熱は、ある点から別の点に伝達できる熱エネルギーの尺度です。熱は、エネルギー源から媒体へ、あるいはある媒体や物体から別の媒体や物体への運動エネルギーの伝達です。
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熱は、仕事とエネルギーに関連する相変化の重要な要素の 1 つです。熱は、系内の粒子が持つ運動エネルギーの尺度でもあります。系内の粒子の運動エネルギーは、系の温度の上昇とともに増加します。したがって、熱量は時間とともに変化します。
熱伝達
より高い温度の系がより低い温度の系と接触すると、最初の系の粒子から 2 番目の系の粒子にエネルギーが移動します。したがって、熱伝達は、より高い温度の物体 (またはシステム) からより低い温度の別の物体 (またはシステム) への熱の伝達プロセスとして定義できます。
熱伝達の公式
熱伝達公式は、あるシステムから別のシステムに伝達される熱の量を決定します。
Q = c × m × ΔT
どこ、
Q はシステムに供給される熱です
m は系の質量です
c はシステムの比熱容量です。
ΔT はシステムの温度変化です。
比熱容量 (c) は、温度が 1 K (または 1 °C) 上昇したときに材料の単位質量 (kg) あたりに吸収される熱量 (ジュール) として定義されます。単位は J/kg/K または J/kg/°C です。
式の導出
させて メートル システムの質量となり、 c システムの比熱容量になります。させて ΔT システムの温度変化になります。
次に、供給される熱量 ( Q ) は質量の積です メートル 、比熱容量 c そして気温の変化 ΔT そして、によって与えられます、
Q = c × m × ΔT
熱伝達の種類
熱伝達には次の 3 つのタイプがあります。
- 伝導
- 対流
- 放射線
伝導
固体物質を介した熱の伝達を伝導といいます。伝導過程によって伝達される熱の式は次のように表されます。
Q = kA(T 熱い -T 寒い） t/d
どこ、
Q は伝導によって伝達される熱です
k は材料の熱伝導率です
A は表面の面積です
T熱い熱い表面の温度です
T寒い冷たい表面の温度です
時間です
dは材料の厚さです
対流
液体や気体を介した熱の伝達は対流と呼ばれます。対流プロセスによって伝達される熱の式は次のように表されます。
Q = H c で 熱い -T 寒い )
どこ、
Q は対流によって伝達される熱です
Hcは熱伝達係数です
A は表面の面積です
T熱い高温システムの温度です
T寒い低温システムの温度です
放射線
電磁波による熱の伝達を輻射といいます。放射過程によって伝達される熱の式は次のように表されます。
Q = σ (T 熱い – T 寒い） 4 あ
Javaでの接続どこ、
Q は放射によって伝達される熱です
σ はステファン ボルツマン定数です
T 熱い 高温システムの温度です
T 寒い 低温システムの温度です
A は表面の面積です
ステファン ボルツマン定数 (σ) は次のように計算されます。
σ = 2.p 5 K B 4 / 15時間 3 c 2 = 5.670367(13) × 10 -8 J.メートル -2 。 S -1 。 K -4
どこ、
σ はステファン ボルツマン定数です
パイ(π) 〜=
k B はボルツマン定数です
h はプランク定数です
cは真空中の光の速度です
Javaのコレクション
サンプル問題
問題 1: 質量 10 kg、初期温度 200 K のシステムを 450 K まで加熱します。システムの比熱容量は 0.91 KJ/kg K です。このプロセスでシステムが取得する熱を計算します。
解決：
質問によると、
質量、m = 10 kg
比熱容量、c = 0.91 KJ/kg K
初期温度、T 私 = 200K
最終温度、T f = 450K
温度変化、ΔT = 450K – 200K = 250K
熱伝達の公式を使用すると、
Q = c × m × ΔT
Q = 0.91 x 10 x 250
Q = 2275KJ
したがって、システムによって得られる総熱量は 2275 KJ になります。
問題 2: 鉄の比熱は 0.45 J/g°C です。温度変化が 40°C の場合、1200 ジュールの熱伝達にはどのくらいの鉄の質量が必要ですか?
解決：
質問によると、
鉄の比熱、c = 0.45 J/g°C
温度変化、ΔT = 40°C
伝達される熱量、Q = 1200 J
熱伝達の公式を使用すると、
Q = c × m × ΔT
m = Q /(c x ΔT)
m = 1200 /(0.45 x 40)
m = 66.667g
したがって、1200 ジュールの熱伝達に必要な鉄の質量は 66.667 グラムです。
問題 3: 長さ 3 メートル、幅 1.5 メートル、厚さ 0.005 メートルのガラス壁で隔てられた、異なる温度の 2 つの水柱を考えます。 1 つの水柱は 380K、もう 1 つは 120K にあります。ガラスの熱伝導率が1.4 W/mKの場合に伝わる熱量を計算します。
解決：
質問によると、
ガラスの熱伝導率、k = 1.4 W/mK。
最初の水柱の温度、T ホット= 380K
2 番目の水柱の温度、T 冷間 = 120K
2 つの柱を隔てるガラス壁の面積、A = 長さ x 幅 = 3m x 1.5m = 4.5m 2
ガラスの厚さ、d = 0.005m
伝導の熱伝達公式を使用すると、
Q = kA(T 熱い -T 寒い )t/d
Q = 1.4 x 4.5 (380-120) / 0.005
ブロックされた番号Q = 327600 W
したがって、伝達される熱量は 327600 ワットになります。
問題 4: 媒体の熱伝達率が 8 W/(m の場合、対流による熱伝達を計算します) 2 K) そして、 面積は25メートルです 2 温度差は20Kです。
解決：
Javaでソートされた配列
質問によると、
熱伝達係数、H c = 8 W/(m 2 K)
面積、A = 25m 2
温度変化、(T 熱い – T 寒い） = 20K
対流の熱伝達公式を使用すると、
Q = H c で 熱い -T 寒い )
Q = 8 x 25 x 20
Q = 4000W
したがって、対流によって伝達される熱量は 4000 ワットになります。
問題 5: 温度 300K と 430K、媒質の面積が 48 m の 2 つの黒体間で輻射を介して伝達される熱を計算します。 2 。 (ステファン ボルツマン定数を仮定すると、σ = 5.67 x 10 -8 W/(m 2 K 4 ））。
解決：
質問によると、
熱い体の温度、T熱い= 430K
冷えた体の温度、T寒い= 300K
温度変化、(T熱い– T寒い) = 430K – 300K = 130K
面積、A = 48 m2
ステファン ボルツマン定数、σ = 5.67 x 10-8W/(m2K4)
輻射の熱伝達公式を利用すると、
Q = σ (T熱い-T冷)4あ
Q = 5.67 x 10-8×1304×48
Q = 777.3 W
したがって、輻射によって伝達される熱量は 777.3 ワットとなります。