Varme er et mål på termisk energi som kan overføres fra ett punkt til et annet. Varme er overføring av kinetisk energi fra en energikilde til et medium eller fra ett medium eller objekt til et annet medium eller objekt.

Varme er en av de viktige komponentene i faseendringer knyttet til arbeid og energi. Varme er også et mål på kinetisk energi som partiklene i et system besitter. Den kinetiske energien til partiklene i systemet øker med økningen i temperaturen i systemet. Derfor endres varmemålet med tiden.

java-tegn til int

Varmeoverføring

Når et system med høyere temperatur bringes i kontakt med et system med lavere temperatur, overføres energi fra partiklene i det første systemet til partiklene i det andre. Derfor kan varmeoverføring defineres som prosessen med overføring av varme fra et objekt (eller et system) ved en høyere temperatur til et annet objekt (eller et system) ved en lavere temperatur.

Formel for varmeoverføring

Varmeoverføringsformelen bestemmer mengden varme som overføres fra et system til et annet.

Q = c × m × ΔT

Hvor,

Q er varmen som tilføres systemet

m er massen til systemet

c er den spesifikke varmekapasiteten til systemet

ΔT er endringen i temperaturen til systemet

Den spesifikke varmekapasiteten (c) er definert som mengden varme (i Joule) absorbert per masseenhet (kg) av materialet når temperaturen øker med 1 K (eller 1 °C). Enhetene er J/kg/K eller J/kg/°C.

Avledning av formelen

La m være massen til systemet og c være den spesifikke varmekapasiteten til systemet. La ΔT være endringen i systemets temperatur.

Deretter mengden varme som tilføres ( Q ) er produktet av massen m , spesifikk varmekapasitet c og endring i temperatur ΔT og er gitt av,

Q = c × m × ΔT

Typer varmeoverføring

Det er tre typer varmeoverføring:

1. Ledning
2. Konveksjon
3. Stråling

Ledning

Overføring av varme gjennom faste materialer kalles ledning. Formelen for varme overført ved ledningsprosessen er uttrykt som:

Q = kA(T _Varmt -T _Kald) t/d

Hvor,

Q er varmeoverført gjennom ledning

k er materialets varmeledningsevne

A er arealet av overflaten

T_Varmter temperaturen på den varme overflaten

T_Kalder temperaturen på den kalde overflaten

det er tid

d er tykkelsen på materialet

Konveksjon

Overføring av varme gjennom væsker og gasser kalles konveksjon. Formelen for varme overført ved konveksjonsprosessen er uttrykt som:

Q = H _c PÅ _Varmt -T _Kald )

Hvor,

Q er varmeoverført gjennom konveksjon

H_cer varmeoverføringskoeffisienten

A er arealet av overflaten

T_Varmter temperaturen til det varme systemet

T_Kalder temperaturen til det kalde systemet

Stråling

Overføring av varme gjennom elektromagnetiske bølger kalles stråling. Formelen for varme som overføres ved strålingsprosessen er uttrykt som:

Q = σ (T _Varmt – T _Kald) ⁴ EN

Hvor,

Q er varme som overføres gjennom stråling

σ er Stefan Boltzmann Constant

java int i streng

T _Varmt er temperaturen på det varme systemet

T _Kald er temperaturen til det kalde systemet

A er arealet av overflaten

Stefan Boltzmann Konstant (σ) beregnes som:

σ = 2.p ⁵ K _B ⁴ / 15 t ³ c ² = 5,670367(13) × 10 ^-8 J . m ^-2 . S ^-1 . K ^-4

Hvor,

σ er Stefan Boltzmann Constant

pi(π) ∼=

k _B er Boltzmann konstant

h er Plancks konstant

c er lysets hastighet i vakuum

Prøveproblemer

Oppgave 1: Et system med en masse på 10 kg og en starttemperatur på 200 K varmes opp til 450 K. Spesifikk varmekapasitet til systemet er 0,91 KJ/kg K. Beregn varmen som oppnås av systemet i denne prosessen.

10 potens av 6

Løsning:

I følge spørsmål,

Masse, m = 10 kg

Spesifikk varmekapasitet, c = 0,91 KJ/kg K

Starttemperatur, T _Jeg = 200 K

Slutttemperatur, T _f = 450 K

Endring i temperatur, ΔT = 450K – 200K = 250K

Ved å bruke varmeoverføringsformelen,

Q = c × m × ΔT

Q = 0,91 x 10 x 250

Q = 2275 KJ

Derfor er den totale varmen tilført av systemet 2275 KJ.

Oppgave 2: Den spesifikke varmen til jern er 0,45 J/g°C. Hvilken masse jern kreves for en varmeoverføring på 1200 Joule hvis temperaturendringen er 40°C?

Løsning:

I følge spørsmål,

np.sammenknytte

Spesifikk varme av jern, c = 0,45 J/g°C

Endring i temperatur, ΔT = 40°C

Mengde overført varme, Q = 1200 J

Ved å bruke varmeoverføringsformelen,

Q = c × m × ΔT

m = Q /(c x ΔT)

m = 1200 /(0,45 x 40)

m = 66,667 g

Derfor er nødvendig masse jern for en varmeoverføring på 1200 Joule 66,667 gram.

Oppgave 3: Tenk på to vannsøyler ved forskjellige temperaturer atskilt av en glassvegg med lengde 3m og bredde 1,5m og en tykkelse på 0,005m. Den ene vannsøylen er på 380K og den andre er på 120K. Beregn mengden varme som overføres hvis den termiske ledningsevnen til glass er 1,4 W/mK.

Løsning:

I følge spørsmål,

Termisk ledningsevne av glass, k = 1,4 W/mK.

Temperatur på første vannsøyle, T _{Varmt = 380K}

Temperatur på andre vannsøyle, T _{Kaldt = 120K}

Areal av glassveggen som skiller to søyler, A = lengde x bredde = 3m x 1,5m = 4,5m ²

Tykkelsen på glasset, d = 0,005m

Ved å bruke varmeoverføringsformelen for ledning,

Q = kA(T _Varmt -T _Kald )t / d

Q = 1,4 x 4,5 (380-120) / 0,005

Q = 327600 W

Derfor er mengden varme som overføres 327600 watt.

Oppgave 4: Beregn varmeoverføring gjennom konveksjon hvis varmeoverføringskoeffisienten til et medium er 8 W/(m) ² K) og området er 25 m ² og temperaturforskjellen er 20K.

Løsning:

I følge spørsmål,

Varmeoverføringskoeffisient, H _c = 8 W/(m ² K)

rihanna alder

Areal, A = 25m ²

Endring i temperatur, (T _Varmt – T _Kald) = 20K

Ved å bruke varmeoverføringsformelen for konveksjon,

Q = H _c PÅ _Varmt -T _Kald )

Q = 8 x 25 x 20

Q = 4000 W

Derfor er mengden varme som overføres gjennom konveksjon 4000 watt.

Oppgave 5: Beregn varmen som overføres gjennom stråling mellom to svarte legemer ved temperaturer 300K og 430K og arealet av mediet er 48 m ² . (Gitt Stefan Boltzmann Constant, σ = 5,67 x 10 ^-8 W/(m ² K ⁴ ) ).

Løsning:

I følge spørsmål,

Temperatur på varm kropp, T_Varmt= 430K

Temperatur på kald kropp, T_Kald= 300K

Endring i temperatur, (T_Varmt– T_Kald) = 430K – 300K = 130K

Areal, A = 48 m²

Stefan Boltzmann Konstant, σ = 5,67 x 10^-8W/(m²K⁴)

Ved å bruke varmeoverføringsformelen for stråling,

Q = σ (T_Varmt-T_{Kaldt) 4}EN

Q = 5,67 x 10^-8x 130⁴x 48

Q = 777,3 W

Derfor er mengden varme som overføres gjennom stråling 777,3 watt.