150134 (732604), страница 2
Текст из файла (страница 2)
a1= dl/(l0dT),де l - довжина тіла (X = l), l0 - початкова довжина тіла.
3.2. Температурний коефіцієнт об’ємного розширення - [av]; (cubic expansion coefficient, температурный коэффициент объемного расширения
де V - об’єм тіла чи системи (X = V); V0 - об’єм тіла чи системи при 273,15 К (процес підвищення температури відбувається ізобарно).
3.3(Відносний) коефіцієнт тиску - [ap]; (relative pressure coefficient, температурный коэффициент давления)де р - тиск системи (X = p); р0- тиск системи при 273,15 К (тиск у системі змінюється при ізохорному збільшенні температури).Розмірність та одиниця будь-якого температурного коефіцієнта дорівнюють dim a = -1, [a] = 1 K-1.Кельвін у мінус першому степені (К-1, К-1) - дорівнює температурному коефіцієнту відносної зміни фізичної величини, при якому зміна температури на 1 К від вихідної спричинить таку відносну зміну зазначеної величини, що дорівнює одиниці.
4.Теплота, кількість теплоти - [Q]; (heat; теплота, количество теплоты) - скалярна фізична величина, що характеризує передавання енергії від одного тіла до іншого або її перетворення з однієї форми на іншу, коли в цьому процесі не відбувається перенесення речовини і не виконується робота.Теплота є функцією процесу. У ізотермічному процесі з першого закону термодинаміки маємоQ = А,де А - робота, яку виконує система, коли вона ізотермічно розширюється. Отже, розмірності й одиниці теплоти та роботи збігаються:
dim Q = L2MT-2, [Q] = 1 Дж.
Джоуль (J, Дж) – дорівнює теплоті, що еквівалентна роботі 1 Дж.
Рекомендовано такі кратні та частинні одиниці теплоти: кДж, MДж, ГДж, TДж, ПДж, EДж; мДж.Оскільки теплота є однією з найуживаніших у техніці фізичних величин, для неї в різні часи вводилися різні одиниці. Серед них нині найчастіше зустрічаються такі.
4.1.Калорія (cal, кал) - історично перша практична одиниця теплоти ("калорія" - від лат. calor, що означає "тепло, жар, спека"). Уперше її ввів шведський фізик І.Вільке. Визначення калорії було пов’язано з теплоємністю води, яка залежить від температури. Тому й розмір калорії залежав від умов нагрівання, початкової температури та температурної шкали. З огляду на це було запропоновано надати чинності єдиній калорії, що дістала назву міжнародної. Уперше це було зроблено 1929 р. на 1 Міжнародній конференції з властивостей води та водяної пари (Лондон). Протягом майже сімдесяти років визначення калорії кілька разів змінювалось, тому сьогодні вживається кілька видів калорій, з яких допустимі до застосування у спеціальних галузях такі:
міжнародна калорія (calIT, калмн): 1 калмн = 4,1868 Дж;
15-градусна калорія (cal15, кал15): 1 кал15 = 4,1865 Дж;
термохімічна калорія (calth, калтх): 1 калтх = 4,1840 Дж.
У колишньому СРСР до 1957 р. під назвою калорія застосовувалась 20-градусна калорія (cal20, кал20): 1 кал20 = 4,1820 Дж, яка нині не допустима до застосування.
В англійськомовних країнах досі використовується особлива одиниця теплоти
4.2.британська теплова одиниця (Btu, Бто): 1 Бто = 1055,056 Дж,яка згідно з чинним стандартом України не допустима до застосування. (раніше застосовувалось дещо інше позначення цієї одиниці: B.T.U.).Як і у випадку з калорією, існують різні види британської теплової одиниці, а саме:
термохімічна британська теплова одиниця (Btuth, Бтотх): 1 Бтотх = 1054,36 Дж;
середня британська теплова одиниця (Btumean, Бтоср): 1 Бтоср = 1054,35 Дж.
5.Тепловий потік - [Ф]; (heat flow rate, тепловой поток) - фізична величина, що дорівнює теплоті dQ, яка переноситься через визначену поверхню за час dt:
Ф = dQ/dt. dim Ф = L2MT-3,
[Ф] = 1 Вт.Ват (W, Вт) - дорівнює тепловому потоку, еквівалентному механічній потужності 1 Вт.Рекомендованою до застосування є кратна одиниця теплового потоку кВт.
Не допустимими до застосування, але вживаними позасистемними одиницями теплового потоку є такі:
калорія на секунду (cal/s, кал/с): 1 кал/с = 4,1868 Вт;
кілокалорія на годину (kcal/h, ккал/год): 1 ккал/год = 1,163 Вт.
5.1.Поверхнева густина теплового потоку - [q, ]; (areic heat flow rate, поверхностная плотность теплового потока) - векторна фізична величина, модуль якої дорівнює першій похідній теплового потоку за площею поверхні, через яку він проходить, а напрям збігається з напрямом переміщення теплоти:
де n - одиничний вектор нормалі до поверхні в напрямі перенесення теплоти.
dim q = MT-3, [q] = 1 Вт/м2.Ват на квадратний метр (W/m2, Вт/м2) - дорівнює поверхневій густині теплового потоку 1 Вт, рівномірно розподіленого по поверхні площею 1м2.
5.2Коефіцієнт теплопровідності, теплопровідність, - [, k]; (thermal conductivity, коэффициент теплопроводности) - скалярна фізична величина, що характеризує інтенсивність процесу теплопровідності в даній речовині й дорівнює відношенню модуля густини теплового потоку, спричиненого теплопровідністю, що протікає через деяку поверхню, до модуля градієнта температури на цій поверхні.
Це визначення випливає із закону Фур’єдо якого l входить як коефіцієнт пропорційності.dim = LMT-3-1, [] = 1 Вт/(м·K).
Ватнаметр-кельвін [W/(m·K), Вт/(м·K)] дорівнює коефіцієнту теплопровідності речовини,в якій при стаціонарному режимі теплопровідності з поверхневою густиною теплового потоку 1 Вт/м2 установлюється температурний градієнт 1 К/м. Існує багато вживаних, але не допустимих до застосування позасистемних одиниць коефіцієнта теплопровідності, наприклад:
1 ерг/(с·cм·oC) = 10-5 Вт/(м·K);
1 ккал/(год·м·oC) = 1,163 Вт/(м·K);
1 кал/(с·cм· oC) = 4,187·102 Вт/(м·K).
6. Коефіцієнт теплообміну - [K, k, a]; (coefficient of heat transfer, коэффициент теплообмена) - фізична величина, що характеризує передавання теплоти між двома середовищами і дорівнює відношенню поверхневої густини q теплового потоку, що протікає межу поділу середовищ до різниці температур T між ними:K = q/T.dim K = MT-3-1, [K] = 1 Вт/(м2·K).
Ват на квадратний метр-кельвін [W/(m2·K), Вт/(м2·K)] - дорівнює коефіцієнту теплообміну, що відповідає поверхневій густині теплового потоку 1 Вт/м2 при різниці температур 1 К.Існує багато вживаних, але не допустимих до застосування позасистемних одиниць коефіцієнта теплообміну, наприклад:
1 ерг/(с·cм2·oC) = 10-3 Вт/(м2·K); 1 ккал/(год·cм2·oC) = 1,16 Вт/(м2·K);
1 кал/(с·cм2·oC) = 4,187Вт/(м2·K); 1 Бто/(год·фут2·oF) = 5,68 Вт/(м2·K).
6.1. Коефіцієнт теплопередавання - [h,a]; (surface coefficient of heat transfere, коэффициент теплопередачи) - фізична величина, що характеризує передавання теплоти від одного середовища до іншого через стінку (межу поділу) і дорівнює відношенню поверхневої густини q стаціонарного теплового потоку на стінці (межі поділу) до різниці між температурою Тs стінки (поверхні поділу) та температурою Тt зовнішнього середовища :h = q/(Тs-Тt).Коефіцієнт теплопередавання має такі самі розмірність і одиницю, що й коефіцієнт теплообміну.
6.2. Коефіцієнт теплоізоляції, теплоізоляція [M];(thermal insulance, коэффициент теплоизоляции) - фізична величина, обернена до коефіцієнта теплообміну К:
M = 1/К.dim M = М-1T3, [M] = 1 (м2·K)/Вт.
Квадратний метр-кельвін на ват [(m2·K)/W, (м2·K)/Вт] - дорівнює коефіцієнту теплоізоляції, який відповідає коефіцієнту теплообміну 1 Вт/(м2 K).
У будівництві цю величина часто називають термічним (тепловим) опором і позначають символом R.
6.3. Коефіцієнт температуропровідності, температуропровідність - [a]; (thermal diffusivity, коэффициент температуропроводности) - фізична величина, що характеризує швидкість зрівнювання температури в середовищі за умов нестаціонарної теплопровідності та дорівнює відношенню коефіцієнта теплопровідності l речовини до добутку її питомої масової теплоємності cp при постійному тиску й густини r:
a = l/cpr. dim a = L2T-1, [a] = 1м2/с.
Квадратний метр на секунду (m2/с, м2/с) дорівнює температуропровідності речовини з теплопровідністю 1 Вт/(м·K), питомою масовою теплоємністю при постійному тиску 1 Дж/(кг·K) і сталою густиною 1 кг/м3.
7. Теплоємність тіла (системи) - [C]; (heat capacity of body (system), теплоемкость тела (системы)) - фізична величина, що дорівнює відношенню елементарної кількості теплоти dQ, яка витрачається на нагрівання тіла (системи), при якому температура тіла (системи) підвищується на dT, до цієї різниці температур:C = dQ/dT.
Теплоємність є функцією процесу і тому залежить не лише від властивостей речовини, з якої складається тіло (система), а й від типу процесу нагрівання. Найуживанішими різновидами теплоємності є ізобарна теплоємність CP (при постійному тиску) та ізохорна CV(при постійному об’ємі).
dim C = L2MT-2-1, [C] = 1 Дж/K.
Джоуль на кельвін (J/K, Дж/K) - дорівнює теплоємності системи, температура якої підвищується на 1 К при підведенні до системи теплоти 1 Дж.
Рекомендовано кратну одиницю кДж/K.
7.1. Питома (масова) теплоємність - [c]; (massic heat capacity, удельная (массовая) теплоемкость) - фізична величина, що дорівнює відношенню теплоємності C тіла (системи) до маси м тіла (системи)
c = C/m. dim c = L2T-2-1, [c] = 1 Дж/(кг·K).
Джоуль на кілограм-кельвін (J/(kg·K), Дж/(кг·K)) - дорівнює питомій масовій теплоємності однорідного тіла (системи) масою 1 кг з теплоємністю 1 Дж/K.
Рекомендовано кратну одиницю кДж/(кг·K).
Через те що питома масова теплоємність досить поширена в техніці, для неї історично було введено багато позасистемних одиниць. Нині всі вони є не допустимі до застосування. Наведемо найуживаніші з них.
1 ерг/(г ·oC) = 10-4 Дж/(кг·K); 1 ккал/(кг·oC) = 4,187·103 Дж/(кг·K);
1 кал/(г·oC) = 4,187·103 Дж/(кг·K); 1 Бто/(фунт·oF) = 4,187·103 Дж/(кг·K).
Залежно від процесу передавання теплоти тілу (системі) розрізняють різні види питомої (масової) теплоємності, визначення яких випливають з їхніх назв:
7.1.1. питома (масова) теплоємність при постійному тиску - [cp]; (massic heat capacity at constant pressure, удельная теплоемкость при постоянном давлении);
7.1.2.питома (масова) теплоємність при постійному об’ємі - [cV]; (massic heat capacity at constant volume, удельная теплоемкость при постоянном объеме);
7.1.3. питома (масова) теплоємність при кипінні - [csat]; (massic heat capacity at saturation, удельная теплоемкость при кипении).
7.2. Питома об’ємна теплоємність - [Сv]; (heat capacity per unit volume, удельная объемная теплоемкость) - фізична величина, що дорівнює добутку питомої (масової) теплоємності c тіла (системи) та густини речовини r за умови незмінності об’єму тіла (системи): Сv=cr
dim Сv = L-1MT-2-1, [Сv] = 1 Дж/(м3'K).
Джоуль на кубічний метр-кельвін (J/(m3·K), Дж/(м3·K)) дорівнює питомій об’ємній теплоємності тіла (системи), яке має питому масову теплоємність 1 Дж/(кг·К) та густину 1 кг/м3.
Зауважимо, що майже таким самим символом (CV) – позначається вживана набагато частіше, ніж питома об’ємна теплоємність, величина - молярна теплоємність при постійному об’ємі. Якщо в тексті ці величини зустрічаються разом, то для питомої об’ємної теплоємності краще застосовувати інший символ.
7.3. Відношення питомих (масових) теплоємностей - []; (ratio of the massic heat capacities, отношение удельных теплоемкостей) - фізична величина, що дорівнює відношенню питомої (масової) теплоємності при
постійному тиску cp до питомої (масової) теплоємності при постійному об’ємі cV:= cp/cV. тdim = 1, [] = 1.
8. Ентропія - [S]; (entropy, энтропия) - функція стану системи, диференціал якої в елементарному оборотному процесі дорівнює відношенню нескінченно малої теплоти dQ, переданої системі, до її абсолютної температури T:
dS = dQ/T
Ентропію пов’язано зі статистичною вагою стану системи W (див. підрозд.4.8) згідно з формулою Больцмана S = kВ·lnW, де kВ - стала Больцмана. Це співвідношення дозволяє надати ентропії фізичного змісту міри безладдя, хаосу в системі. Згідно з другим законом термодинаміки в ізольованих системах можливий довільний перебіг лише таких процесів, у яких ентропія системи не зменшується. У рівноважному стані ентропія ізольованої системи максимальна
.dim S = L2MT-2-1, [S] = 1 Дж/K.Джоуль на кельвін (J/K, Дж/K) - дорівнює зміні ентропії системи, яка має температуру n K, коли протягом ізотермічного процесі цій системі надається кількість теплоти n Дж (n -довільне ціле число).Рекомендованою кратною одиницею ентропії є кДж/K.
9.Термодинамічний потенціал - [-]; (thermodynamic potential, термодинамический потенциал) - характеристична функція стану системи, зміна якої в рівноважному (оборотному) процесі, що перебігає при незмінних значеннях визначеної пари термодинамічних параметрів, дорівнює повній роботі, яку виконала система, за винятком роботи проти зовнішнього тиску.
З визначення термодинамічного потенціалу випливає, що він має розмірність та одиницю теплот Джоуль (J, Дж) - дорівнює термодинамічному потенціалу, еквівалентному теплоті 1 Дж.Розглянемо найуживаніші в термодинаміці потенціали.
9.1.Внутрішня енергія, термодинамічна енергія - [U, E]; (thermodynamic energy, внутренняя энергия) - енергія, яка залежить лише від термодинамічного стану системи.З першого закону термодинаміки випливає, що зміна DU внутрішньої енергії ізольованої термодинамічної системи дорівнює сумі теплоти Q, яку передано системі, та роботи А, виконаної над цією системою:
DU = Q + A.Внутрішня енергія є термодинамічним потенціалом системи, якщо незалежними змінними обрано ентропію S та об’єм V (ізохорно-ізентропійний потенціал). З погляду статистичної фізики, внутрішня енергія є сумою кінетичної енергії хаотичного руху частинок та мікрочастинок речовини, міжмолекулярної енергії, внутрішньомолекулярної, тобто хімічної енергії, внутрішньоатомної й внутрішньоядерної енергій частинок, що складають систему, енергії електронного збудження й гравітаційної енергії зазначених частинок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
