Практическая работа 10
ПРАКТИЧЕСКАЯ
РАБОТА 10
РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ
ПРОЦЕССОВ
Цель: сформировать
навыки решению задач на тепловые процессы
План
1 Количество
теплоты, общие сведения
2 Нагревание и
охлаждение
3 Плавление и
кристаллизация
4 Парообразование
и конденсация
5
Сгорание
6 Решение
задач
1 Количество
теплоты, общие сведения
Количество
теплоты — энергия,
которую получает или теряет тело при теплопередаче.[Q] = 1
Дж.
Количество теплоты, передаваемое от одного тела к другому, может идти на нагревание тела, плавление, парообразование, либо выделяться при противоположных процессах – остывании тела, кристаллизации, конденсации. Теплота выделяется при сгорании топлива.
- нагревание - парообразование - плавление
-
охлаждение -
конденсация
- кристаллизация
2 Нагревание и
охлаждение
Количество
теплоты, необходимое для нагревания
тела или выделяющееся при его охлаждении, зависит от рода вещества,
от его массы и изменения его температуры.
Нагревание-
процесс повышения
температуры тел путем подвода к ним теплоты Q = cmΔT,
Охлаждение-процесс понижения
температуры тел путем отвода от них теплоты Q = -
cmΔT
При нагревании увеличивается температура
и соответственно внутренняя энергия тела
где с - удельная
теплоемкость [Дж/кг·К], m - масса тела [кг], ΔT - изменение температуры
[К]
Удельная
теплоемкость-(Дж/кг·ºС) - физическая
величина показывающая, какое количество теплоты требуется для изменения
температуры вещества массой 1кг на 1°С.
Вода-4200,
Лед-2100, Спирт – 2500, Дерево 2400, Железо - 460
3 Плавление и
кристаллизация
Количество
теплоты, необходимое для плавления тела или выделяющееся при его кристаллизации,
прямо пропорционально массе этого тела:
Плавление –
переход вещества
из твердого состояния в жидкое Q =
λm, ( с поглощением теплоты)
Кристаллизация
–переход вещества
из жидкого состояния в твердое Q =
- λm, (с выделением теплоты)
где λ (лямбда) - удельная теплота плавления
[Дж/кг], m - масса тела [кг]
4 Парообразование
и конденсация
Количество
теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар или выделяющееся при его
конденсации, прямо пропорционально массе жидкости:
Парообразование(Кипение
и Испарение)- переход вещества
из жидкого состояния в газообразное Q =
Lm,
( с поглощением теплоты)
(t жидкости
понижается)внутренняя энергия жидкости уменьшается, а внутренняя энергия пара
увеличивается.
- Испарение
–парообразование на
поверхности жидкости(при любой температуре и давлении)
(скорость испарения зависит от рода вещества, площади испарения и
температуры жидкости
- Кипение-
парообразование по
всему объему жидкости( при определенной
t, и
давлении)
Конденсация
–переход вещества
из газообразного состояния в жидкое Q =
- Lm, ( с выделением теплоты) ( температура вещества
неизменяется)
где L - удельная
теплота парообразования [Дж/кг], m - масса тела [кг]
5
Сгорание
При горении
происходит соединение элементов с кислородом и образование новых веществ, новых
молекул, например при сгорании метана образуются углекислый газ и
вода:
СН4
+2О2=СО2+2Н2О
Количество
теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, прямо пропорционально его
массе:
Q = qm,
( с выделением
теплоты)
где q - удельная
теплота сгорания [Дж/кг], m - масса тела [кг]
6
Решение задач на тепловые процессы
1.
Какое количество теплоты выделяется при охлаждении 300 г алюминия на 70
˚С?
9200 Дж
2.
Сколько энергии выделяется в двигателе внутреннего сгорания при сгорании
3.
Сколько энергии выделяется в двигателе внутреннего сгорания при сгорании 1 л
бензина? 335.8
МДж
4.
Тело массой
5.
Насколько нагреется кирпичная печь массой 500кг при сжигании 3 кг дров? Потери энергии
на окружающую среду не учитывать
27, 2
˚С
6. Какое
количество теплоты необходимо для нагревания
7. Сколько теплоты
выделяется при сгорании
8. Сколько воды
(кг) можно нагреть от 20˚С до кипения, сообщив ей 84 кДж теплоты? 0,25 кг
9. Стальную
болванку массой 350 г, раскаленную до 850 ˚С, опускают для закалки в сосуд,
содержащий
10. Сколько спирта
надо сжечь, чтобы
11. Нагретый
камень массой 5 кг., охлаждаясь в воде на 1 0 С, передает ей 2,1 кДж
энергии. Чему равна удельная теплоёмкость камня? Ответ: 420
Дж/кг0С.
12. Сколько
теплоты выделится при полном сгорании сухих сосновых дров объёмом
5м3?
Ответ: 25,5
.109Дж.
13. Кусок свинца
массой 0,5кг., взятый при его температуре плавления, выделяет при кристаллизации
12,5 кДж энергии. Какова удельная теплота плавления металла?
Ответ: 2,5
. 104 Дж/кг
14. На сколько
градусов изменится температура воды, масса которой 22 кг, если ей
передать всю энергию, выделившуюся
при сгорании керосина массой 10 г?
О т в е т: увеличится на 5 ос.
15. Для нагревания
3л воды от 18 до 100 градусов в воду опускают стоградусный пар. Определить массу
пара. ρ = 1000
кг/м³
L
= 2,3·10 Дж/кг
0,45кг
16. Определить,
как и на сколько изменится
внутренняя энергия льда, когда
наступит весна, и лед начнет таять
в городе, если масса льда равна
17. Какая энергия
потребуется на таяние снега и нагревание полученной из этого снега воды до
температуры 30 градусов, если имеются 2 горсти снега по 100 г, а снег имел
температуру перед таянием примерно 0ºС?
Удельная теплота плавления снега 340кДж/кг 93,2КДж
Контрольные
вопросы
1.
Какие
технологические процессы относят к тепловым?
2.
Какими
способами может передаваться теплота от одного теплоносителя к
другому?
3.
В
чем смысл законов теплоотдачи Ньютона и теплопроводности Фурье?
4.
Из
каких величин складывается общее термическое сопротивление
теплопередачи?
5.
Как
определяется движущая сила теплообменных процессов?
6.
Какие
методы нагревания применяются в пищевых производствах? Дайте им краткую
характеристику.