МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
«Брянский государственный технический университет»
Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»
Расчетно-графическая работа №1
По дисциплине: «Теплофизика»
БГТУ.140100.Б3.06.РГР.11.0571.Пояснительная записка. 19
Выполнили студенты гр. 11-ТиТ:
__________________Зайцев С.А.
_______________Некрасова М.К.
______________Цыганкова А.Н.
________________Симунин С.С.
Проверил:
_________доц., к.т.н. Курбатская Н.А.
Брянск 2012
Содержание
Вопрос 1 3
Вопрос 2 5
Вопрос 3 6
Вопрос 4 7
Вопрос 5 8
Вопрос 6 9
Задача №1 10
Задача №2 11
Задача №3 13
Задача №4 14
Задача №5 15
Задача №6 17
Вопрос 1
1)Кусок металла и кусок дерева имеют одинаковую температуру. Почему на ощупь холодный металл кажутся холоднее дерева, а горячий металл – горячее дерева? При какой температуре металл и дерево будут казаться на ощупь одинаковыми по степени нагретости?
Мир стремится к равновесию. Это касается и температуры. Если не вмешиваться в процесс теплопередачи, то тепло от более горячего тела перетекает к более холодному телу. На самом деле не тепло перетекает, а это молекулы взаимодействуют друг с другом. В горячем теле молекулы движутся интенсивнее, нежели в холодном. Кинетическая энергия быстрых молекул передается более медленным при столкновении, тем самым разгоняя их, а горячие молекулы тормозятся. Таким образом, разогнавшиеся молекулы в целом повышают температуру тела, ведь чем быстрее молекулы движутся, тем больше температура тела. Но через некоторое время температура двух тел выровняется. Это и означает, что температуры сравнялись, наступило тепловое равновесие.
В нашем случае, тепло человеческого тела взаимодействует с металлом или деревом. Взаимодействуя, более нагретые человеческим организмом молекулы передают энергию менее нагретыми молекулами металл интенсивнее, нежели менее нагретым молекулам дерева. Секрет этого явления лежит в структуре вещества. Металл представляет собой кристаллическую решетку (рис. №1), в узлах которой движутся электроны. При повышении температуры электроны, также как и молекулы, начинают двигаться быстрее и, благодаря структуре металла, электроны с большей энергией сталкиваются с менее подвижными, а те в свою очередь с другими и т.д. Таким образом, повышается температура металла. Иное дело с деревом.
Рис. 1. Кристаллическая решетка.
В целлюлозе (рис.№2) нет свободных электронов. Все они привязаны к своим местам. Молекулы руки толкают молекулы дерева, которые находятся снаружи. Из-за плотной структуры, процесс теплопередачи более долговременен, нежели в металле. Тепло очень медленно проникает в дерево, значит, рука, при контакте, остывает тоже медленно, поэтому тепловому механизму тела не приходится тратить усилия по теплобалансу, нежели при контакте с железом. Стоит только крови доставить тепло, как электроны металла тут же переносят его во внутрь структуры.
Рис.2. Молекулярная структура целлюлозы.
Вышеперечисленные характеристики внутреннего строения кусков металла и железа подкрепляются различной удельной теплоемкостью веществ. Так у древесины удельная теплоемкость равна 1,7 КДж*кг-1*К-1, в то время как у железа она равна 0,444 КДж*кг-1*К-1.
Сталь необходимо нагреть в 3,829 раз больше, нежели дерево, чтобы температура на ощупь была одинаковой. Данное значение исходит из расчета теплоемкостей веществ:
Qд/Qст=cдm𝝙t/cстm𝝙t,
допустим, что изменение температуры и массы равны, тогда отношение теплоемкостей равно:
сд/сст=1700/444=3,829