• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Prawo stygnięcia



    Podstrony: [1] [2] 3
    Przeczytaj także...
    Łaźnia – sprzęt laboratoryjny pośredniczący w ogrzewaniu lub chłodzeniu naczyń laboratoryjnych (wraz z ich zawartością). Łaźnia jest naczyniem wypełnionym odpowiednią substancją. Substancja ta może być nagrzewana przez zewnętrzne źródło ciepła w celu przekazywania tego ciepła dalej, poprzez ścianki naczynia laboratoryjnego do podgrzewanej substancji lub przeciwnie, może ona odbierać ciepło od substancji. Naczynie laboratoryjne jest zanurzone lub też otoczone substancją przekazującą ciepło z możliwie wszystkich stron.Czas – skalarna (w klasycznym ujęciu) wielkość fizyczna określająca kolejność zdarzeń oraz odstępy między zdarzeniami zachodzącymi w tym samym miejscu. Pojęcie to było również przedmiotem rozważań filozoficznych.
    Stygnięcie przy zmiennej temperaturze otoczenia[]

    Założenia[]

    Jeżeli stygnący układ i bezpośrednie otoczenie układu są odizolowane od otoczenia termodynamicznego, prawo stygnięcia Newtona pozostaje słuszne, pomimo tego że temperatura otoczenia układu nie jest stała.

    Najprościej można sobie wyobrazić 2 układy odizolowane termicznie od otoczenia a w kontakcie ze sobą poprzez przegrodę, przy czym wnętrza obu układów mają jednorodny rozkład temperatury (uzyskuje się np. poprzez mieszanie lub gdy szybkość przepływu ciepła przez przegrodę jest dużo mniejsza niż przepływ wewnątrz obu układów). Konieczne jest też założenie o (przynajmniej w przybliżeniu) stałości pojemności cieplnych obu układów (stałości ciepeł właściwych).

    Pojemność cieplna (oznaczana jako C, często z indeksami) – wielkość fizyczna, która charakteryzuje ilość ciepła, jaka jest niezbędna do zmiany temperatury ciała o jednostkę temperatury.Przewodność cieplna, współczynnik przewodnictwa ciepła oznaczany symbolem λ lub k określa zdolność substancji do przewodzenia ciepła. W tych samych warunkach więcej ciepła przepłynie przez substancję o większym współczynniku przewodności cieplnej.

    Przepływ ciepła przez przegrodę zależy od różnicy temperatur obu układów:

    Oba układy są izolowane od otoczenia, a więc:

    Termostat – urządzenie lub element urządzenia utrzymujący ("-stat") zadaną temperaturę ("termo-") poprzez aktywne działanie. Czasami nazwa rozciągana jest też na urządzenia o charakterze biernym utrzymujące temperaturę dzięki dobrej izolacji cieplnej np. termos lub naczynie Dewara lub wykorzystujące zjawiska przebiegające w określonych temperaturach np. łaźnia wodna.Otoczenie termodynamiczne , skrótowo otoczenie, inaczej środowisko to wszystko co nie należy do układu termodynamicznego, teoretycznie cały Wszechświat.

    Rozwiązanie[]

    Różnice pojemności cieplnej obu układów (inna masa, m, i inne ciepło właściwe, C), powodują że ta sama ilość ciepła (energii) zmienia temperaturę w różny sposób:

    Temperatura – jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu) w termodynamice. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.Konwekcja – proces przekazywania ciepła związany z makroskopowym ruchem materii w gazie, cieczy bądź plazmie, np. powietrzu, wodzie, plazmie gwiazdowej. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła. Ruch ten precyzyjniej nazywa się prądem konwekcyjnym.
      i     i     i  

    a także:

    Sir Isaac Newton (ur. 25 grudnia 1642/4 stycznia 1643 w Woolsthorpe-by-Colsterworth, zm. 20 marca 1726/31 marca 1727 w Kensington) – angielski fizyk, matematyk, astronom, filozof, historyk, badacz Biblii i alchemik.Promieniowanie cieplne (termiczne, temperaturowe) – promieniowanie elektromagnetyczne generowane przez cząstki naładowane elektrycznie w wyniku ich ruchu termicznego w materii. Cała materia o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne.
    gdzie temperatura końcowa Teq jest funkcją temperatur początkowych T1,0 i T2,0 oraz pojemności cieplnych układów:

    Stąd:

    Układ termodynamicznie izolowany (układ termodynamiczny odosobniony) – układ termodynamiczny, który nie wymienia z otoczeniem ani materii, ani energii.Układ termodynamiczny – rodzaj układu fizycznego, czyli zespołu wzajemnie oddziałujących obiektów makroskopowych (ciał i pól), które mogą wymieniać energię i materię. Układ jest oddzielony od otoczenia jednoznacznie zdefiniowaną granicą, istniejącą realnie i dostrzegalną albo czysto myślową. Wyodrębniony zespół obiektów nazywa się układem termodynamicznym wtedy, gdy jest przedmiotem badań prowadzonych metodami termodynamicznymi, pozwalającymi opisać stan układu w różnych warunkach oraz przemiany, które w nim zachodzą.
    gdzie ΔT jest róznicą temperatur układów "1" i "2":

    Skąd wynika:

    Woda (tlenek wodoru; nazwa systematyczna IUPAC: oksydan) – związek chemiczny o wzorze H2O, występujący w warunkach standardowych w stanie ciekłym. W stanie gazowym wodę określa się mianem pary wodnej, a w stałym stanie skupienia – lodem. Słowo woda jako nazwa związku chemicznego może się odnosić do każdego stanu skupienia.Masa – jedna z podstawowych wielkości fizycznych określająca bezwładność (masa bezwładna) i oddziaływanie grawitacyjne (masa grawitacyjna) obiektów fizycznych. Jest wielkością skalarną. Potocznie rozumiana jako miara ilości materii obiektu fizycznego. W szczególnej teorii względności związana z ilością energii zawartej w obiekcie fizycznym. Najczęściej oznaczana literą m.

    gdzie:

    Fizyka (z stgr. φύσις physis – "natura") – nauka przyrodnicza zajmująca się badaniem właściwości i przemian materii i energii oraz oddziaływań między nimi. Do opisu zjawisk fizycznych używają wielkości fizycznych, wyrażonych za pomocą pojęć matematycznych, takich jak liczba, wektor, tensor. Tworząc hipotezy i teorie fizyki, budują relacje pomiędzy wielkościami fizycznymi.Wrzenie – zjawisko przemiany cieczy w gaz (parę), podczas którego powstają i rosną pęcherzyki pary nasyconej w objętości. Czyli wrzenie jest to gwałtowne parowanie nie tylko na powierzchni, ale także w całej objętości. Wrzenie wymaga dostarczania energii do wrzącego ciała, dlatego jest przejściem fazowym pierwszego rodzaju.
  • I ostatecznie: gdzie ΔT0 jest początkową różnicą temperatur:

    oraz:

    lub

    Wynik końcowy zgodny jest więc (co do charakteru przebiegu eksponencjalnego) z prawem stygnięcia Newtona dla stygnącego układu w kontakcie z otoczeniem o stałej temperaturze. To tłumaczy również sukces tego prostego prawa nawet gdy jego podstawowe założenia nie są spełnione.

    Przypadek graniczny - stała temperatura otoczenia[]

    Gdy pojemność układu "2" traktowanego tutaj jako "bezpośrednie otoczenie" jest dużo większa niż pojemność cieplna układu stygnącego:

    wówczas temperatura układu "2" (bezpośredniego otoczenia stygnącego układu) pozostaje stała:

    oraz:

    gdzie współczynnik kT,1 w równaniu jest tożsamy z wartością k w oryginalnym równaniu eksponencjalnym:



    Podstrony: [1] [2] 3



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.109 sek.