Теоретическое введение
Любая термодинамическая система обладает запасом
внутренней энергии U, зависящей только от его состояния.
Внутренняя энергия системы включает энергию всевозможных
видов движения частиц (молекул, атомов, электронов в атомах,
нуклонов в ядре) и энергию взаимодействия их друг с другом.
В термодинамических процессах, при которых не
происходит изменение состава атомов и молекул, внутренняя
энергия системы может быть выражена через его температуру и
объем, то есть, U = f (T, V).
1. Если различные тела или различные части одного тела
имеют разную температуру, то между ними
происходит обмен внутренней энергией. Этот процесс
называется теплообменом, а количество внутренней
энергии, переданное при теплообмене, называется
теплотой.
2. Теплообмен происходит самопроизвольно и
характеризуется тем, что тепло всегда передается от
тел более нагретых к телам менее нагретым.
Различают три вида теплообмена – тепловое излучение,
конвекцию и теплопроводность.
При тепловом излучении энергия передается от одних тел
к другим в виде электромагнитных волн. Тепловое излучение в
основном приходится на инфракрасный участок спектра, то есть
на длины волн от 0,74 мкм до 103 мкм. Отличительной
особенностью лучистого теплообмена является то, что он может
осуществляться между телами, находящимися не только в какой –
либо среде, но и в вакууме.
3
При конвекционном теплообмене более нагретые части
среды, имеющие меньшую плотность, поднимаются кверху, а
более холодные – опускаются вниз. Вместе с переносом вещества
происходит перенос энергии, что в сильной степени ускоряет
процесс теплообмена. Понятно, что конвекция возможна только в
жидкостях и в газах и существенна в том случае, если подогрев
происходит снизу (исключение составляет вода при температуре
ниже 40С).
Теплопроводность – это процесс переноса энергии от более
нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или
телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами
тела. В газах, жидких и твердых диэлектриках такими частицами
являются атомы и молекулы. Хотя атомарно – молекулярный
характер переноса энергии является отличительной чертой
теплопроводности во всех телах, механизм теплопроводности в
различных агрегатных состояниях различен, что связано с
различным характером теплового движения атомов и молекул.
Механизм теплопроводности в газах состоит в следующем.
Молекулы в разных слоях обладают различной средней
кинетической энергией, зависящей от температуры слоя. Двигаясь
поступательно, молекулы могут непрерывно перелетать из слоя в
слой, перенося с собой энергию, присущую покидаемому слою.
Так, если какая – то молекула переходит из слоя 1 в слой