Мощность нагревателей и КПД

Нагревание и охлаждение

Этот процесс характеризуется изменением температуры системы. Количество теплоты определяется по формуле

Удельная теплоемкость вещества с измеряется количеством теплоты, которое необходимо для нагревания единицы массы данного вещества на 1К=1⁰С. Для нагревания 1кг стекла или 1кг воды требуется различное количество энергии. Удельная теплоемкость - табличная величина.

Теплоемкость вещества (тела) С - это количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела без учета его массы на 1К.

При вычислении ΔT договоримся из большей температуры вычитать меньшую. Тогда количество теплоты будет всегда положительной величиной. Это уменьшает вероятность ошибки при сложении количества теплоты, выделяющегося при охлаждении с количеством теплоты выделяющимся, например, при кристаллизации.

Горение

Количество теплоты, которое выделяется при сгорании вещества

Удельная теплота сгорания табличная величина.

Плавление и кристаллизация

Плавление - переход вещества из твердого состояния в жидкое. Обратный переход называется кристаллизацией.

Энергия, которая тратится на разрушение кристаллической решетки вещества, определяется по формуле

Значение удельной теплоты плавления можно найти в таблицах.

 

Парообразование (испарение или кипение) и конденсация

Парообразование - это переход вещества из жидкого (твердого) состояния в газообразное. Обратный процесс называется конденсацией.

Удельная теплота парообразования табличная величина.

 

Уравнение теплового баланса

Если мы рассмотрим изолированную (нет обмена энергией с окружающей средой) систему тел (твердых или жидких), в которой теплообмен может совершаться только между телами входящими в эту систему, то в результате этого процесса в системе установится тепловое равновесие. Температуры всех тел станут одинаковыми и равными некоторому значению Q.

В процессе теплообмена тела, начальные температуры которых больше Q («горячие» тела), будут отдавать свою энергию, а тела, у которых начальные температуры меньше Q, - получать энергию.

Из закона сохранения энергии (т.к. система изолированная) следует, что количество теплоты, потерянное телами с более высокой температурой, будет равно количеству теплоты, приобретенному телами с более низкими температурами.

Q_отд=Q_получ где Q_отд - количество теплоты, отданное «горячими» телами; Q_получ - количество теплоты, полученное «холодными» телами.

Это уравнение носит название уравнения теплового баланса. А положение, что количество теплоты, потерянное «горячими» телами, равно количеству теплоты, приобретенному «холодными телами» называется законом теплообмена.

В приведенном выше подходе при составлении уравнения теплового баланса мы везде из большего значения температуры должны вычитать меньшее, тогда значения количеств теплоты всегда были положительными.

Мощность нагревателей и КПД

Важная характеристика любого нагревательного устройства – тепловая мощность, которая определяется как быстрота выделения тепла и равна отношению количества теплоты ко времени, в течение которого она выделялась.

, [N]=Вт,

чтобы не путать время и температуру обозначим здесь промежуток времени за Δτ. Не забывайте, что в системе СИ время надо подставлять в секундах!

 

 

Но не вся энергия, которая выделяется в нагревателе при сгорании топлива или потребляется из электрической сети идет на полезный эффект. Часть неизбежно пропадает. Долю энергии пошедшей в полезное тепло принято характеризовать коэффициентом полезного действия. . Заметим, что КПД в зависимости оттого что считать полезным эффектом может различаться для одного и того же устройства. Например, с точки зрения нагревания воды КПД электрического чайника может быть около 90%. Но если его использовать для обогрева комнаты, то КПД может возрасти и до 99%.

 

 

Мощность тепловых потерь

 

Вследствие теплообмена с окружающей средой, часть тепла всегда рассеивается. Происходят тепловые потери. Мощность таких потерь зависит от многих факторов. От свойств окружающей среды, от теплопроводности материалов и её не всегда удается рассчитать теоретически. Но при прочих равных факторах, мощность тепловых потерь линейно зависит от разности температур тела и окружающей среды и площади поверхности нагревателя.

 

 

Поэтому поверхность батарей отопления, радиаторов для увеличения мощности теплообмена стараются максимально увеличить. И верно обратное, например, котенок сворачивается в клубок, если ему холодно (вспомним, что у шара минимальная площадь поверхности при заданном объеме).

 

В ряде случаев приходится прикладывать большие усилия, чтобы уменьшить мощность тепловых потерь, исключая отдельные виды теплопередачи (конвекцию, теплопроводность, излучение)

 

 

 

Почти полностью исключают теплообмен хорошие термосы и калориметры.

 

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: