Тема 9. Элементы химической термодинамики
Химические процессы. Теплоты реакций. Экзотермические реакции. Эндотермические реакции. Закон Г.И. Гесса. Два следствия, вытекающие из закона Гесса, и их применение.
Методические указания
Химическими процессами называются процессы, в результате которых образуются новые вещества, отличающиеся по своим физическим и химическим свойствам от исходных веществ.
Все химические процессы или химические реакции сопровождаются или выделением теплоты или ее поглощением. Реакции, происходящие с выделением теплоты, называются экзотермическими, а реакции, сопровождающиеся поглощением теплоты эндотермическими.
Русским академиком Г.И. Гессом в 1840 г. опытным путем был установлен следующий закон, которому дано имя Гесса: тепловой эффект реакции не зависит от пути ее протекания и от промежуточных процессов, а зависит лишь от начального и конечного состояния.
Из закона Гесса вытекают два важнейших следствия:
1. Тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования конечных продуктов реакции минус сумма теплот образования исходных веществ:
2. Тепловой эффект реакции равен сумме теплот сгорания исходных веществ минус сумма теплот сгорания продуктов реакции:
Пользуясь этими следствиями, можно вычислить тепловые эффекты
реакций, осуществление которых на практике затруднено или совершенно невозможно.
Часть II. Основы теплообмена Введение
Предмет теплообмена. Область его применения. Значение теплообмена в технике. Связь теплообмена со смежными дисциплинами. Основные виды теплообмена: теплопроводность, конвекция (естественная и вынужденная), тепловое излучение. Характеристики теплообмена.
Методические указания
Теплообмен — это наука, исследующая законы распространения тепла. Исследования показали, что тепло обмен является сложным процессом.
Различают три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.
В чистом виде элементарные виды теплообмена встречаются редко, в большинстве случаев один вид теплообмена сопровождается другим.
Тема 10. Теплопроводность
Теплопроводность. Температурное поле. Основной закон теплопроводности — закон Фурье. Градиент температуры. Коэффициент теплопроводности и его физический смысл. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Коэффициент теплопроводности. Условия однозначности. Геометрические, физические, временные и граничные условия. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенок при стационарном и нестационарном режимах.
Методические указания
Студенту необходимо понять и запомнить такие основные понятия, как температурное поле, градиент температуры, передаваемая теплота, тепловой поток, поверхностная плотность теплового потока, линейная плотность теплового потока.
Рассмотрение отдельных видов теплообмена, таких как теплопроводность, конвекция и излучение микрочастиц вещества без визуально наблюдаемого перемещения самих частиц. Явление теплопроводность, имеет место в твердых телах.
Следует уяснить назначение и состав условий однозначности при решении задач теплообмена. Необходимо понять влияние рода граничных условий на решение задач теплообмена. Необходимо понять влияние рода граничных условий на решение уравнений теплопроводности при стационарном режиме. Студент должен разобраться, как применял граничные условия I рода, получают решение по распространению температуры внутри тела, а применяя граничные условия III рода, получают решение по передаче теплоты от горячего носители к холодному через разделяющую их стенку (теплопередача).
Конечная цель решения задач стационарной теплопроводности — определение теплового потока, т.е. количества теплоты, передаваемой за одну секунду. Надо понимать разницу между линейной и поверхностной плотностями теплового потока, а также между коэффициентом теплопередачи и линейным коэффициентом теплопередачи. Следует разобраться в способах интенсификации теплопередачи, а также в том, как надо правильно подбирать материалы теплоизоляции цилиндрического теплопровода. Необходимо понять, почему критерий Био (Вi) и Фурье (Fо) определяют нестационарную теплопроводность при нагревании и охлаждении тела.