Особенности процессов передачи энергии в форме
Теплоты и работы
Как следует из сказанного выше и работа, и теплота являются количеством энергии, которое один материальный объект передаёт другому в некотором термодинамическом процессе.
Если термодинамического процесса не происходит, то по определению, термодинамическая система находится в состоянии равновесия и ни о теплоте, ни о работе говорить не приходится.
Если некоторый термодинамический процесс происходит, то в общем случае, энергия в ходе процесса может передаваться от одного материального объекта другому по двум различным механизмам: в форме теплоты и в форме механической работы.
Примечание:
Теплота и работа являются неравноценными формами передачи энергии.
Они неравноценны прежде всего потому, что работа может быть непосредственно направлена на пополнение запаса любого вида энергии. Например: потенциальной энергии в поле силы тяготения; электрической и магнитной энергии; внутренней энергии и др.
Теплота же непосредственно, то есть без промежуточного преобразования в работу, может быть направлена на пополнение запаса только внутренней энергии тел.
Отличительные признаки теплоты и работы можно проиллюстрировать на следующем примере. Рассмотрим установку на рис. 7.1, в которой газ находится в канале 1 между двумя подвижными поршнями 2.
Рис. 7.1. Экспериментальная установка
Также установка содержит две пружины 3 и электронагреватель 4.
|
|
|
Пружины 3 прикреплены к поршням 2 и стенкам канала 1 таким образом, что давление, которое газ оказывает на поршни 2, уравновешивается силами, действующими на них со стороны пружин 3.
Эксперимент состоит в подводе к газу некоторого количества энергии в форме теплоты с помощью электронагревателя 4.
В результате подвода теплоты газ расширяется. Его температура возрастает. Пружины 3 сжимаются. Их потенциальная энергия возрастает.
В этом процессе обмениваются энергией следующие материальные объекты: электронагреватель 4 и молекулы газа; молекулы газа и поршни 2, во врем их перемещения из начального положения в конечное; поршни 2, во время их перемещения, и пружины 3.
Для наглядности будем считать поршни невесомыми. Так что их энергия в ходе процесса не изменяется.
В этом случае поршни 2 являются передаточным звеном при передаче энергии от молекул газа пружинам 3. Эта передача энергии связана с расширением газа и совершением механической работы по сжатию пружин. То есть энергия от термодинамической системы при её расширенииотводится от неё в форме механической работы, которая затрачивается на сжатие пружин 3 – на увеличение их потенциальной энергии.
|
|
|
Электронагреватель 4, который также можно рассматривать как термодинамическую систему, передавая энергию молекул газа, своих границ не расширяет и, соответственно, никакой механической работы не производит (если перемещение равно нулю, то и механическая работа, по определению, будет равна нулю). Такой механизм передачи энергии, называют теплообменом. Энергия в подобных случаях передаётся в форме теплоты или по механизму теплообмена. (Всего существует, как известно, три механизма теплообмена: теплопроводность, конвекция и излучение).
Приведённый пример позволяет сделать следующие выводы.
Отличительным признаком передачи энергии в форме механической работы является то, что такой обмен энергии происходит при обязательном смещении границсистемы, например, при её расширении или сжатии.
Отличительный признак передачи энергии в форме теплоты состоит в том, что такой обмен энергией системы с окружающей средой может происходить без смещения границ системы, то есть без изменения её объёма.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 677; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!