Il calore è una misura dell'energia termica che può essere trasferita da un punto a un altro. Il calore è il trasferimento di energia cinetica da una fonte di energia a un mezzo o da un mezzo o oggetto a un altro mezzo o oggetto.
Il calore è uno dei componenti importanti dei cambiamenti di fase associati al lavoro e all'energia. Il calore è anche la misura dell'energia cinetica posseduta dalle particelle in un sistema. L'energia cinetica delle particelle nel sistema aumenta con l'aumento della temperatura del sistema. Quindi la misura del calore cambia nel tempo.
Trasferimento di calore
Quando un sistema a temperatura più alta viene messo in contatto con un sistema a temperatura più bassa, l’energia viene trasferita dalle particelle del primo sistema alle particelle del secondo. Pertanto, il trasferimento di calore può essere definito come il processo di trasferimento di calore da un oggetto (o un sistema) a temperatura più elevata a un altro oggetto (o sistema) a temperatura inferiore.
Formula di trasferimento di calore
La formula del trasferimento di calore determina la quantità di calore trasferita da un sistema all'altro.
Q = c × m × ΔT
Dove,
Q è il calore fornito al sistema
m è la massa del sistema
se altrimenti in Javac è la capacità termica specifica del sistema
ΔT è la variazione di temperatura del sistema
La capacità termica specifica (c) è definita come la quantità di calore (in Joule) assorbita per unità di massa (kg) del materiale quando la sua temperatura aumenta di 1 K (o 1 °C). Le sue unità sono J/kg/K o J/kg/°C.
Derivazione della formula
Permettere M essere la massa del sistema e C essere la capacità termica specifica del sistema. Permettere ΔT essere la variazione di temperatura del sistema.
Quindi la quantità di calore fornita ( Q ) è il prodotto della massa M , capacità termica specifica C e cambiamento di temperatura ΔT ed è data da,
Q = c × m × ΔT
Tipi di trasferimento di calore
Esistono tre tipi di trasferimento di calore:
- Conduzione
- Convezione
- Radiazione
Conduzione
Il trasferimento di calore attraverso i materiali solidi è chiamato conduzione. La formula per il calore trasferito dal processo di conduzione è espressa come:
Q = kA(T Caldo -T Freddo) t/d
Dove,
Q è il calore trasferito per conduzione
k è la conduttività termica del materiale
A è l'area della superficie
TCaldoè la temperatura della superficie calda
TFreddoè la temperatura della superficie fredda
È il momento
d è lo spessore del materiale
Convezione
Il trasferimento di calore attraverso liquidi e gas è chiamato convezione. La formula per il calore trasferito dal processo di convezione è espressa come:
Q = H C A Caldo -T Freddo )
Dove,
Q è il calore trasferito per convezione
HCè il coefficiente di scambio termico
A è l'area della superficie
TCaldoè la temperatura del sistema caldo
TFreddoè la temperatura del sistema freddo
Radiazione
Il trasferimento di calore attraverso le onde elettromagnetiche è chiamato radiazione. La formula del calore trasferito dal processo di irraggiamento è espressa come:
L'attrice Rubina Dilaik
Q = σ(T Caldo - T Freddo) 4 UN
Dove,
Q è il calore trasferito per irraggiamento
σ è la costante di Stefan Boltzmann
T Caldo è la temperatura del sistema caldo
T Freddo è la temperatura del sistema freddo
A è l'area della superficie
La costante di Stefan Boltzmann (σ) si calcola come:
σ = 2.p 5 K B 4 /15 ore 3 C 2 = 5,670367(13) × 10 -8 J . M -2 . S -1 . K -4
Dove,
σ è la costante di Stefan Boltzmann
pi(π) ∼=
K B è la costante di Boltzmann
h è la costante di Planck
c è la velocità della luce nel vuoto
Problemi di esempio
Problema 1: Un sistema con una massa di 10 kg e una temperatura iniziale di 200 K viene riscaldato a 450 K. La capacità termica specifica del sistema è 0,91 KJ/kg K. Calcola il calore guadagnato dal sistema in questo processo.
differenza data Excel
Soluzione:
Secondo la domanda,
Massa, m = 10 kg
Capacità termica specifica, c = 0,91 KJ/kg K
Temperatura iniziale, T io = 200K
Temperatura finale, T F = 450K
Variazione di temperatura, ΔT = 450K – 200K = 250K
Utilizzando la formula del trasferimento di calore,
Q = c × m × ΔT
Q = 0,91 x 10 x 250
Q = 2275 KJ
Pertanto il calore totale acquisito dal sistema è 2275 KJ.
Problema 2: Il calore specifico del ferro è 0,45 J/g°C. Quale massa di ferro è necessaria per uno scambio termico di 1200 Joule se la variazione di temperatura è di 40°C?
Soluzione:
Secondo la domanda,
Calore specifico del ferro, c = 0,45 J/g°C
Variazione di temperatura, ΔT = 40°C
Quantità di calore trasferito, Q = 1200 J
Utilizzando la formula del trasferimento di calore,
Q = c × m × ΔT
m = Q /(c x ΔT)
m = 1200 /(0,45 x 40)
m = 66,667 g
Pertanto la massa di ferro richiesta per uno scambio termico di 1200 Joule è di 66,667 grammi.
Problema 3: Considera due colonne d'acqua a temperature diverse separate da una parete di vetro di lunghezza 3 me larghezza 1,5 me spessore di 0,005 m. Una colonna d'acqua è a 380K e l'altra a 120K. Calcolare la quantità di calore trasferito se la conduttività termica del vetro è 1,4 W/mK.
Soluzione:
Secondo la domanda,
Java si connette con MySQLConduttività termica del vetro, k = 1,4 W/mK.
Temperatura della prima colonna d'acqua, T Caldo= 380K
Temperatura della seconda colonna d'acqua, T Freddo = 120K
Area della parete di vetro che separa due colonne, A = lunghezza x larghezza = 3 m x 1,5 m = 4,5 m 2
Spessore del vetro, d = 0,005 m
Utilizzando la formula del trasferimento di calore per la conduzione,
Q = kA(T Caldo -T Freddo )t/d
Q = 1,4 x 4,5 (380-120) / 0,005
Q = 327600 W
Pertanto, la quantità di calore trasferito è 327600 Watt.
Problema 4: Calcola il trasferimento di calore attraverso la convezione se il coefficiente di trasferimento di calore di un mezzo è 8 W/(m 2 K) e il l'area è di 25 m 2 e la differenza di temperatura è 20K.
Soluzione:
Secondo la domanda,
Coefficiente di scambio termico, H C = 8 W/(m 2 K)
Area, A = 25 m 2
Cambiamento di temperatura, (T Caldo - T Freddo) = 20K
Utilizzando la formula del trasferimento di calore per la convezione,
Q = H C A Caldo -T Freddo )
Q = 8 x 25 x 20
Q = 4000 W
Mergesort JavaPertanto, la quantità di calore trasferita per convezione è di 4000 Watt.
Problema 5: Calcola il calore trasferito per irraggiamento tra due corpi neri alle temperature 300K e 430K e l'area del mezzo è 48 m 2 . (Data la costante di Stefan Boltzmann, σ = 5,67 x 10 -8 W/(m 2 K 4 ) ).
Soluzione:
Secondo la domanda,
Temperatura del corpo caldo, TCaldo= 430K
Temperatura del corpo freddo, TFreddo= 300K
Cambiamento di temperatura, (TCaldo- TFreddo) = 430K – 300K = 130K
Area, A = 48 m2
Costante di Stefan Boltzmann, σ = 5,67 x 10-8W/(m2K4)
Utilizzando la formula del trasferimento di calore per la radiazione,
Q = σ(TCaldo-TFreddo)4UN
Q = 5,67 x 10-8x1304x48
Q = 777,3 W
Pertanto, la quantità di calore trasferita per irraggiamento è pari a 777,3 Watt.