Entalpi vs entropi
Nysgjerrighet er et aspekt ved en person som hjelper ham å oppdage ulike fenomener i verden. En person ser opp mot himmelen og lurer på hvordan regn dannes. En person ser på bakken og lurer på hvordan planter kan vokse. Dette er et daglig fenomen som vi møter i våre liv, men de menneskene som ikke er nysgjerrige nok prøver aldri å finne svarene på hvorfor slike fenomener eksisterer. Biologer, kjemikere og fysikere er bare noen få mennesker som prøver å finne svar. Vår moderne verden i dag er integrert med vitenskapens lover som termodynamikk. "Termodynamikk" er en gren av naturvitenskapen som involverer studiet av de indre bevegelsene til kroppssystemene. Dette er en studie av varmes forhold til ulike former for energi og arbeid. Anvendelser av termodynamikk sees i strømmen av elektrisitet og fra enkel dreiing og dreiing av skruer og andre enkle maskiner. Så lenge varme og friksjon er involvert, eksisterer termodynamikk. De to vanligste prinsippene for termodynamikk er entalpi og entropi. I denne artikkelen vil du lære mer om forskjellene mellom entalpi og entropi.
I et termodynamisk system kalles målet for dets totale energi entalpi. For å lage et termodynamisk system krever intern energi. Denne energien tjener som drivkraft eller trigger for etableringen av systemet. Entalpienhetene er joule (International System of Units) og kalorien (britisk termisk enhet). "Entalpi" er det greske ordet "enthalpos" (å helle inn varme). Heike Kamerlingh Onnes var personen som laget ordet, mens Alfred W. Porter var den som utpekte symbolet «H» for «entalpi». I biologiske, kjemiske og fysiske målinger er entalpi det mest foretrukne uttrykket for endringer i energien til et system fordi det har evnen til å forenkle spesifikke definisjoner av energioverføring. Det er ikke mulig å nå en verdi for den totale entalpien fordi den totale entalpien til systemet ikke kan måles direkte. Den eneste entalpiendringen er den foretrukne målingen av kvantitet i stedet for den absolutte verdien av entalpi. I endoterme reaksjoner er det en positiv endring i entalpi, mens i eksoterme reaksjoner er det en negativ endring i entalpi. Enkelt sagt er entalpien til et system ekvivalent med summen av det ikke-mekaniske arbeidet og den tilførte varmen. Ved konstant trykk er entalpi ekvivalent med endringen i den indre energien til systemet og arbeidet som systemet utøvet på omgivelsene. Med andre ord kan varme absorberes eller frigjøres ved en viss kjemisk reaksjon under slike forhold.
"Entropi" er termodynamikkens andre lov. Dette er en av de mest grunnleggende lovene innen fysikk. Dette er viktig for å forstå liv og erkjennelse. Dette regnes som uordensloven. I midten av forrige århundre var «entropi» allerede blitt formulert med omfattende innsats av Clausius og Thomson. Clausius og Thomson ble inspirert av Carnots observasjon av strømmen som snur et kvernhjul. Carnot uttalte at termodynamikk er strømmen av varme fra høyere til lavere temperaturer som får en dampmaskin til å fungere. Clausius var den som laget begrepet "entropi". Symbolet for entropi er "S", som sier at en verden sies å være iboende aktiv når den virker spontant for å spre eller minimere tilstedeværelsen av termodynamisk kraft.
"Entalpi" er overføring av energi, og "entropi" er loven om lidelse.
Entalpi tar symbolet "H" og entropi tar symbolet "S".
Heike Kamerlingh Onnes laget begrepet "entalpi" og Clausius laget begrepet "entropi".
Intern energi, kroppens energi, kun avhengig av dens indre tilstand. Konseptet med indre energi forener alle typer energi i en kropp, med unntak av energien til dens bevegelse som helhet og den potensielle energien som en kropp kan ha hvis den er i et felt med noen krefter (for eksempel i en felt av gravitasjonskrefter).
Entalpi (H) er en egenskap ved et stoff som angir hvor mye energi som kan omdannes til varme.
Entalpi er en termodynamisk egenskap til et stoff som indikerer nivået av energi som er lagret i dets molekylære struktur.
Dette betyr at selv om et stoff kan ha energi basert på temperatur og trykk, kan ikke alt omdannes til varme. En del av den indre energien forblir alltid i stoffet og opprettholder sin molekylære struktur. Noe av den kinetiske energien til et stoff er utilgjengelig når temperaturen nærmer seg omgivelsestemperaturen. Derfor er entalpi mengden energi som er tilgjengelig for å bli omdannet til varme ved en viss temperatur og trykk. Entalpienhetene er britisk termisk enhet eller joule for energi og J/kg for spesifikk energi.
Entalpien eller energien til det utvidede systemet E er lik summen av den indre energien til gassen U og den potensielle energien til stempelet med belastningen Epot = pSx = pV
Entalpi i en gitt tilstand er altså summen av kroppens indre energi og arbeidet som må brukes for at et legeme med volum V skal innføres i et miljø som har et trykk p og er i likevekt med kroppen . Entalpien til systemet H - lik den indre energien - har en veldig spesifikk verdi for hver tilstand: ΔH = H2 − H1
Hvis systemet på en eller annen måte går tilbake til sin opprinnelige tilstand (sirkulær prosess), er endringen i noen av parameterne lik null, og derfor ΔU = 0 og ΔH = 0.
Entropi er et konsept som først dukket opp i termodynamikk som et mål på irreversibel energispredning.
Entropi (S (J/K)) er relatert til antallet (W) av like sannsynlige mikroskopiske tilstander som kan realisere en gitt makroskopisk tilstand av systemet, ved ligningen
Hvor K er proporsjonalitetskoeffisienten.
Ideelt sett har riktig konstruerte krystaller ved absolutt null den laveste entropien. Entropien til en krystall som har uregelmessigheter er litt større.
Med økende temperatur øker alltid entropien, og den øker også når et stoff går fra en krystallinsk tilstand til en flytende tilstand, og spesielt under overgangen fra en flytende til en gassform.
Entropi avhenger bare av systemets tilstand. Men forholdet mellom endringen i entropi og varme avhenger av måten prosessen utføres på - av hastigheten.
Hvis prosessen er reversibel og ved konstant temperatur:
Endre S = Q(arr)/T. Q(arr) - mengde varme, T - absolutt temperatur.
Varmekapasitet og dens typer.Spesifikk varmekapasitet med kall mengden varme q som kreves for å endre temperaturen til en enhetsmengde av et stoff med én grad:
Det er masse s, volum s" og molare varmekapasiteter, som har følgende dimensjoner: s, J/kg K; s", J/nm 3 K; , J/mol K. Disse varmekapasitetene er relatert til hverandre ved relasjonene
(1.15)
hvor ν о, ρ о, μ – spesifikt volum, tetthet og molekylvekt av gass under normale forhold (ρ о = 1,013 · 10 5 Pa, Т о = 273 K).
Varmekapasiteten avhenger av arbeidsvæskens fysiske natur, temperatur og termodynamisk prosess.
I teknisk termodynamikk brukes de oftest isobarisk varmekapasitet med p (ved p = const) og isokorisk med ν (for ν = const).
Forholdet mellom disse varmekapasitetene bestemmes av Mayers forhold for en ideell gass:
med р - med ν = R, (1,16)
der R er gasskonstanten, J/kg K.
Varmekapasitetens avhengighet av temperatur blir ofte neglisjert, og da finner man varmemengden i isobariske og isokoriske prosesser fra uttrykkene
Q p = Ms p (T 2 - T 1) eller q p = c p (T 2 - T 1);
Q ν = Мс ν (Т 2 – Т 1) eller q ν = с ν (Т 2 – Т 1).
Fra uttrykket av termodynamikkens første lov (1.13) og relasjonen (1.14), kan vi få relasjoner for å bestemme endringen i indre energi Δu og entalpien Δh, gyldig for alle termodynamiske prosesser:
dq ν = du; du = c v dT; Δu = u 2 – u 1 = c ν (T 2 – T 1);
dq р = du + рdν = dh; dh = c p dT; Δh = h 2 – h 1 = c p (T 2 – T 1).
Siden varmekapasiteten endres med temperaturen, avhengig av temperaturområdet, ekte med og gjennomsnitt med jf varmekapasitet. Sann varmekapasitet tilsvarer et uendelig lite temperaturområde, og gjennomsnittlig - 
begrenset område av temperaturendringer. Varmekapasiteten til hovedgassene er gitt i oppslagsbøker og lærebøker avhengig av temperatur.
Entalpi. Den legges inn ved beregning: total – H = U + pV eller spesifikk verdi h = u + pν, entalpi representerer en viss energi lik summen av den indre energien og produktet av trykk og volum. Enheten for entalpi H er joule (J) eller h, J/kg. Entalpi er en funksjon av tilstand. Siden i en isobar prosess dH = dQ, kan vi si at entalpi er mengden varme som tilføres i en isobar prosess.
Entropi. Måleenheten for entropi S er J/K og den spesifikke enheten s er J/kg·K. Denne tilstandsfunksjonen introduseres ved beregning og har en full differensial Mengde varme i en termodynamisk prosess
Hvis vi ser for oss en termodynamisk prosess i et T-s-diagram, så karakteriserer arealet under prosesskurven mengden varme som tilføres eller fjernes.
Entropi kan ikke måles, men i sin fysiske betydning er det et mål på temperaturverdien til varme, dens evne til å omdannes til arbeid. Vi kan også si at entropi karakteriserer tap av arbeid på grunn av irreversibiliteten til reelle prosesser (i dette tilfellet øker entropien).
Vanligvis, når man beregner termodynamiske prosesser, er det ikke de absolutte verdiene av u, h, s som bestemmes, men endringen i prosessen Δu, Δh, Δs.
Termodynamikkens første lov for flyten av arbeidsvæske
I strømmen av arbeidsfluidet endres den kinetiske energien til arbeidsfluidet og arbeidet med ytre trykkkrefter dl´ tas i betraktning. Deretter, i henhold til termodynamikkens første lov
(1.19)
Varmen som tilføres til strømmen av arbeidsfluidet går til å øke dens entalpi og kinetiske energi. Siden i henhold til første lov
,
. (1.20)
Endringen i den kinetiske energien til strømmen kalles dens tekniske arbeid, det vil si at den kinetiske energien til strømmen til arbeidsfluidet er lik det tekniske (nyttige) arbeidet (minustegnet indikerer en reduksjon i volum med økende trykk).
Eksempel. I en varmemotor (dampturbinanlegg) utvider dampstrømmen seg adiabatisk på turbinbladene (dq = 0):
Termodynamikkens andre lov
Den andre loven om kvalitativ termodynamikk etablerer retningen for varmeoverføring, så vel som den delen av den som kan omdannes til arbeid i en varmemotor. S. Carnot (1824) påpekte muligheten for å omdanne varme til nyttig arbeid i motorer i nærvær av to varmekilder, det vil si at en nødvendig betingelse for å få arbeid i en varmemotor er en temperaturforskjell.
Sykluser der varme omdannes til arbeid kalles direkte, eller varmemotorsykluser.
I fig. 1.3 og 1.4 viser en direkte syklus i et p-v diagram og et diagram av en varmemotor. Arbeidsvæske 1 (fig. 1.4) i varmemotor 3 mottar varme q 1 (varmetilførsel) fra varmkilde 2 med temperatur T 1 i seksjon 1-2 av syklusen (fig. 1.3) og utfører arbeid l 1 (område 1- a- 2-3-4-1). For at prosessen skal gjentas kontinuerlig, er det i en varmemotor nødvendig å returnere arbeidsvæsken til utgangstilstand 1 ved å bruke arbeid l 2 i 2-i-1-prosessen (område 2-i-1-4- 3-2) og fjern varme q 2 til en kald kilde 4 med temperatur T 2. I en varmemotor blir en del av varmen (q 1 – q 2) omdannet til arbeid.
Ris. 1.3. Bilde av en lukket termodynamisk prosess (syklus)
i p, v – diagram
Effektiviteten til direkte reversible sykluser vurderes ved termisk effektivitet.
Termisk effektivitet er forholdet mellom syklusarbeid og total varmetilførsel.
. (1.21)
Termisk effektivitet av Carnot-syklusen
Fra formelen er det klart at det ikke avhenger av egenskapene til arbeidsfluidet, og verdien bestemmes av temperaturene T 2 og T 1 til de kalde og varme varmekildene.
Den termiske effektiviteten til Carnot-syklusen har maksimal verdi; det er standarden for å vurdere perfeksjonen til enhver varmemotorsyklus.
Ris. 1.4. Varmemotordiagram
Vanndampdiagrammer
I moderne termisk kraftteknikk er vanndamp den viktigste arbeidsvæsken.
Termodynamiske tabeller over vanndamp kan bare gi diskrete verdier for de nødvendige mengder. I praksis brukes ofte diagrammer for å skildre vanndampprosesser.
T-s diagram vanndamp (fig. 1.5) er en graf konstruert i temperatur-entropi-koordinater, der følgende linjer er plottet: isobarer for vannoppvarming a o a", dampformasjon a´a´´ og dampoverheting a´´a, øvre (x) = 1) og nedre (x = 0) grensekurver, linjer med konstant tørrhet (x = const). Mellom grensekurvene er det et område med våt damp med forskjellige grader av tørrhet. Delene av diagrammet ligger til høyre for x = 1 og til venstre for x = 0 er henholdsvis områder overopphetet damp og vann. T-s-diagrammet lar deg visuelt vurdere endringen i temperaturen til vanndamp og dampvarmen i ulike prosesser. Ulempen ved å bruke et T-s-diagram er behovet for å måle arealer.
Ris. 1.5. T-s – vanndampdiagram
h-s diagram vanndamp (fig. 1.6) er plottet basert på entalpi- og entropiverdiene på begge grensekurvene til metningsområdet. De angitte dataene er bestemt fra tabeller over de termodynamiske egenskapene til vann og vanndamp.
Utgangspunktet for å måle entalpi og entropi er trippelpunktet. Isobarer-isotermer av metningsområdet er skråstilte rette linjer p = const. Når trykket øker, øker metningstemperaturen og isobarene blir brattere. Hellingen til isobar-isotermer øker opp til kritiske verdier, siden den høyeste temperaturen i metningsområdet er den kritiske temperaturen. Parametre for det kritiske punktet K: tcr = 374 o C, Pcr = 22,1 MPa, vcr = 0,001 m 3 /kg.
Etter å ha krysset den øvre grensekurven (x = 1), begynner isobarene, jevnt konjugerende med de rette segmentene i metningsområdet, å få en konveksitet rettet nedover, og isotermene dreier skarpt til høyre, og tenderer asymptotisk til horisontalene. Sistnevnte forklares av det faktum at når den beveger seg bort fra metningsområdet og trykket faller, nærmer den overopphetede dampen i egenskapene seg en ideell gass, for hvilken entalpi er en entydig funksjon av temperaturen.
Ved å bruke h, s-diagrammet kan du umiddelbart finne numeriske verdier for seks termodynamiske parametere med tilstrekkelig nøyaktighet for ingeniørpraksis: h, s, v, p, t, x. De gjenværende nødvendige termodynamiske mengdene, som arbeid og varme, samt endringer i intern energi, beregnes enkelt ved å bruke de funnet parameterne.
H-s diagrammet er vist i vedlegget.
Ris. 1.6. h-s – vanndampdiagram
Tema 1.2. Varmeveksling
Varmeoverføringsteori studerer spontane irreversible prosesser for varmeoverføring i rom med et uensartet temperaturfelt. I varmeoverføringsteori betyr varmeoverføringsprosesser prosessen med utveksling av intern energi mellom elementene i et system i form av varme. Den indre energien til legemer med høyere temperatur synker, og energien til legemer med lavere temperatur øker.
Den spontane prosessen med varmeoverføring i rommet skjer under påvirkning av en temperaturforskjell og er rettet mot en reduksjon i temperaturen. Lovene for varmeoverføring og de kvantitative egenskapene til denne prosessen er studert i teorien om varmeoverføring.
I naturen er det tre hovedmetoder for varmeoverføring: termisk ledningsevne, konveksjon og termisk stråling.
Termisk ledningsevne– molekylær varmeoverføring ved direkte kontakt av molekyler, atomer, ioner, frie elektroner med forskjellige temperaturer. I sin rene form oppstår termisk ledningsevne i faste stoffer og stasjonære lag av væske og gass.
Konveksjon– prosessen med overføring av varme, materie, momentum når volumer av væske eller gass flyttes i rommet fra et område med én temperatur til et område med en annen temperatur. Konvektiv varmeoverføring skjer alltid sammen med termisk ledningsevne.
Termisk stråling – prosessen med varmeutbredelse av elektromagnetiske bølger. I dette tilfellet omdannes den indre energien til kroppen (miljøet) til strålingsenergi. Termisk stråling bestemmes kun av temperaturen og de optiske egenskapene til det emitterende legeme.
I natur og teknologi forekommer de elementære prosessene for varmeutbredelse - termisk ledningsevne, konveksjon og termisk stråling veldig ofte sammen.
Konvektiv varmeveksling er prosessen med kombinert varmeoverføring ved konveksjon og termisk ledningsevne av en væske eller gass.
Konvektiv varmeoverføring (varmeoverføring)– dette er konvektiv varmeveksling mellom strømmer av væske eller gass og overflaten som vaskes av dem.
Varme- og masseoverføring på grunn av den kombinerte overføringen av varme ved stråling og termisk ledningsevne kalles strålingsledende. Hvis varmeoverføring utføres i tillegg ved konveksjon, kalles denne prosessen strålingskonvektiv.
Varmeoverføring– prosessen med varmeveksling mellom to medier (væske, gasser) gjennom overflaten som skiller dem, som utføres av den kombinerte virkningen av termisk ledningsevne, konveksjon og termisk stråling. De dampgenererende rørene til en kjeleenhet mottar for eksempel varme fra brennstoffforbrenningsprodukter som følge av strålingskonvektiv varmeveksling. Gjennom laget av ytre forurensning, metallveggen og belegglaget, overføres varme ved hjelp av termisk ledningsevne. Varme overføres fra den indre overflaten av røret til vannet som vasker det ved varmeoverføring.
Varmeoverføringsprosesser kan forekomme i ulike miljøer, rene stoffer og ulike blandinger, med eller uten endring av væskeaggregationstilstanden osv. Avhengig av dette foregår varmeoverføringen på ulike måter og beskrives med ulike ligninger.
Termisk ledningsevne
Termisk ledningsevne kalt molekylær varmeoverføring av mikropartikler forårsaket av temperaturforskjeller. Prosessen med termisk ledningsevne observeres i sin rene form i faste stoffer. Molekyler, atomer, elektroner og andre mikropartikler beveger seg med hastigheter proporsjonal med deres temperatur. På grunn av interaksjon med hverandre gir raskt bevegelige mikropartikler energien sin til langsommere, og overfører dermed varme fra en sone med høy temperatur til en sone med lavere temperatur.
I solide metalllegemer oppstår termisk ledningsevne på grunn av bevegelsen av frie elektroner.
I ekstrametalliske faste stoffer (spesielt isolasjonsmaterialer), der det praktisk talt ikke er frie elektroner, oppstår varmeoverføring på grunn av vibrasjoner av atomer og molekyler.
I gasser er mikrostrukturell bevegelse tilfeldig molekylær bevegelse, hvis intensitet øker med økende temperatur.
Teorien om termisk ledningsevne i faste stoffer er basert på Fouriers lov:
(1.23)
hvor Q er mengden varme som overføres per tidsenhet, W;
Temperaturgradient, K/m;
n - normal til den isotermiske overflaten av kroppen;
F – område vinkelrett på retningen av varmeutbredelse, m2;
λ – varmeledningskoeffisient, W / (m K).
Den termiske konduktivitetskoeffisienten λ, som karakteriserer et gitt stoffs evne til å lede varme, avhenger både av dets natur og dets aggregeringstilstand.
Den termiske konduktivitetskoeffisienten kan påvirkes betydelig av temperatur, og for porøse materialer, tetthet og fuktighet.
Verdier av λ for ulike legemer avhengig av temperatur er gitt i referanselitteratur.
Når du studerer prosessen med termisk ledningsevne i faste stoffer, brukes Fourier-Kirchhoff differensialligning:
(1.24)
hvor er den termiske diffusivitetskoeffisienten, m 2 /s.
Termisk diffusivitetskoeffisient er en fysisk størrelse som karakteriserer hastigheten på temperaturendringer i et gitt stoff.
Hvis temperaturfeltet ikke er avhengig av tid, kalles det stasjonær og beskrives med følgende ligning:
Denne ligningen er den første når man løser problemer med stasjonær varmeledning. For eksempel, fra denne ligningen får vi et uttrykk for temperaturfelt i en enkeltlags vegg:
Her er R den termiske motstanden:
Ved flat vegg
Når det gjelder en sylindrisk vegg
hvor δ er tykkelsen på den flate veggen;
d 2, d 1 - ytre og indre diametre av sylinderen;
t 1, t 2 – temperatur på indre og ytre overflater av kroppen.
1.2.2. Konvektiv varmeoverføring (varmeoverføring)
Generelle bestemmelser.Konvektiv varmeoverføring er en kompleks prosess der varme overføres på grunn av bevegelse av væskevolumer (gass) og samtidig på grunn av termisk ledningsevne mellom ujevnt oppvarmede væskepartikler. Årsaken til konvektiv varmeoverføring er ujevnheten i temperaturfeltet inne i det flytende eller gassformige mediet (kjølevæsken). Den matematiske analysen av konvektiv varmeoverføring er ekstremt kompleks.
Varmespredning som karakteriserer konvektiv varmeveksling mellom strømmen
flytende væske (gass) og overflaten av kroppen vasket av den, deltar i
drift av kraftutstyr og bestemmer effektiviteten.
Newtons lov
Praktiske varmeoverføringsberegninger er basert på Newtons lov
Rik mann, innhentet på grunnlag av generalisering av eksperimentelle data. I følge dette
I følge loven er den totale varmestrømmen Q, W, avgitt i varmeoverføringsprosessen, proporsjonal med varmevekslingsoverflaten F og temperaturforskjellen mellom overflaten av kroppen t c og det omgivende mediet t w (temperaturtrykk) :
, (1.26)
hvor α - varmeoverføringskoeffisient, karakteriserer intensiteten av varmevekslingsprosessen. Dimensjonen α er W/(), dvs. det er mengden varme som avgis per tidsenhet av en enhet kroppsoverflate når temperaturforskjellen mellom kroppsoverflaten og vaskemediet er én grad.
Temperaturforskjellen i forhold (1,26) tas i absolutt verdi, tatt i betraktning at varme sprer seg spontant i retning av synkende temperatur.
Verdien av varmeoverføringskoeffisienten α avhenger på en kompleks måte av mange faktorer: arten og bevegelsesmåten, termofysiske egenskaper til væsken, temperatur, form og størrelse på varmevekslingsoverflaten, dens plassering i rommet, etc.
Basert på forekomstens natur skilles det mellom fri (naturlig) og tvungen bevegelse av væske. Tvunget bevegelse skapes av eksterne kilder (pumpe, vifte, etc.); fri bevegelse oppstår på grunn av forskjellen i tetthet av oppvarmede og kalde lag av væske, det vil si under påvirkning av arkimedeiske krefter.
Modusen for væskebevegelse er av avgjørende betydning i varmeoverføringsprosesser, da den bestemmer den fysiske mekanismen for varmeoverføring. Det er to karakteristiske bevegelsesmåter - laminær og turbulent. I laminær modus beveger væskepartikler seg langs ordnede baner, hvis utseende bestemmes av formen på kroppens grenser. Varmeoverføring skjer på grunn av kontakt med partikler og væskelag, dvs. på grunn av dens termisk ledningsevne. I et turbulent regime beveger væskepartikler seg tilfeldig langs tilfeldige baner som raskt endres over tid; varmeoverføring skjer hovedsakelig på grunn av den intense bevegelsen av væskepartikler, dvs. på grunn av konveksjon.
Fra løpet av fluiddynamikken er det kjent at strømmen av et viskøst fluid langs en strømlinjeformet overflate kan være laminær eller turbulent. Det hemme laget nær en fast overflate kalles grense. Inne i det laminære laget overføres varme på grunn av den kaotiske bevegelsen av molekyler, dvs. væskens varmeledningsevne. I et turbulent grenselag beveger store væskepartikler seg over det og overfører varme, og intensiteten på varmeoverføringen øker.
Av de forskjellige fysiske egenskapene til en væske har følgende parametere størst innflytelse på varmeoverføringsprosessen: tetthet ρ l, kinematisk viskositet ν l, termisk konduktivitetskoeffisient λ l, termisk diffusivitet a l , varmekapasitet s . I tillegg avhenger varmeoverføringskoeffisienten av strømningshastigheten, geometriske dimensjoner, form og posisjon til kroppen.
Problemet med å beregne konvektiv varmeoverføring er å bestemme koeffisienten
varmeoverføring α.
1.2.2.2. Grunnleggende om likhetsteori
Verdien av α avhenger av en rekke faktorer som påvirker selve varmeoverføringsprosessen. Disse inkluderer hastigheten på væskebevegelsen, de fysiske egenskapene til kjølevæsken, de hydrodynamiske egenskapene til strømmen, den geometriske formen og dimensjonene til varmevekslingsoverflaten, etc.:
Når man studerer konvektiv varmeoverføring, gir likhetsteorien stor hjelp, på grunnlag av hvilke grupper av lignende fenomener og generaliserte variabler ble etablert - tall (kriterier) for likhet som karakteriserer denne gruppen av fenomener. Disse likhetstallene består av ulike fysiske parametere og er dimensjonsløse.
– kinematisk viskositet av væsken, m 2 /s;
g – akselerasjon av fritt fall, m/s 2 ;
a er den termiske diffusivitetskoeffisienten til væsken, m 2 /s;
- temperaturkoeffisient for volumetrisk ekspansjon, 1/K (for gasser, for væsker er verdier hentet fra referanselitteratur);
w – væskestrømhastighet, m/s.
Avhengig av den geometriske formen til varmevekslerflaten, velges følgende parametere som bestemmende størrelse l:
For rør og kuler er den bestemmende lineære dimensjonen
diameter d;
For vertikale rør med stor diameter og plater - høyde H;
for horisontale plater - den minste størrelsen på platen (hvis varmesiden av platen vender opp, må verdien av koeffisienten α økes med 30 % sammenlignet med den gitte, hvis varmesiden vender ned, så verdien bør reduseres med 30 %).
Siden de fysiske mengdene som er inkludert i likhetstallene avhenger av temperatur, beregnes verdiene til disse tallene ved temperaturen, referert til nedenfor som den bestemmende temperaturen.
Klassifisering problemer med forholdene for konvektiv varmeoverføring gjorde det mulig å skille to hovedtyper av konvektiv varmeoverføring:
▪ varmeveksling uten å endre aggregeringstilstanden (tvungen konveksjon og fri konveksjon) av væsken;
▪ varmeveksling når aggregeringstilstanden (koking og kondensering) av væsken endres.
På sin side har hver av disse typene konvektiv varmeveksling (koking, kondensering, tvungen og fri konveksjon) sine egne varianter.
For eksempel kan vi vise størrelsesorden, α, W/(m 2 K) for ulike forhold ved konvektiv varmeoverføring:
Generelt er varmeoverføringskoeffisienten definert som
Ved løsning av problemer med konvektiv varmeoverføring er Nusselt-kriteriet oftest gitt i kriterieform i skjemaet
hvor eksponentene n 1, n 2, n 3 og Abyli-proporsjonalitetsfaktoren ble funnet ved å behandle eksperimentelle data.
Termisk effekt av en kjemisk reaksjon eller en endring i entalpien til et system på grunn av forekomsten av en kjemisk reaksjon - mengden varme som tilskrives endringen i en kjemisk variabel mottatt av systemet der en kjemisk reaksjon fant sted og reaksjonsproduktene tok på seg temperaturen på reaktantene.
Entalpi, termisk funksjon Og varmeinnhold- termodynamisk potensial, som karakteriserer systemets tilstand i termodynamisk likevekt ved valg av trykk, entropi og antall partikler som uavhengige variabler.
Endringen i entalpi avhenger ikke av prosessens bane, og bestemmes kun av den innledende og endelige tilstanden til systemet. Hvis systemet på en eller annen måte går tilbake til sin opprinnelige tilstand (sirkulær prosess), er endringen i noen av parameterne, som er en funksjon av tilstanden, lik null, derav D H = 0
For at den termiske effekten skal være en mengde som kun avhenger av arten av den pågående kjemiske reaksjonen, må følgende betingelser være oppfylt:
· Reaksjonen må foregå enten ved konstant volum Q v (isokorisk prosess), eller ved konstant trykk Q p( isobarisk prosess).
Den molare varmekapasiteten ved konstant trykk er betegnet som C s. I en ideell gass er det relatert til varmekapasiteten ved konstant volum Mayers forhold C s = C v + R.
Molekylær kinetisk teori lar en beregne omtrentlige verdier av den molare varmekapasiteten for forskjellige gasser gjennom verdien universell gasskonstant:
· for monoatomiske gasser, det vil si ca. 20,8 J/(mol K);
· for diatomiske gasser, det vil si ca. 29,1 J/(mol K);
· for polyatomiske gasser C s = 4R 33,3 J/(mol K).
hvor varmekapasiteten ved konstant trykk er betegnet som C s
Det utføres ikke arbeid i systemet, bortsett fra utvidelsesarbeidet mulig ved P = konst.
Hvis reaksjonen utføres under standardbetingelser ved T = 298 K = 25°C og P = 1 atm = 101325 Pa, kalles den termiske effekten standard termisk effekt av reaksjonen eller standardentalpien til reaksjon D H rO. I termokjemi beregnes standard reaksjonsvarmen ved å bruke standard formasjonsentalpier.
For å beregne temperaturavhengigheten til reaksjonsentalpien, er det nødvendig å kjenne molaren Varmekapasitet stoffer som er involvert i reaksjonen. Endringen i entalpien til reaksjonen med økende temperatur fra T 1 til T 2 beregnes i henhold til Kirchhoffs lov (det antas at i et gitt temperaturområde er de molare varmekapasitetene ikke avhengig av temperaturen og det er ingen fasetransformasjoner):
Hvis fasetransformasjoner forekommer i et gitt temperaturområde, er det i beregningen nødvendig å ta hensyn til varmen til de tilsvarende transformasjonene, samt endringen i temperaturavhengigheten til varmekapasiteten til stoffer som har gjennomgått slike transformasjoner:
hvor DC p (T 1, T f) er endringen i varmekapasitet i temperaturområdet fra T 1 til faseovergangstemperaturen; DC p (T f , T 2) er endringen i varmekapasitet i temperaturområdet fra faseovergangstemperaturen til slutttemperaturen, og T f er faseovergangstemperaturen. Standard forbrenningsentalpi
Standard forbrenningsentalpi- D H hor o, den termiske effekten av forbrenningsreaksjonen av en mol av et stoff i oksygen til dannelsen av oksider i høyeste oksidasjonstilstand. Forbrenningsvarmen av ikke-brennbare stoffer antas å være null.
Standard entalpi av løsning- D H løsning, den termiske effekten av prosessen med å løse opp 1 mol av et stoff i en uendelig stor mengde løsemiddel. Består av ødeleggelsens hete krystallgitter og varme hydrering(eller varme løsning for ikke-vandige løsninger), frigjort som et resultat av interaksjonen av løsemiddelmolekyler med molekyler eller ioner av det oppløste stoffet med dannelse av forbindelser med variabel sammensetning - hydrater (solvater). Ødeleggelse av krystallgitteret er vanligvis en endoterm prosess - D H resh > 0, og ionehydrering er eksoterm, D H hydr< 0. В зависимости от соотношения значений ДH Resh og D H hydr-entalpi av oppløsning kan ha både positive og negative verdier. Så oppløsningen av det krystallinske kaliumhydroksyd ledsaget av frigjøring av varme:
D H løsningKOH o = D H avgjør o + D H hydrK +o + D H hydroOH-o = -59 KJ/mol
Under hydreringsentalpien - D H hydr, refererer til varmen som frigjøres når 1 mol ioner går fra vakuum til løsning.
VarmekapasitetMed P , c V[J. føflekk -1. K -1, kal. føflekk -1. K -1 ]
Ekte molar varmekapasitet:
ved V = konst c V =; P = konst c P =.
Den gjennomsnittlige molare varmekapasiteten er numerisk lik varmen som må gis til en mol av et stoff for å varme det opp med 1 K: .
Varmekapasiteter ved konstant trykk eller volum er relatert til likheten
Tilideell gass ;
TilKristus. stoffer (, T - termiske koeffisienter).
Temperaturavhengighet av varmekapasiteten til mange monoatomiske krystaller ved T< q D /12 описывается законом кубов Дебая (q D - характеристическая температура Дебая) c V = aT 3 , при T c V 3R. В области средних температур применяют различные степенные полиномы (см., напр., закон Кирхгофа).
Dulong og Petit regjerer: atomvarmekapasitet ved V = const for et hvilket som helst enkelt krystallinsk stoff er omtrent lik V 3R (dvs. 25 J mol -1. K -1).
Additivitetsregel: ( c P,i er varmekapasiteten til de strukturelle fragmentene som utgjør forbindelsen, for eksempel atomer eller grupper av atomer).
Varme[J. mol -1, kal. mol -1 ] Q er en form for energioverføring fra en mer oppvarmet kropp til en mindre oppvarmet, ikke assosiert med overføring av materie og utførelse av arbeid.
Varmen til en kjemisk reaksjon ved konstant volum eller trykk (dvs. den termiske effekten av en kjemisk reaksjon) avhenger ikke av prosessens vei, men bestemmes bare av den innledende og endelige tilstanden til systemet (Hess lov):
= U, = H.
Forskjellen i termiske effekter ved P = const (Q P) og V = const (Q V) er lik arbeidet utført av systemet (V>0) eller på systemet (V<0) за счет изменения ее объема при завершении изобарно-изотермической реакции:
- = n RT.
Standard reaksjonsvarmen kan beregnes gjennom standard dannelsesvarme () eller forbrenning () av stoffer:
hvor n i,j er de støkiometriske koeffisientene i den kjemiske reaksjonsligningen.
For ideelle gasser ved T, P = const: r H = r U + n RT.
Avhengigheten av den termiske effekten av en kjemisk reaksjon på temperaturen bestemmes h Kirchhoffs aconom .
= = , = = ,
de. påvirkningen av temperaturen på den termiske effekten av reaksjonen skyldes forskjellen i varmekapasiteten til reaksjonsproduktene og utgangsstoffene, tatt i betraktning de støkiometriske koeffisientene:
For P = const:
entalpi termodynamisk entropitrykk
Hvis temperaturavhengigheten c P tilnærmes ved ligningen
=a+b . T+c . , Det
H(T 2 ) = H(T 1 )+ a . .
Adsorpsjonsvarme - Varmen per mol av et stoff som frigjøres under dets adsorpsjon. Adsorpsjon er alltid en eksoterm prosess (Q > 0). Med konstant adsorpsjon (G, q = const):
Q-verdien er et indirekte kriterium for å bestemme typen adsorpsjon: hvis Q< 30 40 кДж/моль) - физическая адсорбция, Q >40 kJ/mol - kjemisorpsjon.
Formasjonsvarme - isobarisk termisk effekt av den kjemiske reaksjonen av dannelsen av en gitt kjemisk forbindelse fra enkle stoffer, per mol av denne forbindelsen. Det antas at enkle stoffer reagerer i modifikasjonen og aggregeringstilstanden som er stabile ved en gitt temperatur og trykk på 1 atm.
Forbrenningsvarme (t.s.) - den termiske effekten av forbrenning av 1 mol av et stoff og avkjøling av reaksjonsproduktene til blandingens begynnelsestemperatur. T.S., med mindre annet er angitt, tilsvarer forbrenning av C til CO 2, H 2 til H 2 O (væske), for andre stoffer er produktene av deres oksidasjon angitt i hvert tilfelle.
Faseendringens varme- varme absorbert (frigitt) som følge av likevektsovergangen til et stoff fra en fase til en annen (se faseovergang).
Termodynamiske variabler (osv.)- mengder som kvantitativt uttrykker termodynamiske egenskaper. T.P. delt inn i uavhengige variabler (målt eksperimentelt) og funksjoner. Merk: trykk, temperatur, elementær kjemisk sammensetning - uavhengig osv., entropi, energi - funksjoner. Et sett med verdier av uavhengige variabler spesifiserer den termodynamiske tilstanden til systemet (se også tilstandsnivå). Variabler som er fikset av systemets eksistensbetingelse og som derfor ikke kan endres innenfor rammen av problemet under vurdering kalles termodynamiske parametere.
Omfattende - osv., proporsjonal med stoffmengden eller systemets masse. Prim.: volum, entropi, indre energi, entalpi, Gibbs- og Helmholtz-energier, ladning, overflateareal.
Intensiv - osv., uavhengig av mengde stoff eller masse av systemet. Merk: trykk, termodynamisk temperatur, konsentrasjoner, molare og spesifikke termodynamiske størrelser, elektrisk potensial, overflatespenning. Omfattende etc. legges sammen, intensive jevnes ut.
Hvem vet hva entropi og entalpi er. og fikk det beste svaret
Svar fra Vika[aktiv]
Entalpi og entropi
Endringen i fri energi (ΔG) av en kjemisk reaksjon avhenger av en rekke faktorer, inkludert temperatur og konsentrasjon av reaktanter.
A. Reaksjonsvarme og kalorimetri
Alle kjemiske reaksjoner er ledsaget av frigjøring eller absorpsjon av varme. Reaksjoner av den første typen kalles eksoterme, reaksjoner av den andre typen kalles endoterme. Et mål på reaksjonsvarmen er endringen i entalpien ΔH, som tilsvarer varmeoverføring ved konstant trykk. Ved eksoterme reaksjoner mister systemet varme og ΔH er en negativ verdi. Ved endoterme reaksjoner absorberer systemet varme og ΔH er en positiv verdi.
For mange kjemiske reaksjoner har ΔG og ΔH nære verdier. Denne omstendigheten gjør det mulig å bestemme energiverdien til matvarer. I levende organismer blir maten vanligvis oksidert av oksygen til CO2 og H2O. Det maksimale kjemiske arbeidet som næringsstoffer kan utføre i kroppen, det vil si ΔG av oksidasjonsreaksjonen til matkomponenter, bestemmes ved å brenne en prøve av det tilsvarende stoffet i et kalorimeter i en oksygenatmosfære. Den frigjorte varmen øker temperaturen på vannet i kalorimeteret. Reaksjonsvarmen (forbrenningsentalpien) beregnes fra temperaturforskjellen.
B. Entalpi og entropi
< 0) несмотря на то, что являются эндотермическими (ΔΗ >
Jo høyere grad av uorden (forstyrrelse) i systemet er, desto høyere er systemets entropi. Hvis prosessen går i retning av økende uorden i systemet (og hverdagserfaring viser at dette er den mest sannsynlige prosessen), er ΔS en positiv verdi. For å øke rekkefølgen i systemet (ΔS >
ΔG = ΔH - T ΔS
La oss forklare avhengigheten av disse tre størrelsene ved å bruke to eksempler.
Eksplosjonen av en eksplosiv blanding (1) er samspillet mellom to gasser - oksygen og hydrogen - med dannelsen av vann. Som mange redoksreaksjoner. dette er en svært eksoterm prosess (dvs. ΔH<< 0). В то же время в результате реакции возрастает степень упорядоченности системы. Газ с его хаотически мигрирующими молекулами перешел в более упорядоченное состояние -- жидкую фазу, при этом число молекул в системе уменьшилось на 1/3. В результате увеличения степени упорядоченности (ΔS < 0) член уравнения -T · ΔS - величина положительная, однако это с избытком компенсируется ростом энтальпии: в итоге происходит высоко экзергоническая реакция (ΔG <<0).
Når bordsalt (2) er oppløst i vann, er ΔH en positiv verdi, temperaturen i karet med løsningen, dvs. i volumet av løsningen, synker. Likevel går prosessen spontant, siden graden av orden i systemet avtar. I starttilstanden okkuperte Na+ og Cl-ioner faste posisjoner i krystallgitteret. I løsningen beveger de seg uavhengig av hverandre i vilkårlige retninger. En reduksjon i rekkefølge (ΔS > 0) betyr at -T · ΔS-leddet i ligningen har et minustegn. Dette kompenserer for ΔH og generelt er ΔG en negativ verdi. Slike prosesser kalles vanligvis entropiske.
Svar fra 2 svar[guru]
Hallo! Her er et utvalg av emner med svar på spørsmålet ditt: Hvem vet hva entropi og entalpi er.
Svar fra =CaT=[guru]
Entropi (fra gresk ἐντροπία - rotasjon, transformasjon) er et konsept som først ble introdusert i termodynamikk for å bestemme målet for irreversibel energispredning. Begrepet er mye brukt i andre kunnskapsfelt: i statistisk fysikk som et mål på sannsynligheten for forekomsten av en hvilken som helst makroskopisk tilstand; i informasjonsteori som et mål på usikkerheten til enhver erfaring (test), som kan ha forskjellige utfall, i historisk vitenskap, for å forklare fenomenet alternativ historie (invarians og variabilitet av den historiske prosessen).
href="">
Entalpi av systemet (fra den greske enthalpo I varme), en entydig funksjon H av tilstanden til et termodynamisk system med uavhengige parametere for entropi S og trykk P, er relatert til den indre energien U ved relasjonen
H=U+PV
hvor V er volumet til systemet.
Svar fra Yovetlana Pustotina[guru]
entropi er en funksjon av tilstanden til et termodynamisk system, hvis endring i en likevektsprosess er lik forholdet mellom mengden kropp som tildeles systemet eller fjernes fra det og den termodynamiske temperaturen i systemet; ikke-likevektsprosesser i et isolert system er ledsaget av en økning i zntropi, bringer de systemet nærmere en likevektstilstand der zntropi er maksimal. Dette er essensen av termodynamikkens andre lov, begge termodynamikkens lover ble reflektert av den tyske fysikeren Rudolf Clausius - verdens energi forblir konstant, entropi har en tendens til sin maksimale verdi. Entalpi er en funksjon med én verdi av tilstanden til et termodynamisk system med uavhengige parametere for entropi og trykk; den er assosiert med intern energi; denne størrelsen kalles varmeinnholdet i systemet. Ved konstant trykk er endringen i entalpi lik til mengden varme som tilføres systemet; i en tilstand av termodynamisk likevekt er entalpien til systemet minimal.
Svar fra Terminator-5[guru]
Hvor smarte og komplekse svarene deres er! Hvorfor komplisere det, kan det sies enkelt. Entalpi er tilstanden til en person under innstrømning og utstrømning av penger. Og entropi er graden av manglende evne til å returnere til staten da det fortsatt var penger. Jo mindre penger er igjen før lønning. , jo høyere, jo større entropi!
Svar fra Bare Manya[nybegynner]
Entalpi og entropi
Endringen i fri energi (ΔG) av en kjemisk reaksjon avhenger av en rekke faktorer, inkludert temperatur og konsentrasjon av reaktanter (se s. 24). Denne delen diskuterer ytterligere to parametere som er assosiert med strukturelle og energetiske endringer i molekyler.
B. Entalpi og entropi
Reaksjonsvarmen ΔH og endringen i fri energi ΔG har ikke alltid sammenlignbare verdier. Faktisk er reaksjoner kjent for å oppstå spontant (ΔG< 0) несмотря на то, что являются эндотермическими (ΔΗ >0). Dette skjer fordi reaksjonen påvirkes av en endring i rekkefølgen til systemet. Et mål på endringen i systemets rekkefølge er endringen i entropien ΔS.
Jo høyere grad av uorden (forstyrrelse) i systemet er, desto høyere er systemets entropi. Hvis prosessen går i retning av økende uorden i systemet (og hverdagserfaring viser at dette er den mest sannsynlige prosessen), er ΔS en positiv verdi. For å øke ordensgraden i systemet (ΔS > 0), er det nødvendig å bruke energi. Begge disse bestemmelsene følger av en grunnleggende naturlov – termodynamikkens andre lov. Kvantitativt er forholdet mellom endringer i entalpi, entropi og fri energi beskrevet av Gibbs-Helmholtz-ligningen:
ΔG = ΔH - T ΔS
Svar fra 2 svar[guru]
Hallo! Her er andre tråder med lignende spørsmål.