Модуль 3

Алгоритм розв'язування задач на тепловий баланс

Після запису короткої умови задачі на теплопередачу доцільно дотримуватись такої послідовності дій:

1) з'ясувати, якої температури досягають тіла в резуль­таті теплообміну, позначити її буквою t;

2) установити, які тіла (тіло) віддають теплоту, і запи­сати для кожного тіла формулу кількості теплоти;

3) з'ясувати, які тіла (тіло) отримують теплоту, і запи­сати для кожного тіла формулу кількості теплоти;

4) скласти рівняння теплового балансу, в лівій частині записавши суму кількостей теплоти, які віддають більш нагріті тіла, а у правій частині - суму кіль­костей теплоти, які отримують менш нагріті тіла;

5) розв'язати це рівняння відносно невідомої величини і записати кінцеву формулу;

6) обчислити невідому величину і проаналізувати резуль­тат.

Часто трапляються задачі на явище теплообміну між двома або кількома тілами. Найпростіше задача розв'язується в тому випадку, коли система тіл є теплоізольованою, а роботою в процесі теплообміну можна знехтувати.

Кількість теплоти

Q — кількість теплоти, [Дж];

t₂ — кінцева температура тіла, [°С];

t₁ — початкова температура тіла

m — маса тіла, [кг];

с — питома теплоємність речовини, тобто кількість теплоти, що віддає або одержує 1кг речовини при зміні температури на 1 °С (або 1 K), [Дж/(кг · К)];

Рівняння теплового балансу

Q₁, Q₂,…, Q_n —кількість теплоти, отриманої або відданої кожним тілом.

Кількість теплоти, що виділяється при спалюванні палива

Q = qm

Q — кількість теплоти, що виділяється при спалюванні палива, [Дж];

q — питома теплота згоряння палива, [Дж/кг];

m — маса палива, [кг].

Приклад розв’язування задач:

Задачі на рівняння теплового балансу

Задача1. Яка загальна температура встановиться, якщо в латунний калориметр масою 150 г з 200 г води при температурі 12 °С опустити залізну гирю масою 250 г, нагріту до 100 °С?

Задача 2. В калориметр теплоємністю 63 Дж/К налито 250 г олії при

12 °С. Після того як в олію опустили мідне тіло масою 500 г при 100 °С встановилась загальна температура 33 °С. Яка питома тепло ємність олії за даними досліду?

За законом збереження енергії в процесах теплообміну маємо:

або

Звідси знаходимо питому теплоємність олії:

Задачі на принцип Карно

1. Теплова машина, яка працює за циклом Карно, отримує від нагрівника за кожен цикл 2000 Дж. теплоти. Температура нагрівника 500К, холодильника – 300К. Яку механічну роботу виконує дана машина за один цикл та яку кількість теплоти при цьому буде віддано холодильнику? Визначте ККД даної машини.

Розв’язування:

Механічна робота, яку виконує дана машина, дорівнює:

А = Q_н – Q_х = 2000 – 1200 = 800 Дж.

h =

Відповідь: - 1200 Дж, 800 Дж, h = 0,4.

2. Температура нагрівника ідеальної теплової машини 500К, температура холодильника 400К. Визначити ККД і корисну потужність машини, якщо нагрівник передає їй 1700 Дж теплоти за секунду.

Розв’язування:

Відповідь: 0,2; 340 Вт.

3. Потужність двигуна на моторолері 882 Вт. На відстані 100км він витрачає 1,5кг бензину. ККД двигуна 15%. Визначити швидкість, з якою він проходить відстань 100км.

Розв’язування:

A=Pt, t= , тоді , Q = qm, отже = 8,5м/с.

Відповідь: 8,5м/с.

Задачі для самостійного рішення:

Задачі за збірником А.П. Римкевич: 638, 647652, 674-675

Date: 2015-12-11; view: 828; Нарушение авторских прав