Что такое полезный отпуск тепловой энергии


ПР 34-70-010-85 Правила учета отпуска тепловой энергии / 34 70 010 85

На главную | База 1 | База 2 | База 3
Поиск по реквизитамПоиск по номеру документаПоиск по названию документаПоиск по тексту документа
Искать все виды документовДокументы неопределённого видаISOАвиационные правилаАльбомАпелляционное определениеАТКАТК-РЭАТПЭАТРВИВМРВМУВНВНиРВНКРВНМДВНПВНПБВНТМ/МЧМ СССРВНТПВНТП/МПСВНЭВОМВПНРМВППБВРДВРДСВременное положениеВременное руководствоВременные методические рекомендацииВременные нормативыВременные рекомендацииВременные указанияВременный порядокВрТЕРВрТЕРрВрТЭСНВрТЭСНрВСНВСН АСВСН ВКВСН-АПКВСПВСТПВТУВТУ МММПВТУ НКММПВУП СНЭВУППВУТПВыпускГКИНПГКИНП (ОНТА)ГНГОСТГОСТ CEN/TRГОСТ CISPRГОСТ ENГОСТ EN ISOГОСТ EN/TSГОСТ IECГОСТ IEC/PASГОСТ IEC/TRГОСТ IEC/TSГОСТ ISOГОСТ ISO GuideГОСТ ISO/DISГОСТ ISO/HL7ГОСТ ISO/IECГОСТ ISO/IEC GuideГОСТ ISO/TRГОСТ ISO/TSГОСТ OIML RГОСТ ЕНГОСТ ИСОГОСТ ИСО/МЭКГОСТ ИСО/ТОГОСТ ИСО/ТСГОСТ МЭКГОСТ РГОСТ Р ЕНГОСТ Р ЕН ИСОГОСТ Р ИСОГОСТ Р ИСО/HL7ГОСТ Р ИСО/АСТМГОСТ Р ИСО/МЭКГОСТ Р ИСО/МЭК МФСГОСТ Р ИСО/МЭК ТОГОСТ Р ИСО/ТОГОСТ Р ИСО/ТСГОСТ Р ИСО/ТУГОСТ Р МЭКГОСТ Р МЭК/ТОГОСТ Р МЭК/ТСГОСТ ЭД1ГСНГСНрГСССДГЭСНГЭСНмГЭСНмрГЭСНмтГЭСНпГЭСНПиТЕРГЭСНПиТЕРрГЭСНрГЭСНсДИДиОРДирективное письмоДоговорДополнение к ВСНДополнение к РНиПДСЕКЕНВиРЕНВиР-ПЕНиРЕСДЗемЕТКСЖНМЗаключениеЗаконЗаконопроектЗональный типовой проектИИБТВИДИКИМИНИнструктивное письмоИнструкцияИнструкция НСАМИнформационно-методическое письмоИнформационно-технический сборникИнформационное письмоИнформацияИОТИРИСОИСО/TRИТНИТОсИТПИТСИЭСНИЭСНиЕР Республика КарелияККарта трудового процессаКарта-нарядКаталогКаталог-справочникККТКОКодексКОТКПОКСИКТКТПММ-МВИМВИМВНМВРМГСНМДМДКМДСМеждународные стандартыМетодикаМетодика НСАММетодические рекомендацииМетодические рекомендации к СПМетодические указанияМетодический документМетодическое пособиеМетодическое руководствоМИМИ БГЕИМИ УЯВИМИГКМММНМОДНМонтажные чертежиМос МУМосМРМосСанПинМППБМРМРДСМРОМРРМРТУМСанПиНМСНМСПМТМУМУ ОТ РММУКМЭКННАС ГАНБ ЖТНВННГЭАНДНДПНиТУНКНормыНормы времениНПНПБНПРМНРНРБНСПНТПНТП АПКНТП ЭППНТПДНТПСНТСНЦКРНЦСОДМОДНОЕРЖОЕРЖкрОЕРЖмОЕРЖмрОЕРЖпОЕРЖрОКОМТРМОНОНДОНКОНТПОПВОПКП АЭСОПНРМСОРДОСГиСППиНОСНОСН-АПКОСПОССПЖОССЦЖОСТОСТ 1ОСТ 2ОСТ 34ОСТ 4ОСТ 5ОСТ ВКСОСТ КЗ СНКОСТ НКЗагОСТ НКЛесОСТ НКМОСТ НКММПОСТ НКППОСТ НКПП и НКВТОСТ НКСМОСТ НКТПОСТ5ОСТНОСЭМЖОТРОТТПП ССФЖТПБПБПРВПБЭ НППБЯПВ НППВКМПВСРПГВУПереченьПиН АЭПисьмоПМГПНАЭПНД ФПНД Ф СБПНД Ф ТПНСТПОПоложениеПорядокПособиеПособие в развитие СНиППособие к ВНТППособие к ВСНПособие к МГСНПособие к МРПособие к РДПособие к РТМПособие к СНПособие к СНиППособие к СППособие к СТОПособие по применению СППостановлениеПОТ РПОЭСНрППБППБ-АСППБ-СППБВППБОППРПРПР РСКПР СМНПравилаПрактическое пособие к СППРБ АСПрейскурантПриказПротоколПСРр Калининградской областиПТБПТЭПУГПУЭПЦСНПЭУРР ГазпромР НОПРИЗР НОСТРОЙР НОСТРОЙ/НОПР РСКР СМНР-НП СРО ССКРазъяснениеРаспоряжениеРАФРБРГРДРД БГЕИРД БТРД ГМРД НИИКраностроенияРД РОСЭКРД РСКРД РТМРД СМАРД СМНРД ЭОРД-АПКРДИРДМРДМУРДПРДСРДТПРегламентРекомендацииРекомендацияРешениеРешение коллегииРКРМРМГРМДРМКРНДРНиПРПРРТОП ТЭРС ГАРСНРСТ РСФСРРСТ РСФСР ЭД1РТРТМРТПРУРуководствоРУЭСТОП ГАРЭГА РФРЭСНрСАСанитарные нормыСанитарные правилаСанПиНСборникСборник НТД к СНиПСборники ПВРСборники РСН МОСборники РСН ПНРСборники РСН ССРСборники ценСБЦПСДАСДАЭСДОССерияСЗКСНСН-РФСНиПСНиРСНККСНОРСНПСОСоглашениеСПСП АССП АЭССправочникСправочное пособие к ВСНСправочное пособие к СНиПСправочное пособие к СПСправочное пособие к ТЕРСправочное пособие к ТЕРрСРПССНССЦСТ ССФЖТСТ СЭВСТ ЦКБАСТ-НП СРОСТАСТКСТМСТНСТН ЦЭСТОСТО 030 НОСТРОЙСТО АСЧМСТО БДПСТО ВНИИСТСТО ГазпромСТО Газпром РДСТО ГГИСТО ГУ ГГИСТО ДД ХМАОСТО ДОКТОР БЕТОНСТО МАДИСТО МВИСТО МИСТО НААГСТО НАКССТО НКССТО НОПСТО НОСТРОЙСТО НОСТРОЙ/НОПСТО РЖДСТО РосГеоСТО РОСТЕХЭКСПЕРТИЗАСТО САСТО СМКСТО ФЦССТО ЦКТИСТО-ГК "Трансстрой"СТО-НСОПБСТПСТП ВНИИГСТП НИИЭССтП РМПСУПСССУРСУСНСЦНПРТВТЕТелеграммаТелетайпограммаТематическая подборкаТЕРТЕР Алтайский крайТЕР Белгородская областьТЕР Калининградской областиТЕР Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕР Краснодарского краяТЕР Мурманская областьТЕР Новосибирской областиТЕР Орловской областиТЕР Республика ДагестанТЕР Республика КарелияТЕР Ростовской областиТЕР Самарской областиТЕР Смоленской обл.ТЕР Ямало-Ненецкий автономный округТЕР Ярославской областиТЕРмТЕРм Алтайский крайТЕРм Белгородская областьТЕРм Воронежской областиТЕРм Калининградской областиТЕРм Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРм Мурманская областьТЕРм Республика ДагестанТЕРм Республика КарелияТЕРм Ямало-Ненецкий автономный округТЕРмрТЕРмр Алтайский крайТЕРмр Белгородская областьТЕРмр Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРмр Краснодарского краяТЕРмр Республика ДагестанТЕРмр Республика КарелияТЕРмр Ямало-Ненецкий автономный округТЕРпТЕРп Алтайский крайТЕРп Белгородская областьТЕРп Калининградской областиТЕРп Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРп Краснодарского краяТЕРп Республика КарелияТЕРп Ямало-Ненецкий автономный округТЕРп Ярославской областиТЕРрТЕРр Алтайский крайТЕРр Белгородская областьТЕРр Калининградской областиТЕРр Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРр Краснодарского краяТЕРр Новосибирской областиТЕРр Омской областиТЕРр Орловской областиТЕРр Республика ДагестанТЕРр Республика КарелияТЕРр Ростовской областиТЕРр Рязанской областиТЕРр Самарской областиТЕРр Смоленской областиТЕРр Удмуртской РеспубликиТЕРр Ульяновской областиТЕРр Ямало-Ненецкий автономный округТЕРррТЕРрр Ямало-Ненецкий автономный округТЕРс Ямало-Ненецкий автономный округТЕРтр Ямало-Ненецкий автономный округТехнический каталогТехнический регламентТехнический регламент Таможенного союзаТехнический циркулярТехнологическая инструкцияТехнологическая картаТехнологические картыТехнологический регламентТИТИ РТИ РОТиповая инструкцияТиповая технологическая инструкцияТиповое положениеТиповой проектТиповые конструкцииТиповые материалы для проектированияТиповые проектные решенияТКТКБЯТМД Санкт-ПетербургТНПБТОИТОИ-РДТПТПРТРТР АВОКТР ЕАЭСТР ТСТРДТСНТСН МУТСН ПМСТСН РКТСН ЭКТСН ЭОТСНэ и ТЕРэТССЦТССЦ Алтайский крайТССЦ Белгородская областьТССЦ Воронежской областиТССЦ Карачаево-Черкесская РеспубликаТССЦ Ямало-Ненецкий автономный округТССЦпгТССЦпг Белгородская областьТСЦТСЦ Белгородская областьТСЦ Краснодарского краяТСЦ Орловской областиТСЦ Республика ДагестанТСЦ Республика КарелияТСЦ Ростовской областиТСЦ Ульяновской областиТСЦмТСЦО Ямало-Ненецкий автономный округТСЦп Калининградской областиТСЦПГ Ямало-Ненецкий автономный округТСЦэ Калининградской областиТСЭМТСЭМ Алтайский крайТСЭМ Белгородская областьТСЭМ Карачаево-Черкесская РеспубликаТСЭМ Ямало-Ненецкий автономный округТТТТКТТПТУТУ-газТУКТЭСНиЕР Воронежской областиТЭСНиЕРм Воронежской областиТЭСНиЕРрТЭСНиТЕРэУУ-СТУказУказаниеУказанияУКНУНУОУРврУРкрУРррУРСНУСНУТП БГЕИФАПФедеральный законФедеральный стандарт оценкиФЕРФЕРмФЕРмрФЕРпФЕРрФормаФорма ИГАСНФРФСНФССЦФССЦпгФСЭМФТС ЖТЦВЦенникЦИРВЦиркулярЦПИШифрЭксплуатационный циркулярЭРД
Показать все найденныеПоказать действующиеПоказать частично действующиеПоказать не действующиеПоказать проектыПоказать документы с неизвестным статусом
Упорядочить по номеру документаУпорядочить по дате введения

Тепловая энергия - Science Learning Hub

Большинство из нас используют слово «тепло» для обозначения чего-то, что кажется теплым, но наука определяет тепло как поток энергии от теплого объекта к более холодному.

На самом деле тепловая энергия окружает нас повсюду - в вулканах, в айсбергах и в вашем теле. Вся материя содержит тепловую энергию.

Тепловая энергия является результатом движения крошечных частиц, называемых атомами, молекулами или ионами в твердых телах, жидкостях и газах. Тепловая энергия может передаваться от одного объекта к другому.Передача или поток из-за разницы температур между двумя объектами называется теплом.

Например, кубик льда обладает тепловой энергией, как и стакан лимонада. Если вы добавите лед в лимонад, лимонад (более теплый) передаст часть своей тепловой энергии льду. Другими словами, он нагреет лед. В конце концов лед растает, и лимонад и вода изо льда будут одинаковой температуры. Это называется достижением состояния теплового равновесия.

Движущиеся частицы

Материя окружает вас повсюду. Это все во Вселенной - все, что имеет массу и объем и занимает пространство, является материей. Материя существует в разных физических формах - твердых телах, жидкостях и газах.

Вся материя состоит из крошечных частиц, называемых атомами, молекулами и ионами. Эти крошечные частицы всегда находятся в движении - либо сталкиваются друг с другом, либо колеблются взад и вперед. Именно движение частиц создает форму энергии, называемую тепловой (или тепловой) энергией, которая присутствует во всей материи.

Частицы в твердых телах плотно упакованы и могут только вибрировать. Частицы в жидкостях также колеблются, но могут перемещаться, перекатываясь друг по другу и скользя. В газах частицы свободно перемещаются быстрыми случайными движениями.

Передача тепловой энергии - частицы при столкновении

При более высоких температурах частицы обладают большей энергией. Часть этой энергии может быть передана другим частицам, имеющим более низкую температуру. Например, в газовом состоянии, когда быстро движущаяся частица сталкивается с более медленной частицей, она передает часть своей энергии более медленно движущейся частице, увеличивая скорость этой частицы.

Когда миллиарды движущихся частиц сталкиваются друг с другом, область с высокой энергией будет медленно передаваться через материал, пока не будет достигнуто тепловое равновесие (температура одинакова по всему материалу).

Изменение состояний посредством теплопередачи

Быстрее движущиеся частицы "возбуждают" близлежащие частицы. При достаточном нагревании движение частиц в твердом теле увеличивается и преодолевает связи, удерживающие частицы вместе. Вещество меняет свое состояние с твердого на жидкое (плавится).Если движение частиц в жидкости еще больше увеличивается, то достигается стадия, когда вещество превращается в газ (испарение).

Три способа передачи тепловой энергии

Вся тепловая энергия, включая тепло, выделяемое при пожаре, передается разными способами:

Конвекция передает тепловую энергию через газы и жидкости. Когда воздух нагревается, частицы получают тепловую энергию, позволяя им перемещаться все быстрее и дальше друг от друга, неся тепловую энергию с собой.Теплый воздух менее плотный, чем холодный, и поднимается вверх. Более холодный воздух поступает снизу, чтобы заменить поднявшийся воздух. Он нагревается, поднимается и снова заменяется более холодным воздухом, создавая круговой поток, называемый конвекционным током. Эти токи кружатся и нагревают комнату.

Conduction передает тепловую энергию твердым телам. Движущиеся частицы теплого твердого материала могут увеличивать тепловую энергию частиц в более холодном твердом материале, передавая ее непосредственно от одной частицы к другой.Поскольку частицы расположены ближе друг к другу, твердые тела проводят тепло лучше, чем жидкости или газы.

Излучение - это метод передачи тепла, который делает

.

Тепло, работа и энергия

Тепло (энергия)

Единица измерения тепла (или энергии) в системе СИ составляет джоуль (Дж) .

С разницей температур

Другими единицами, используемыми для количественной оценки тепла, являются британская тепловая единица - Btu (количество тепла для подъема 1 фунта воды на 1 o F ) и Калорийность (количество тепла, чтобы поднять 1 грамм воды на 1 o C ( или 1 K )).

калорий определяется как количество тепла, необходимое для изменения температуры одного грамма жидкой воды на один градус Цельсия (или один градус Кельвина).

1 кал = 4,184 Дж

1 Дж = 1 Вт · с

= (1 Вт · с) (1/3600 ч / с)

= 2,78 10 -4 кВт · ч

Тепловой поток (мощность)

Теплопередача только в результате разницы температур называется тепловым потоком . Единицы СИ для теплового потока: Дж / с или ватт (Вт) - то же, что и мощность. Один ватт определяется как 1 Дж / с .

Удельная энтальпия

Удельная энтальпия - это мера полной энергии в единице массы. Обычно используются единицы СИ: Дж / кг или кДж / кг .

Термин относится к общей энергии, обусловленной давлением и температурой текучей среды (например, воды или пара) в любой момент времени и при любых условиях.В частности, энтальпия - это сумма внутренней энергии и работы, совершаемой под действием приложенного давления.

Тепловая мощность

Тепловая мощность системы составляет

  • количество тепла, необходимое для изменения температуры всей системы на один градус .

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость (= удельная теплоемкость) - это количество тепла, необходимое для изменения температуры на одну единица массы вещества на на один градус .

Удельная теплоемкость может быть измерена в Дж / г K, Дж / кг K , кДж / кг K, кал / гK или БТЕ / фунт o F и более .

Никогда не используйте табличные значения теплоемкости, не проверив единицы фактических значений!

Удельную теплоемкость для обычных продуктов и материалов можно найти в разделе «Свойства материала».

Удельная теплоемкость - постоянное давление

Энтальпия - или внутренняя энергия - вещества зависит от его температуры и давления.

Изменение внутренней энергии относительно изменения температуры при фиксированном давлении - это удельная теплоемкость при постоянном давлении - c p .

Удельная теплоемкость - постоянный объем

Изменение внутренней энергии относительно изменения температуры при фиксированном объеме представляет собой удельную теплоемкость при постоянном объеме - c v .

Если давление не является чрезвычайно высоким, работой, выполняемой приложенным давлением к твердым телам и жидкостям, можно пренебречь, а энтальпия может быть представлена ​​только компонентом внутренней энергии.Можно сказать, что теплота с постоянным объемом и постоянным давлением равна.

Для твердых и жидких веществ

c p = c v (1)

Удельная теплоемкость представляет собой количество энергии, необходимое для подъема 1 кг вещества к 1 o C (или 1 K) , и ее можно рассматривать как способность поглощать тепло. Единицы измерения удельной теплоемкости в системе СИ: Дж / кг · К (кДж / кг o C) .Вода имеет большую удельную теплоемкость 4,19 кДж / кг o C по сравнению со многими другими жидкостями и материалами.

  • Вода - хороший теплоноситель!

Количество тепла, необходимое для повышения температуры

Количество тепла, необходимое для нагрева объекта с одного температурного уровня на другой, можно выразить как:

Q = c p m dT ( 2)

, где

Q = количество тепла (кДж)

c p = удельная теплоемкость (кДж / кг · К)

м = масса (кг )

dT = разница температур между горячей и холодной стороной (K)

Пример воды для отопления

Учитывайте энергию, необходимую для нагрева 1.0 кг воды от 0 o C до 100 o C при удельной теплоемкости воды 4,19 кДж / кг o C :

Q = (4,19 кДж / кг o C ) (1,0 кг) ((100 o C) - (0 o C))

= 419 (кДж)

Работа

Работа и энергия с технической точки зрения - одно и то же, но работа - это результат, когда направленная сила (вектор) перемещает объект в одном направлении.

Объем выполненной механической работы можно определить с помощью уравнения, полученного из ньютоновской механики

Работа = Приложенная сила x Расстояние, перемещенное в направлении силы

или

W = F l (3)

, где

W = работа (Нм, Дж)

F = приложенная сила (Н)

l = длина или пройденное расстояние (м)

Рабочий стол также может быть описан как произведение приложенного давления и перемещенного объема:

Работа = Приложенное давление x Вытесненный объем

или

W = p A l (3b)

, где

p = приложенное давление (Н / м 2 , Па)

A = под давлением площадь (м 2 )

l = длина или расстояние, на которое зона давления перемещается под действием приложенной силы (м)

Пример - Работа, выполняемая силой

Работа, выполняемая силой 100 Н перемещение тела 50 м можно рассчитать как

W = (100 Н) (50 м)

= 5000 (Нм, Дж)

Единица измерения - джоуль, J, который определяется как количество работы, выполненной, когда сила 1 ньютон действует на расстоянии 1 м в направлении силы.

1 Дж = 1 Нм

Пример - Работа под действием силы тяжести

Работа, выполненная при подъеме массы 100 кг на высоте 10 м может быть рассчитана как

W = F г ч

= mgh

= (100 кг) (9,81 м / с 2 ) (10 м)

= 9810 (Нм, Дж)

, где

F г = сила тяжести - или вес (Н)

г = ускорение свободного падения 9.81 (м / с 2 )

h = высота (м)

В британских единицах измерения единичная работа выполняется при весе 1 фунт f (фунт-сила) является поднимается вертикально против силы тяжести на расстояние 1 фут . Единица называется фунт-фут .

Поднят объект массой 10 снарядов 10 футов . Проделанная работа может быть рассчитана как

W = F г h

= m g h

= (10 пробок) (32.17405 фут / с 2 ) (10 футов)

= 3217 фунтов f футов

Пример - Работа, связанная с изменением скорости

Работа, выполненная при массе 100 кг ускоряется от от скорости 10 м / с до скорости 20 м / с можно рассчитать как

W = (v 2 2 - v 1 2 ) м / 2

= ((20 м / с) 2 - (10 м / с) 2 ) (100 кг) / 2

= 15000 (Нм, Дж)

где

v 2 = конечная скорость (м / с)

v 1 = начальная скорость (м / с)

Energy

Energy - это способность делать работа (перевод с греческого - «работа внутри»).Единицей измерения работы и энергии в системе СИ является джоуль, определяемый как 1 Нм .

Движущиеся объекты могут выполнять работу, потому что обладают кинетической энергией. («кинетический» означает «движение» по-гречески).

Количество кинетической энергии, которой обладает объект, можно рассчитать как

E k = 1/2 мВ 2 (4)

, где

m = масса объекта (кг)

v = скорость (м / с)

Энергия положения уровня (запасенная энергия) называется потенциальной энергией.Это энергия, связанная с силами притяжения и отталкивания между объектами (гравитация).

Полная энергия системы складывается из внутренней, потенциальной и кинетической энергии. Температура вещества напрямую связана с его внутренней энергией. Внутренняя энергия связана с движением, взаимодействием и связыванием молекул внутри вещества. Внешняя энергия вещества связана с его скоростью и местоположением и является суммой его потенциальной и кинетической энергии.

.

Простое введение в науку о тепловой энергии

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 1 октября 2019 г.

Коснитесь радиатора, и он станет горячим. Окуните палец в водопроводную воду, и она станет холодной. Это и ежу понятно! Но что, если белый медведь, привыкший к морозам в Арктике, коснется того же? Оба могут быть горячими для белого медведя, потому что он живет в гораздо более холодных условиях, чем мы. «Горячий» и «холодный» - это относительные термины, которые мы можем использовать для сравнения ощущений вещей, когда они имеют более или менее определенный вид энергии, который мы называем теплом.Что это такое, откуда оно взялось и как движется по нашему миру? Узнаем больше!

Фото: Вот это я называю теплом! Здесь вы можете увидеть температуру горячего выхлопа ракеты. во время запуска космического шаттла примерно 3300 ° C (6000 ° F). Фото любезно предоставлено НАСА в палате общин.

Что такое вообще тепло?

Тепло - это сокращенное слово «тепловая энергия». Когда что-то горячее, в нем много тепловая энергия; когда холодно, его меньше.Но даже вещи, которые кажутся холодными (например, белые медведи и айсберги), обладают гораздо большей тепловой энергией, чем вы думаете.

Произведение: Более горячие предметы имеют больше тепловой энергии, чем более холодные. Это потому, что атомы или молекулы движутся быстрее в горячих предметах (красный, справа), чем в холодных (синий, слева). Эта идея называется кинетическая теория.

Объекты могут накапливать тепло, потому что атомы и молекулы внутри них толкаются и натыкаются друг на друга, как люди в толпе.Эта идея называется кинетическая теория материи, потому что она описывает тепло как своего рода кинетическая энергия (энергия, которая есть у вещей, потому что они движутся), запасенная атомами и молекулами, из которых сделаны материалы. Он был разработан в 19 веке различными учеными, в том числе австрийским физиком. Людвиг Больцманн (1844–1906) и британский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879). Если вам интересно, вот более подробное введение в кинетическую теорию.

Кинетическая теория помогает нам понять, куда уходит энергия, когда мы что-то нагреваем.Если вы поставите кастрюлю с холодной водой на горячую плиту, молекулы в воде будут двигаться быстрее. Чем больше тепла вы подаете, тем быстрее движутся молекулы и тем дальше они расходятся. В конце концов, они так сильно натыкаются, что разрываются друг от друга. В этот момент жидкость, которую вы нагреваете, превращается в газ: ваша вода превращается в пар и начинает испаряться.

Что происходит, когда что-то совсем не нагревается?

Теперь предположим, что мы попробуем противоположный трюк.Возьмем кувшин с водой и поставим в холодильник, чтобы она остыла. Холодильник работает, систематически удаляя тепловую энергию из пищи. Поместите воду в холодильник, и она сразу же начнет терять тепловую энергию. Чем больше тепла он теряет, тем больше кинетической энергии теряют его молекулы, тем медленнее они движутся и тем ближе они становятся. Рано или поздно они подбираются достаточно близко, чтобы соединиться в кристаллы; жидкость превращается в твердую; и вы попадаете с кувшином льда!

Но что, если у вас есть супер-изумительный холодильник, который продолжает охлаждать воду, поэтому она становится холоднее... и холоднее ... и холоднее. Домашний морозильник, если он у вас есть, может снизить температуру до диапазона от -10 ° C до -20 ° C (от 14 ° F до -4 ° F). Но что, если вы продолжите охлаждение ниже этого значения, забирая еще больше тепловой энергии? В конце концов, вы достигнете температуры, при которой молекулы воды практически полностью перестанут двигаться, потому что у них не останется абсолютно никакой кинетической энергии. По причинам, которые мы не будем вдаваться в подробности, эта магическая температура составляет -273,15. ° C (-459,67 ° F), и мы называем это абсолютным нулем.

Фото: Лед может показаться холодным, но он намного горячее абсолютного нуля. Изображение Эриха Регера любезно предоставлено Службой охраны рыболовства и дикой природы США.

Теоретически абсолютный ноль - это самая низкая температура, которую когда-либо можно достичь. На практике практически невозможно что-либо так сильно охладить - ученые очень старались, но все еще не достигли такой низкой температуры. Когда вы приближаетесь к абсолютному нулю, происходят удивительные вещи. Некоторые материалы, например, могут потерять практически все свое сопротивление и стать удивительными проводниками электричества, называемыми сверхпроводниками.Есть отличный веб-сайт PBS, где вы можете узнать больше об абсолютном нуле и замечательных вещах, которые там происходят.

Какая разница между теплом и температурой?

Теперь, когда вы знаете об абсолютном нуле, легко понять, почему что-то вроде айсберга (которое может иметь холодную температуру около 3-4 ° C или около 40 ° F) относительно горячее. По сравнению с абсолютным нулем все в нашем повседневном мире горячо, потому что его молекулы движутся и у них есть хоть какая-то тепловая энергия.Все вокруг нас также имеет гораздо более высокую температуру, чем абсолютный ноль.

Как видите, существует тесная связь между количеством тепловой энергии, имеющейся в каком-либо предмете, и его температурой. Так что же, тепловая энергия и температура - это одно и то же? Нет! Давайте проясним:

  • Тепло - это энергия, хранящаяся внутри чего-либо.
  • Температура - это показатель того, насколько что-то горячее или холодное.

Температура объекта не говорит нам, сколько у него тепловой энергии.Легко понять, почему бы и нет, если вы подумаете об айсберге и кубике льда. Оба имеют более или менее одинаковую температуру, но поскольку айсберг имеет гораздо большую массу, чем кубик льда, он содержит на миллиарды больше молекул и гораздо больше тепловой энергии. Айсберг может содержать больше тепловой энергии, чем чашка кофе или раскаленный железный стержень. Это потому, что он больше и содержит намного больше молекул, каждая из которых обладает некоторой тепловой энергией. Кофе и железный стержень более горячие (имеют более высокую температуру), но айсберг удерживает больше тепла, потому что он больше.

Иллюстрация: айсберг намного холоднее чашки кофе, но он содержит больше тепловой энергии, потому что он намного больше.

Как мы можем измерить температуру?

Термометр измеряет температуру предмета, а не количество тепловой энергии в нем. Два объекта с одинаковой температурой одинаково горячие, но один может содержать намного больше тепловой энергии, чем другой. Мы можем сравнивать температуру разных объектов, используя две общие (и довольно произвольные) шкалы, называемые Цельсием (или Цельсием) и Фаренгейтом, в честь шведского астронома Андерса Цельсия (1701–1744) и немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736).

Существует также научная шкала температур, называемая Кельвином (или абсолютная шкала), названная в честь британского физика Уильяма Томпсона (позже лорда Кельвина, 1824–1907). Логично, что шкала Кельвина имеет гораздо больший смысл для ученых, потому что она идет вверх от абсолютного нуля (который также известен как 0K, без символа градуса между нулем и K). Вы увидите много температур по Кельвину в физике, но вы не найдете синоптиков, которые будут давать вам такую ​​температуру. Для справки, достаточно жаркий день (20–30 ° C) соответствует примерно 290–300K: вы просто добавляете 273 к своему значению Цельсия, чтобы преобразовать его в Кельвин.

Как распространяется тепло?

Одна вещь, которую вы, вероятно, заметили в отношении тепла, - это то, что оно обычно не остается там, где вы его кладете. Горячие вещи становятся холоднее, холодные - горячее, и, если учесть достаточно времени, большинство вещей в итоге получится такая же температура. Как придешь?

Есть основной закон физики, называемый вторым законом термодинамики, и он гласит: по сути, чашки кофе всегда остывают, а мороженое всегда таяние: тепло течет от горячих предметов к холодным, а не от других наоборот.Вы никогда не увидите, чтобы кофе кипел сам по себе или мороженое становится холоднее в солнечные дни! Второй закон термодинамики: также несет ответственность за болезненные счета за топливо, которые падают через ваш почтовый ящик несколько раз в год. Короче: чем горячее вы делаете дома и чем холоднее на улице, тем больше тепла вы собираетесь проиграть. Чтобы уменьшить эту проблему, вам нужно понять три различные пути распространения тепла: называемые проводимостью, конвекция и излучение. Иногда вы увидите, что они упоминаются как три формы теплопередачи.

Проводимость

Фото: Теплопроводность отводится печь в центре этой картины на все части металла, которые касаются его - они тоже раскалены докрасна. Фото Л.В. Визенбург взят в Арсенале Рок-Айленда. Оборона изображения.

Проводимость - это то, как тепло протекает между двумя твердыми объектами, находящимися на разных температуры и касание друг друга (или между двумя частями один и тот же твердый объект, если они имеют разную температуру).Прогулка по каменный пол босиком и кажется холодным, потому что течет тепло быстро из вашего тела в пол за счет проводимости. Перемешайте кастрюлю супа металлической ложкой, и скоро вам придется найти вместо деревянного: тепло быстро распространяется по ложке от горячего супа к пальцам.

Конвекция

Изображение: Как конвекция нагнетает тепло в кастрюлю. Схема подогрева, восходящего супа (красные стрелки) и падающий, охлаждающий суп (синие стрелки) работает как конвейер, который переносит тепло от плиты в суп (оранжевые стрелки).

Конвекция - это основной способ прохождения тепла через жидкости и газы. Ставим кастрюлю с холодной жидкостью суп на плите и включите огонь. Суп на дне сковорода, ближайшая к огню, быстро прогревается и становится менее плотной (легче), чем описанный выше холодный суп. Более теплый суп поднимается вверх и более холодный суп сверху падает, чтобы занять его место. Очень скоро у вас есть циркуляция тепла через сковороду, что немного похоже на невидимый конвейер тепла с подогревом, поднимающимся супом и охлаждением, падающий суп.Постепенно вся сковорода нагревается. Конвекция тоже один из способов обогрева нашего дома, когда мы включаем отопление. Воздух нагревается над обогревателями и поднимается в воздух, выталкивая холодный воздух вниз с потолка. Вскоре происходит обращение что постепенно прогревает всю комнату.

Радиация

Изображение: Инфракрасные тепловые изображения (иногда называемые термографами или термограммами) показывают, что все объекты выделяют некоторую тепловую энергию за счет излучения.На этих двух фотографиях вы можете увидеть ракету на стартовой площадке, сфотографированную обычной камерой (вверху) и инфракрасной тепловизионной камерой (внизу). Самые холодные части - фиолетовые, синие и черные; самые горячие области - красный, желтый и белый. Фото Р. Хёрта, НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт, любезно предоставлено НАСА.

Радиация - это третий основной путь распространения тепла. Проводимость переносит тепло через твердые вещества; конвекция переносит тепло через жидкости и газы; но излучение может переносить тепло через пустое пространство - даже через вакуум.Мы знаем это просто потому, что живы: почти все, что мы делаем на Земле питается солнечным излучением, направленным на нашу планету от Солнце сквозь вой пустой тьмы космоса. Но есть на Земле тоже много теплового излучения. Сядьте возле потрескивающего камина и вы почувствуете тепло, исходящее наружу и обжигающее щеки. Ты не соприкасаешься с огнем, поэтому тепло не доходит до тебя по теплопроводности и, если вы на улице, конвекция, вероятно, не несут много к вам тоже.Вместо этого все тепло, которое вы чувствуете распространяется излучением - по прямым линиям, со скоростью свет - переносится типом электромагнетизма, называемым инфракрасное излучение.

Почему одни вещи нагреваются дольше, чем другие?

Различные материалы могут хранить больше или меньше тепла в зависимости от их внутренней атомной или молекулярной структуры. Вода, например, может накапливать огромное количество тепла - это одна из причин, по которой мы используем ее в системах центрального отопления, - хотя для ее нагрева также требуется относительно много времени.Металлы очень хорошо пропускают тепло и быстро нагреваются, но они не очень хорошо сохраняют тепло. Говорят, что вещи, которые хорошо хранят тепло (например, вода), обладают высокой удельной теплоемкостью.

Идея удельной теплоемкости помогает нам по-другому понять разницу между теплотой и температурой. Предположим, вы ставите пустую медную кастрюлю на горячую плиту определенной температуры. Медь очень хорошо проводит тепло и имеет относительно низкую удельную теплоемкость, поэтому она очень быстро нагревается и остывает (вот почему кастрюли имеют медное дно).Но если вы заполните ту же самую кастрюлю водой, она нагреется до той же температуры намного дольше. Зачем? Потому что для повышения температуры воды на такую ​​же величину необходимо подавать гораздо больше тепловой энергии. Удельная теплоемкость воды примерно в 11 раз выше, чем у меди, поэтому при одинаковой массе воды и меди требуется в 11 раз больше энергии, чтобы поднять температуру воды на такое же количество градусов.

Диаграмма: Обычные материалы имеют очень разные удельные теплоемкости.Металлы (синий цвет) имеют низкую удельную теплоемкость: они хорошо проводят тепло и плохо хранят его, поэтому на ощупь кажутся холодными. Керамические / минеральные материалы (оранжевый) имеют конденсаторы с более высокой удельной теплоемкостью: они не проводят тепло так же хорошо, как металлы, лучше сохраняют его и ощущаются немного теплее при прикосновении. Органические изоляционные материалы (зеленые), такие как дерево и кожа, очень плохо проводят тепло и хорошо хранят его, поэтому на ощупь они теплые. Вода (желтая) с очень высокой удельной теплоемкостью относится к собственному классу.

Удельная теплоемкость может помочь вам понять, что происходит, когда вы по-разному отапливаете свой дом зимой. Воздух относительно быстро нагревается по двум причинам: во-первых, потому, что удельная теплоемкость воздуха составляет около четверти воды; во-вторых, поскольку воздух представляет собой газ, он имеет относительно небольшую массу. Если в вашей комнате холодно, и вы включите вентилятор (конвекцию), вы обнаружите, что все нагревается очень быстро. Это потому, что вы просто нагреваете воздух.Выключите тепловентилятор, и комната тоже довольно быстро остынет, потому что воздух сам по себе не имеет большой способности накапливать тепло.

Так как же сделать комнату по-настоящему теплой? Не забывайте, что в нем не только воздух, который нужно нагреть: есть прочная мебель, ковры, шторы и многое другое. Нагревание этих вещей занимает гораздо больше времени, потому что они твердые и намного массивнее воздуха. Чем больше у вас холодных твердых предметов в комнате, тем больше тепловой энергии вы должны подать, чтобы нагреть их до определенной температуры.Вам нужно будет нагреть их с помощью теплопроводности и излучения, а также конвекции - а это требует времени. Но поскольку твердые предметы хорошо сохраняют тепло, им также нужно время, чтобы остыть. Таким образом, если у вас есть приличная изоляция, чтобы предотвратить утечку тепла от стен, окон и т. Д., Как только ваша комната достигнет определенной температуры, она должна оставаться теплой в течение некоторого времени без необходимости дополнительного нагрева.

Скрытое тепло

Всегда ли чем больше тепла, тем выше температура? Судя по тому, что мы говорили до сих пор, вас можно простить за то, что вы подумали, что дает больше тепла всегда поднимает температуру.В целом это правда, но не всегда.

Предположим, у вас есть кусок льда, плавающий в кастрюле с водой, и вы ставите его на горячую плиту. Если вы вставите термометра в смеси льда с водой, вы обнаружите, что он составляет около 0 ° C (32 ° F) - нормальная точка замерзания воды. Но если вы продолжите нагреваться, вы обнаружите температуру остается неизменным, пока почти весь лед не растает, даже если вы добавляете больше все время греть. Как будто смесь льда с водой принимает тепло вы отдаете и где-то прячете.Как ни странно, именно это и происходит!

Произведение: Обычно вещи становятся более горячими (их температура повышается), когда вы поставляете больше тепловой энергии. Этого не происходит в тех случаях, когда вещи плавятся (переходят из твердого состояния в жидкое) и испаряются (превращаются от жидкости к газу). Вместо этого поставляемая вами энергия используется для изменения состояния вещества. Энергия не исчезает: она сохраняется в виде скрытого тепла.

Когда вещество превращается из твердого в жидкость или из жидкости в газ, для изменения своего состояния требуется энергия.Например, чтобы превратить твердый лед в жидкую воду, вы должны толкать молекулы воды. внутри еще дальше друг от друга и разбить каркас (или кристаллическую структуру), который держит их вместе. Таким образом, пока лед тает (другими словами, во время изменения состояния с твердой воды на жидкий лед), вся тепловая энергия, которую вы поставляете, используется для разделения молекул, и ничего не остается. для повышения температуры.

Тепло, необходимое для превращения твердого тела в жидкость, называется скрытая теплота плавления.Скрытый означает скрытый и «скрытый» теплота плавления "относится к скрытому теплу, участвующему в изменении состояния вещества. от твердого до жидкого или наоборот. Точно так же нужно подавать тепло, чтобы изменить жидкость в газ, и это называется скрытой теплотой парообразования.

Скрытое тепло - это своего рода энергия, и, хотя она может показаться «скрытой», она не исчезает в воздухе. Когда жидкая вода замерзает и снова превращается в лед, скрытая теплота плавления снова выделяется. В этом можно убедиться, если систематически охлаждать воду.Начнем с того, что температура воды регулярно падает, поскольку вы отводите тепловую энергию. Но когда жидкая вода превращается в твердый лед, вы обнаружите, что вода замерзает, не становясь холоднее. Это потому, что скрытая теплота плавления теряется из жидкости, когда она затвердевает, и это останавливает быстрое падение температуры.

.

14 Энергоснабжение и использование | Развитие науки об изменении климата

биодизель, системы этанола на основе сахарного тростника, широко используемые в Бразилии, и система этанола на основе кукурузы, которая поощряется за счет субсидий в Соединенных Штатах. В то время как система производства сахарного тростника имеет выход энергии, который более чем в пять раз превышает потребляемую энергию, этанол из кукурузы имеет выход энергии, который в среднем немного превышает его вход, и, таким образом, существенно не снижает выбросы парниковых газов (Arunachalam and Fleischer, 2008). ; Фаррел и др., 2006). Текущие исследования целлюлозного сырья, топлива на основе водорослей и других источников биотоплива нового поколения могут привести к более благоприятным биоэнергетическим эффектам и экономическим показателям. Другие области исследований включают повышение продуктивности нынешних биоэнергетических культур с помощью генной инженерии (Carroll and Sommerville, 2009), уменьшение воздействия на окружающую среду биоэнергетических культур за счет выращивания местных видов на маргинальных землях (McLaughlin et al., 2002; Schmer et al., 2008), а также разработка биотоплива, которое можно использовать в существующей топливной инфраструктуре на основе нефти (NRC, 2009b).

Множество различных дисциплин вносят свой вклад в разработку новых биоэнергетических стратегий, включая исследования биохимии, биоэнергетики, геномики и биомиметики. Например, исследования в области биологии растений, метаболизма и ферментативных свойств будут поддерживать разработку новых форм биотопливных культур, которые потенциально могут иметь высокие урожаи, засухоустойчивость, повышенную эффективность использования питательных веществ и химический состав тканей, который увеличивает производство топлива и потенциал связывания углерода. Существенные исследования также направлены на разработку стратегий обработки целлюлозы, транспортировки сахара и использования микробов для разложения различных типов сложной биомассы, а также на передовые биоперерабатывающие заводы, которые могут производить биотопливо, биоэнергетику и коммерческие химические продукты.Недавно были обобщены многие разработки в области биотоплива (см. DOE, 2009c; NRC, 2008a, 2009b).

Широкомасштабное развитие биоэнергетических культур может иметь значительные непредвиденные негативные последствия, если не будет управляться с осторожностью. Преобразование солнечной энергии в химическую энергию экосистемами обычно менее 0,5%, что дает менее 1 Вт / м 2 , поэтому для того, чтобы биомасса стала основным источником энергии, потребуются относительно большие земельные площади (Larson, 2007; Миямото, 1997; NRC, 1980a).Если земля, необходимая для выращивания биоэнергетических культур, будет получена в результате вырубки лесов или преобразования природных земель, может произойти чистое увеличение выбросов парниковых газов, а также потеря биоразнообразия и экосистемных услуг. При выращивании на малоплодородных землях увеличение выбросов N 2 O, сильного парникового газа, может стать побочным эффектом использования азотных удобрений (Wise et al., 2009b). Если биоэнергетические культуры выращивать на существующих сельскохозяйственных площадях, цены на продукты питания и продовольственная безопасность могут быть поставлены под угрозу (Crutzen et al., 2008; Searchinger et al., 2008). Производство биоэнергетических культур также может негативно повлиять на качество воды и ее доступность для других целей (NRC, 2008i), и необходимы методы для более полной оценки их потенциального воздействия на экосистемные услуги (Daily and Matson, 2008). Недавний отчет Liquid Transportation

.

Смотрите также