

вопрос 6. Предмет и основные понятия химической кинетики. Химическая кинетика как основа для изучения скоростей и механизмов биохимических процессов. Скорость реакции. Классификация реакций, применяющиеся в кинетике: реакции гомогенные, гетерогенные; реакции простые и сложные. Молекулярность реакции. Кинетические уравнения. Порядок реакции. Период полупревращения.

Кинетика: раздел физ химии, изучающий скорость и механизмы хим реакций. Скорость – это число актов химического взаимодействия в ед времени в единице объема или площади, определяют как изменение концентрации одного из реагирующих веществ в ед времени. Скорость химической реакции зависит от природы веществ, от концентрации, температуры, от присутствия катализаторов и ингибиторов, для вещества в твердом состоянии – от поверхности реагирующих веществ.

Последовательность и характер стадий хим реакций называют механизмом реакции. По механизму различают простые и сложные реакции. Простые реакции осуществляются посредством однотипных элементарных актов. Под элементарным актом понимают единичный акт взаимодействия или превращения частиц, в результате которого образуются новые частицы продуктов реакции или промежуточных веществ. Для осуществления сложных реакций необходимы разнотипные (не менее двух) элементарные акты. Сложная реакция протекает в несколько стадий (Например, разложение озона) Все биохимические реакции – сложные.

Различают гомогенные и гетерогенные реакции. В гомогенные реакциях все исходные вещества находятся в одной фазе (2N2O5 -> 4NO2 + О2). В гетерогенных реакциях исходные вещества находятся в разных фазах (С_(т)+О_2(г)=СО₂)

Молекулярность – число молекул, одновременным взаимодействием которых осуществляется элементарный акт химического превращения. Она может характеризоваться только целыми числами.

Кинетические уравнения.

Зависимость скорости химической реакции от концентрации описывается кинетическим уравнением. Например, для реакции:

аА + ЬВ → продукты

где р, q — эмпирические, т. е. найденные экспериментальным путем коэффициенты, не обязательно совпадающие со стехиометрическими коэффициентами а и Ь, к — константа скорости реакции, размерность которой зависит от значений р, q. Константа скорости зависит от тех же факторов, что и скорость химической реакции, но не зависит от концентрации.

Порядок реакции – число, равное сумме показателей степеней концентраций реагирующих веществ в кинетическом уравнении реакции. Порядок реакции характеризует формально кинетическую зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ, а молекулярность – элементарный механизм отдельных стадий сложного процесса.

формы передачи энергии. Скажите пожалуйста формы передачи энергии в физике

В учебниках пишут, что есть 3 формы:
1. теплопроводность (это когда прислоняешь и энергия передаётся через контактную поверхность)
2. конвекция (в этом процессе происходит сначала перенос вещества, являющегося носителем энергии, а потом теплообмен)
3. излучение (энергия передаётся другому тему посредством излучаемых волн и частиц: свет, звук, частицы, возникаемые после радиоактивного распада и пр. )

Но эта классификация очень нестрогая. Серьёзные люди ей не пользуются, поскольку нет принципиальной необходимости разделять эти 3 формы.

Какие формы передачи энергии вам известны расскажите о них кратко

Любая энергия передается в виде двух форм: теплоты и работы.

Если энергия передается на молекулярном уровне, то есть в ее передаче участвуют мельчайшие частицы вещества, то это будет передача энергии в форме теплоты.

Количество энергии, передаваемое при тепловом взаимодействии тел, называется количеством тепла.

Если при передаче энергии наблюдается перемещение рабочего тела, то это передача энергии в форме работы. Полная работа обозначается L и измеряется в системе СИ в .

Удельная работа – есть полная работа отнесенная к массе вещества:

Теплота и работа имеют знак:

Работа, совершаемая системой под действием внешних сил при увеличении объема (dV>0) является положительной (работа расширения).

Работа, совершаемая внешними силами над системой при уменьшении объема (dV 0 работу совершает сам газ, при l

Передачу тепловой энергии называют теплопередачей. Есть три способа (рис. 1) передачи тепловой энергии:

• теплопроводность,
• конвекция,
• излучение.

С помощью теплопередачи можно изменять внутреннюю энергию тел.

Что такое теплопроводность

Теплопроводность — это передача (внутренней) тепловой энергии от одной части тела к другой его части.

Примечание: С помощью теплопроводности можно передавать тепловую энергию от одного тела к другому, если плотно прижать тела друг к другу.

При теплопроводности передается только энергия, а вещество не переносится.

Теплопроводности различных веществ отличаются. Металлы в твердом и жидком состоянии очень хорошо проводят тепло, то есть, обладают высокой теплопроводностью.

Примечание: Медь и серебро – это металлы с очень высокой теплопроводностью.

Но у остальных жидкостей теплопроводность меньше, чему твердых тел.

А у газов, например, у воздуха, теплопроводность очень мала. Поэтому пористые тела, содержащие большое количество газа, хорошо изолируют тепло.

Дом, построенный из пенобетона может иметь более тонкие стены, чем кирпичный дом.

В твердых телах тепло передается только с помощью теплопроводности.

Что такое конвекция и как она происходит

В жидкостях и газах тепло передается только с помощью конвекции. Конвекцио (лат.) – перенос.

Слои жидкости, или газа, имеющие различную температуру, могут самостоятельно перемешиваться. Этот процесс называется конвекцией.

Примечание: Конвекция — это самостоятельное перемешивание слоев жидкости, или газа, имеющих различную температуру.

Располагая руку в нескольких сантиметрах над горящей свечой, из-за конвекции мы можем ощущать тепло.

Как происходит конвекция: Более горячие слои жидкости, или газа, имеют маленькую плотность, поэтому поднимаются вверх, а их место занимают более холодные слои.

Примечание: Чтобы конвекция происходила хорошо, нужно нагревать жидкости и газы снизу.

— в чайнике нагревается вся вода, а не только находящаяся в нижней части чайника;

— воздух в помещении от пола до потолка прогревается батареями отопления, расположенными в нижней части помещения;

— дуют ветры, днем – с моря (дневной бриз), а по ночам – с суши на море (ночной бриз).

Что такое излучение

Излучение – это перенос тепловой энергии без помощи вещества. Поэтому в вакууме тепловая энергия переносится излучением.

Вакуум – это отсутствие молекул вещества в пространстве (глубокий вакуум в космосе), или, наличие небольшого количества молекул газа.

Например, в современных лабораториях можно из-под колокола откачать воздух до состояния, когда в одном кубометре пространства под колоколом будет содержаться всего несколько молекул воздуха.

Все тела могут излучать энергию. Сильно нагретые тела излучают больше энергии, чем более холодные.

Солнце – это большой раскаленный газовый шар, то есть, звезда. Солнце излучает тепло, это тепло через вакуум с помощью излучения переносится на Землю и нагревает ее поверхность и все тела, находящиеся на ней.

Известно, что черные предметы на солнце нагреваются очень быстро, а белые, почти не нагреваются.

По причине излучения более темные тела охлаждаются быстрее, чем белые.

В наши дни широкое распространение получили бытовые инфракрасные обогреватели. Эти обогреватели нагревают окружающие предметы с помощью теплового (инфракрасного) излучения.

Примечание: Теплопроводность и конвекция происходят в веществе. А излучение может переносить тепловую энергию без помощи вещества.

Обеспечение нужд человечества достаточным количеством энергии – одна из ключевых задач, которые стоят перед современной наукой. В связи с повышением энергозатратности процессов, направленных на поддержание базовых условий существования общества, возникают острые проблемы не только генерации больших объемов энергии, но и сбалансированной организации систем ее распределения. И тема преобразования энергии имеет ключевое значение в данном контексте. От этого процесса зависит коэффициент выработки полезного энергетического потенциала, а также уровень затрат на обслуживание технологических операций в рамках используемой инфраструктуры.

Общие сведения о технологии преобразования

Вам будет интересно:Жаркий — это… Толкование и синонимы

Необходимость использования разных видов энергии связана с различиями в процессах, для которых требуется питающий ресурс. Тепло требуется для отопления, механическая энергия – для силовой поддержки движения механизмов, а свет – для освещения. Электричество можно назвать универсальным источником энергии и с точки зрения ее преобразования, и в плане возможностей применения в разных сферах. В качестве исходной энергии обычно используются природные явления, а также искусственно организованные процессы, способствующие генерации того же тепла или механического усилия. В каждом случае требуется определенный вид оборудования или сложного технологического сооружения, в принципе позволяющего обеспечивать преобразование энергии в нужную для конечного или промежуточного потребления форму. Причем среди задач преобразователя выделяется не только трансформация как перевод энергии из одного вида в другой. Зачастую данный процесс служит и для изменения некоторых параметров энергии без ее трансформации.

Вам будет интересно:Павел Павлович Демидов: благотворительность, семья и карьера

Преобразование как таковое может быть одноступенчатым или многоступенчатым. Кроме того, например, работа солнечных генераторов на фотокристаллических элементах обычно рассматривается как трансформация энергии света в электричество. Но вместе с этим возможно и преобразование тепловой энергии, которую Солнце отдает грунту в результате нагрева. Геотермальные модули размещаются на определенной глубине в земле и посредством специальных проводников наполняют энергетическим запасам аккумуляторы. В простой схеме преобразования геотермальная система обеспечивает накопление энергии тепла, которая отдается отопительному оборудованию в чистом виде с базовой подготовкой. В сложной структуре задействуется тепловой насос в единой группе с конденсаторами тепла и компрессорами, которые обеспечивают преобразование тепла и электроэнергию.

Виды преобразования электрической энергии

Вам будет интересно:Матрицы: метод Гаусса. Вычисление матрицы методом Гаусса: примеры

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА

Жизнь программиста и интересные обзоры всего. Подпишись, чтобы не пропустить новые видео.

Существуют разные технологические методы извлечения первичной энергии из естественных природных явлений. Но еще больше возможностей для изменения свойств и форм энергии дают аккумулированные энергоресурсы, поскольку они хранятся в удобном для трансформации виде. К наиболее распространенным формам преобразования энергии можно отнести операции излучения, нагрева, механического и химического воздействия. В наиболее сложных системах применяются процессы молекулярного распада и многоуровневые химические реакции, в которых объединяется несколько этапов преобразования.

Выбор конкретного способа трансформации будет зависеть от условий организации процесса, вида изначальной и конечной энергии. Среди самых распространенных видов энергии, которые в принципе участвуют в процессах преобразования можно выделить лучистую, механическую, тепловую, электрическую и химическую энергию. Как минимум, данные ресурсы успешно эксплуатируются в промышленности и бытовом хозяйстве. Отдельного внимания заслуживают косвенные процессы преобразования энергии, которые являются производными той или иной технологической операции. К примеру, в рамках металлургического производства требуется выполнение операций нагрева и охлаждения, в результате которых вырабатывается пар и тепло как производные, но не целевые ресурсы. В сущности, это отходные продукты переработки, которые также находят применение, подвергаются трансформации или использованию в рамках этого же предприятия.

Преобразование энергии тепла

Один из старейших с точки зрения освоения и самых важных для поддержания жизнедеятельности человека энергетических источников, без которых невозможно представить жизнь современного общества. В большинстве случаев тепло преобразуется в электроэнергию, причем простая схема такой трансформации не требует подключения промежуточных этапов. Однако в тепловых и атомных электростанциях в зависимости от условий их работы может применяться этап подготовки с переводом тепловой в механическую энергию, что требует дополнительных затрат. Сегодня все чаще для преобразования тепловой энергии в электричество используются термоэлектрические генераторы прямого действия.

Вам будет интересно:Закон Максвелла. Распределение Максвелла по скоростям

Сам процесс трансформации происходит в специальном веществе, которое сжигается, выделяет тепло и в дальнейшем выступает источником генерации тока. То есть термоэлектрические установки могут рассматриваться как источники электроэнергии с нулевым циклом, так как их работа запускается еще до появления базовой тепловой энергии. В качестве основного ресурса выступают топливные элементы – как правило, газовые смеси. Они сжигаются, в результате чего происходит нагрев теплораспределительной металлической пластины. В процессе отвода тепла через специальный генераторный модуль с полупроводниковыми материалами происходит преобразование энергии. Электрический ток генерируется радиаторной установкой, подключенной к трансформатору или аккумулятору. В первом варианте энергия сразу поступает к потребителю в готовом виде, а во втором – накапливается и отдается по мере надобности.

Суть конвекции

Для объяснения конвекции можно использовать закон Архимеда, а также твердых тел и жидкостей. По мере повышения температуры происходит увеличение объема жидкости, уменьшение плотности. Под воздействием силы Архимеда вверх стремится более легкая (нагретая) жидкость, а холодные (плотные) слои попадают вниз, постепенно прогреваются.

В случае прогрева жидкости сверху теплая жидкость остается в исходном положении, поэтому не наблюдается конвекции. Именно так происходит круговорот жидкости, который сопровождается переносом энергии от прогретых участков к холодным местам. В газах конвекция происходит по аналогичному механизму.

С термодинамической точки зрения конвекцию рассматривают как вариант передачи тепла, при котором перенос внутренней энергии идет отдельными потоками веществ, нагретых неравномерно. Подобное явление встречается в природе и в быту. К примеру, отопительные радиаторы устанавливают на минимальной высоте от пола, вблизи подоконника.

Холодный воздух прогревается батареей, затем постепенно поднимается вверх, где он смешивается с холодными воздушными массами, опускаемыми от окна. Конвекция приводит к установлению в помещении равномерной температуры.

Среди распространенных примеров атмосферной конвекции приведем ветры: муссоны, бризы. Воздух, который нагревается над одними фрагментами Земли, охлаждается над другими, в результате чего происходит его циркуляция, осуществляется перенос влаги и энергии.

Генерация тепловой энергии из механической

Также один из самых распространенных способов получения энергии в результате преобразования. Суть его заключается в способности тел отдавать тепловую энергию в процессе совершения работы. В простейшем виде данную схему трансформации энергии демонстрирует пример с трением двух деревянных предметов, в результате чего возникает огонь. Однако для использования данного принципа с ощутимой практической пользой требуются специальные устройства.

В бытовом хозяйстве преобразование механической энергии имеет место в системах отопления и водоснабжения. Это сложные технические конструкции с магнитопроводом и шихтованным сердечником, подключенным к замкнутым электропроводящим контурам. Также внутри рабочей камеры данной конструкции проходят трубы отопления, которые нагреваются под действием совершаемой работы от привода. Недостатком данного решения можно назвать необходимость подключения системы к электросети.

В промышленности используются более мощные преобразователи с жидким теплоносителем. Источник механической работы подключается к замкнутым резервуарам с водой. В процессе движения исполнительных органов (турбин, лопастей или других элементов конструкции) внутри контура создаются условия для вихреобразования. Это происходит в моменты резкого торможения лопастей. Кроме нагрева в данном случае повышается и давление, что облегчает процессы циркуляции воды.

Разновидности теплообмена

Как подразделяется теплопередача? Теплопроводность, конвекция, излучение — три способа передачи энергии, существующие в природе.

Механизмы теплообмена при нагревании

Мы излучаем тепло в сторону стен, потолка и обогревателя. На этот раз только в двух словах. В случае отопления с радиатором мы имеем дело с конвекцией и излучением. Большая часть передачи на пути конвекции. Радиатор имеет всю поверхность пола, поэтому здесь доля излучения намного больше. Конечно, конвекция также имеет место. Но и руководство, потому что на полу мы стоим, будь босиком или в носках или туфлях. Наши ботинки проводят тепло через подошвы и нагревают наши ноги.
С принудительной конвекцией мы имеем дело в случае систем центрального отопления с распределением горячего воздуха, приводимого в действие воздуходувкой, а также в случае кондиционеров с функцией нагрева.

Передача энергии от одной ТС к другой, в зависимости от свойств системы, может происходить раз-личными способами. Для закрытых ТС возможен энергообмен лишь в двух формах: в форме теплоты и в форме работы.

Теплота процесса(теплота Q) – энергия, пере-даваемая одним телом другому при их взаимодействии, зависящая только от температуры этих тел и не связанная с переносом вещест-ва от одного тела к другому.

В случае, когда теплота переда-ется к системе, ее принято считать положительной “ +”. Если же теплота отво-дится от системы используют знак “ — “.

Между теплотой Q(Дж), удельной теп-лотой q(Дж/кг) и массой однородной сис-темы m (кг), которая участвует в про-цессе энергообмена, существует следующая взаимосвязь

Передача энергии в форме работы всегда связана с перемеще-нием ТС или отдельных ее частей (макротел) как целого. Работа процесса – энергия, передаваемая одним телом другому при их взаимодействии, не завися-щая от температуры этих тел и не связанная с переносом вещества от одного тела к другому.

В случае, когда работа переда-ется к системе, ее принято считать отрицательной и использовать со знаком “ — ”. Если же работа отво-дится от системы, ее считают поло-жительной и используют со знаком “ + “.

Между работой L, удельной ра-ботой l (Дж/кг) и массой однородной сис-темы m (кг), которая участвует в про-цессе энергообмена, взаимосвязь аналогична

Уравнение баланса имеет вид :

Баланс энергии составляется за промежуток времени работы си-мы(За цикл, сутки, месяц, год). Выбор отрезка времени в составлении баланса является важной и сложной задачей. Он составляется за определенный период в относительной или абсолютной форме. Как правило в абсолютной размерность прихода и расхода ГДж и обычно располагается по весу(год, сутки, час) от более к менее значимому. В относительной форме баланс составляется в процентах, для этого делиться на приход и расход. В отдельных случаях баланс составляется на единицу продукции из баланса энергии устанавливают абсолют и относит энергетические характеристики. Сравнивать два предприятия выпускающих одну и туже продукцию по расходам энергии не верно.

1 закона термодинамики в различных изопроцессах:

1) Изохорный (V=const)

— количество теплоты переданное системе идет на изменение внутр энергии

2) Изотермический (T=const)

— количество теплоты переданное системе идет на совершение работы.

3) Адиабатный (Q=0)

— газ совершает положительную работу,внутр энергия газа уменьшается, газ охлаждается

4) Изобарный (P=const)

количество теплоты переданное системе идет на изменеие внутренней энергии и на совершение работы

Второй закон термодинамики. Формулировки и их соотношение друг с другом. Значение понятия обратимости. Внешняя и внутренняя необратимость. Энтропия. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах. Аналитическое выражение 2-го закона термодинамики. Единое уравнение (тождество) термодинамики для закрытых систем

Второй закон термодинамики.

Второй закон как и первый является обобщенным опытными данными и никак не доказывается. Он относится к системе, находящейся в состоянии равновесия, к процессу перехода системы из одного состояния равновесия в другое. Он рассматривает направленность протекания естественных процессов, говорит о том, что различные виды энергии неравноценны.

Все процессы в природе протекают в направлении исчезновения движущей силы(градиент температур, давлений, концентраций). На изложенных фактах и основывается одна из формулировок закона: теплота не может переходить от менее к более нагретому телу. Вывод из 2-го закона: он устанавливает неравноценность теплоты и работы, и если при преобразовании работы в теплоту можно ограничиться изменением состояния одного теплоприемника, то при преобразовании теплоты в работу необходимо компенсация.

Другая формулировка закона: Невозможен вечный двигатель 2-го рода, то есть нельзя создать машину, единственным результатом функционирования которой будет охлаждение теплового резервуара.

Понятие обратимости занимает центральное место:

1) оно является водоразделом между феноменологической термодинамикой и статической физикой;

2) понятие обратимости позволяет получить точку отсчёта для оценки термодинамического совершенства протекания процесса.

Обратимый процесс – термодинамический процесс, после которого система и взаимодействующие с ней системы (ОС) могут возвратиться в начальное состояние без того, чтобы в системе и ОС возникали какие-либо остаточные изменения.

Необратимый процесс – термодинамический процесс, после которого система и взаимодействующие с ней системы (ОС) не могут возвратиться в начальное состояние без возникновения остаточных изменений в системе или ОС.

Существует множество внутренних и внешних факторов, которые создают необратимость процессов.

Внутреннюю необратимость вызывает внутреннее трение молекул жидкости в результате молекулярных сил и турбулентности.

Внешняя необратимость следует из внешних факторов системы. Одна из самых частых причин внешней необратимости — механическое трение. Трение присутствует во всех процессах, где поверхность тела или вещества трется о другую поверхность. Другая причина внешней необратимости — процесс теплопередачи. По своей природе теплопередача происходит только в одном направлении: от более теплой области к более холодной. Следовательно, процесс невозможно полностью обратить, так как теплота не передается от более холодных областей более теплым без применения работы.

Энтропия – функция состояния термодинамической системы, определяемая тем, что ее дифференциал (dS) при элементарном равновесном (обратимом) процессе, происходящем в этой системе, равен отношению бесконечно малого количества теплоты (dQ), сообщенной системе, к термодинамической температуре (T) системы.

Введение энтропии дает нам ещё одно уравнение для расчета теплоты процесса, использование которого более удобно известного уравнения через теплоемкость. Площадь под графиком процесса в Т(S) – диаграмме в масштабе изображает теплоту процесса.

Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах.

Изменение энтропии в обратимом процессе хорошо показывает цикл Карно. Он состоит из 4х процессов: 1) отвод работы от рабочего тела (уменьшение внутренней энергии тела и уменьшение температуры тела); 2) изотермический отвод теплоты; 3) подвод к рабочему телу энергии в форме работы; 4) изотермический подвод теплоты. При изотермических подводе и отводе теплоты количество подведенной и отведенной энергии можно вычислить с помощью изменения энтропии.

Для обратимого процесса изменение энтропии определяется как

Изменение энтропии в необратимом процессе. Воспользуемся условием ( ), из этого условия получаем, что

Сумма приведенных теплот для необратимого цикла меньше нуля, где приведенная теплота – это отношение теплоты изотермического процесса к температуре процесса.

Перейдя к производному циклу и разбив его сеткой адиабат и изотерм на бесконечное число циклов Карно, просуммировав по всем циклам получаем, что . Отсюда можем получить как изменяется энтропия в необратимых процессах.

Но для обратимого процесса мы знаем, что .

Так как изменение энтропии как термодинамического потенциала не зависит от пути процесса, то очевидно, что . В необратимых процессах изменение энтропии ds на любом элементарном участке всегда больше отношения на этом же участке.

Аналитическое выражение 2-го закона термодинамики. Единое уравнение (тождество) термодинамики для закрытых систем.

Для изолированной системы dq=0, и тогда для изолированной системы получаем .

Похожие публикации:

1. Как повесить люстру на натяжной потолок если нет закладной
2. Lc9801 что за микросхема
3. Консоль bbp2130 где производят
4. Как построить векторную диаграмму цепи