By : admin

tanulási célok

végére ez a szakasz, akkor képes lesz arra, hogy:

  • megvitatják hőátadás sugárzás.
  • magyarázza el a különböző anyagok erejét.

érezheti a hőátadást a tűzből és a napból. Hasonlóképpen, néha elmondhatja, hogy a sütő forró, anélkül, hogy megérintené az ajtót, vagy belenézne—ez csak melegítheti Önt, amikor sétál. A Föld és a nap közötti tér nagyrészt üres, konvekcióval vagy vezetéssel történő hőátadás lehetősége nélkül., Ezekben a példákban a hőt sugárzás adja át. Vagyis a forró test olyan elektromágneses hullámokat bocsát ki, amelyeket a bőrünk abszorbeál: az elektromágneses hullámok terjedéséhez nincs szükség közegre. Különböző neveket használnak különböző hullámhosszú elektromágneses hullámokhoz: rádióhullámok, mikrohullámok, infravörös sugárzás, látható fény, ultraibolya sugárzás, röntgensugarak, gamma-sugarak.

1.ábra. A tűzről a megfigyelőkre történő hőátadás nagy része infravörös sugárzáson keresztül történik., A látható fény, bár drámai, viszonylag kevés hőenergiát továbbít. A konvekció a forró levegő emelkedésével energiát távolít el a megfigyelőktől, míg a vezetés itt elhanyagolhatóan lassú. A bőr nagyon érzékeny az infravörös sugárzásra, így érzékelheti a tűz jelenlétét anélkül, hogy közvetlenül megnézné. (credit: Daniel X. O ‘ Neil)

az elektromágneses sugárzás energiája a hullámhossztól (színtől) függ, és széles tartományban változik: egy kisebb hullámhossz (vagy nagyobb frekvencia) magasabb energiának felel meg., Mivel magasabb hőmérsékleten több hő sugárzik, a hőmérsékletváltozást színváltozás kíséri. Vegyünk például egy elektromos elemet egy tűzhelyen, amely pirosról narancsra világít, míg a nagyolvasztóban lévő magasabb hőmérsékletű acél sárgáról fehérre világít. A sugárzás, amit érzel, többnyire infravörös, ami alacsonyabb hőmérsékletnek felel meg, mint az elektromos elemé és az acélé. A sugárzott energia az intenzitásától függ, amelyet a 2.ábra az eloszlás magasságával ábrázol.,

Az elektromágneses hullámok többet magyaráznak az elektromágneses spektrumról, a kvantumfizika bevezetése pedig azt tárgyalja, hogy a hullámhossz csökkenése hogyan felel meg az energia növekedésének.

2.ábra. a) az ideális radiátorból három különböző hőmérsékleten kibocsátott elektromágneses hullámok spektrumának grafikonja. A sugárzás intenzitása vagy mértéke a hőmérséklet hatására drámaian megnő, a spektrum pedig a spektrum látható és ultraibolya részei felé mozdul el., Az árnyékolt rész a spektrum látható részét jelöli. Nyilvánvaló, hogy az ultraibolya hőmérséklet felé történő elmozdulás a látható megjelenést vörösről fehérre kékre változtatja a hőmérséklet növekedésével. b) vegye figyelembe a színváltozásokat, amelyek megfelelnek a lánghőmérséklet változásainak. (hitel: Tuohirulla)

3.ábra. Ez az ábra azt mutatja, hogy a sötétebb járda melegebb, mint a világosabb járda (sokkal több a jég a jobb oldalon megolvadt), bár mindkettő egyszerre volt a napfényben., A járdák hővezetőképessége azonos.

minden tárgy elnyeli és bocsát ki elektromágneses sugárzást. A sugárzással történő hőátadás sebességét nagymértékben meghatározza az objektum színe. A fekete a leghatékonyabb, a fehér pedig a legkevésbé hatékony. A forró éghajlaton élő emberek általában elkerülik például a fekete ruházat viselését (lásd: take-Home Experiment: hőmérséklet a napfényben). Hasonlóképpen, a parkolóban lévő fekete aszfalt melegebb lesz, mint a szomszédos szürke járdán egy nyári napon, mert a fekete jobban felszívódik, mint a szürke., A fordított is igaz-a fekete jobban sugárzik, mint a szürke. Így egy tiszta nyári éjszakán az aszfalt hidegebb lesz, mint a szürke járdán, mert a fekete gyorsabban sugározza az energiát, mint a szürke. Az ideális radiátor ugyanolyan színű, mint az ideális abszorber, és rögzíti az összes rá eső sugárzást. Ezzel szemben a fehér gyenge abszorber, valamint rossz radiátor. A fehér tárgy tükrözi az összes sugárzást, mint egy tükör. (A tökéletes, csiszolt fehér felület tükörszerű megjelenésű, a zúzott tükör fehérnek tűnik.,)

A szürke tárgyak egységes képességgel rendelkeznek az elektromágneses spektrum minden részének elnyelésére. A színes objektumok hasonló, de összetettebb módon viselkednek, ami adott színt ad nekik a látható tartományban, és különlegessé teheti őket a nem látható spektrum más tartományaiban. Vegyük például az infravörös sugárzás erős felszívódását a bőrön, ami lehetővé teszi számunkra, hogy nagyon érzékenyek legyünk rá.

4.ábra. A fekete tárgy jó abszorber és jó radiátor, míg a fehér (vagy Ezüst) tárgy gyenge abszorber és rossz radiátor., Olyan, mintha a belső sugárzás visszaverődne az ezüst tárgyba, míg a fekete tárgy belsejéből származó sugárzás “felszívódik”, amikor eléri a felületet, és kívülről találja magát, erősen kibocsátva.

a kibocsátott sugárzás által kibocsátott hőátadás sebességét a Stefan-Boltzmann sugárzási törvény határozza meg:

\displaystyle\frac{Q}{T}=\sigma{e}at^{4}\\,

ahol σ = 5,67 × 10-8 j / s · m2 · K4 a Stefan-Boltzmann állandó, a az objektum felülete, t pedig abszolút hőmérséklete Kelvinben., Az e szimbólum az objektum emisszivitását jelenti,amely annak mértéke, hogy mennyire sugárzik. Az ideális jet-fekete (vagy fekete test) radiátor e = 1, míg a tökéletes reflektor e = 0. Valódi tárgyak esnek e két érték közé. Vegyük például a volfrám izzószálakat, amelyek e-je körülbelül 0,5, a szén-fekete (a nyomtatófestékben használt anyag), amelynek (a legismertebb) emissziója körülbelül 0,99.

a sugárzási sebesség közvetlenül arányos az abszolút hőmérséklet negyedik teljesítményével-rendkívül erős hőmérsékleti függőség., Ezenkívül a sugárzott hő arányos az objektum felületével. Ha szétzúzza a tűz szénét,a sugárzás észrevehető növekedése a sugárzó felület növekedése miatt.

5.ábra. Az épület egy részének termográfja hőmérsékletváltozásokat mutat, jelezve, hogy a külső hőátadás hol a legsúlyosabb. Az ablakok a lakások külső részébe történő hőátadás egyik fő régiója. (hitel: USA, Army)

a bőr az infravörös sugárzás rendkívül jó abszorberje és kibocsátója, az infravörös spektrumban 0,97-es emissziós képességgel rendelkezik. Így mindannyian majdnem (jet) fekete az infravörös, annak ellenére, hogy a nyilvánvaló eltérések a bőr színét. Ez a magas infravörös emisszivitás az, amiért olyan könnyen érezzük a sugárzást a bőrünkön. Ez az alapja a bűnüldöző szervek és a hadsereg által az emberek felderítésére használt éjszakai hatóköröknek is. A T4-függőség miatt még kis hőmérsékletváltozások is kimutathatók., A termográfoknak nevezett képek orvosilag felhasználhatók a kórosan magas hőmérsékletű régiók kimutatására a szervezetben, ami talán a betegségre utal. Hasonló technikák alkalmazhatók az otthonok hőszivárgásának észlelésére 5. ábra, a nagyolvasztók teljesítményének optimalizálása, a munkakörnyezetek kényelmi szintjének javítása, sőt a Föld hőmérsékleti profiljának távolról történő feltérképezése.

minden objektum sugárzást bocsát ki és vesz fel. A sugárzással történő hőátadás nettó sebessége (abszorpciós mínusz kibocsátás) mind az objektum hőmérsékletéhez, mind a környezet hőmérsékletéhez kapcsolódik., Feltételezve, hogy egy T1 hőmérsékletű objektumot egyenletes hőmérsékletű T2 környezet vesz körül, a sugárzással történő hőátadás nettó sebessége

\displaystyle\frac{Q_{\text{net}}}} {t}=\sigma{e}^\bal(t^4_2-T^4_1\jobb)\\,

take-Home Experiment: a nap hőmérséklete

helyezzen hőmérőt a napsütésbe, és alumíniumfóliával védje meg a közvetlen napfénytől. Mi az olvasás? Most távolítsa el a pajzsot, vegye figyelembe, hogy mit olvas a hőmérő., Vegyünk egy körömlakklemosóba áztatott zsebkendőt, tekerjük körbe a hőmérővel, és tegyük a napsütésbe. Mit olvas a hőmérő?

a Föld szinte minden energiáját a nap sugárzásából kapja, és annak egy részét visszatükrözi a világűrbe. Mivel a nap melegebb, mint a Föld, a nettó energiaáram a naptól a földig terjed. Az energiaátadás sebessége azonban kisebb, mint a radiatív hőátadás egyenlete, amelyet előre jelezne, mivel a nap nem tölti be az eget. A Föld átlagos emissziója (e) körülbelül 0.,65, de ennek az értéknek a kiszámítását bonyolítja az a tény, hogy a erősen fényvisszaverő felhőfedettség napról napra változik. Van egy negatív visszacsatolás (amelyben a változás olyan hatást eredményez, amely ellenzi ezt a változást) a felhők és a hőátadás között; a nagyobb hőmérséklet több vizet elpárolog, hogy több felhőt képezzen, amelyek több sugárzást tükröznek vissza az űrbe, csökkentve a hőmérsékletet. A gyakran említett üvegházhatás közvetlenül kapcsolódik a Föld sugárzási típusának sugárzási változásához (lásd a 6. ábrát)., Az üvegházhatás természetes jelenség, amely felelős a földi élethez megfelelő hőmérséklet biztosításáért. A Föld viszonylag állandó hőmérséklete a bejövő napsugárzás és a földről sugárzott energia közötti energiaegyensúly eredménye. A földről kibocsátott infravörös sugárzás nagy részét a légkörben lévő szén-dioxid (CO2) és víz (H2O) szívja fel, majd visszaáramlik a földre vagy a világűrbe., Az újbóli sugárzás a földre körülbelül 40ºC-kal magasabb felületi hőmérsékletet tart fenn, mint ha nem lenne légkör, hasonlóan ahhoz, ahogyan az üveg növeli az üvegházban a hőmérsékletet.

6.ábra. Az üvegházhatás egy olyan név, amelyet az üvegházakban használt eljáráshoz hasonló eljárással adnak a Föld légkörében lévő energia csapdázására. A légkör, mint az ablaküveg, átlátszóvá teszi a bejövő látható sugárzást és a nap infravörös sugárzásának nagy részét. Ezeket a hullámhosszokat a Föld elnyeli és infravörös sugárzásként újra kibocsátja., Mivel a Föld hőmérséklete sokkal alacsonyabb, mint a Napé, a Föld által sugárzott infravörös hullámhossza sokkal hosszabb. A légkör, mint az üveg, csapdába ejti ezeket a hosszabb infravörös sugarakat, melegítve a Földet, mint egyébként. A túltöltés mennyisége a nyomgázok koncentrációjától, például a szén-dioxidtól függ, és úgy gondolják, hogy ezeknek a gázoknak a koncentrációja megváltozik, ami befolyásolja a Föld felszíni hőmérsékletét.,

az üvegházhatás központi szerepet játszik a globális felmelegedés megvitatásában is, mivel az ipari termelésből és gazdálkodásból származó szén-dioxid és metán (és más úgynevezett üvegházhatású gázok) kerül a Föld légkörébe. A globális éghajlat változása intenzívebb viharokhoz, csapadékváltozásokhoz (a mezőgazdaságot érintő), az esőerdők biológiai sokféleségének csökkenéséhez és a tengerszint emelkedéséhez vezethet.

7.ábra., Ez az egyszerű, de hatékony naptej az üvegházhatást és a fényvisszaverő anyagot használja a napenergia csapdába ejtésére és megtartására. Olcsó, tartós anyagokból készül, pénzt és munkát takarít meg, és különösen gazdasági értéket képvisel az energia-szegény fejlődő országokban. (hitel: E. B. Kauai)

a fűtés és a hűtés gyakran jelentős mértékben hozzájárul az energiafelhasználáshoz az egyes lakásokban., A Környezetbarát otthonok fejlesztésére irányuló jelenlegi kutatási erőfeszítések gyakran a hagyományos fűtés és hűtés csökkentésére összpontosítanak jobb építőanyagokkal, stratégiailag pozicionáló ablakokkal a napsugárzás nyereségének optimalizálása érdekében, valamint a konvekció lehetővé tétele érdekében. Lehetőség van egy nulla energiájú ház építésére, amely lehetővé teszi a kényelmes életet az Egyesült Államok legtöbb részén, forró és nedves nyarakkal és hideg telekkel.

ezzel szemben a sötét tér nagyon hideg, körülbelül 3K (−454ºF), így a Föld energiát sugároz a sötét égbe., Annak a ténynek köszönhetően, hogy a felhők alacsonyabb emissziós képességgel rendelkeznek, mint az óceánok vagy a szárazföldi tömegek, tükrözik a sugárzás egy részét a felszínre, nagymértékben csökkentve a hőátadást a sötét térbe, ugyanúgy, mint a nap folyamán a légkörbe történő hőátadást. A talajból és a füvekből történő hőátadás sebessége olyan gyors lehet, hogy a fagy tiszta nyári estéken, még meleg szélességi fokon is előfordulhat.

ellenőrizze megértését

mi a változás a test által sugárzott hő sebességében a T1 = 20ºC hőmérsékleten, összehasonlítva azzal, amikor a test T2 = 40ºC hőmérsékleten van?,

oldat

a sugárzott hő arányos az abszolút hőmérséklet negyedik teljesítményével. Mivel T1 = 293 K és T2 = 313 K, a hőátadás mértéke az eredeti arány körülbelül 30% – ával nő.

Karrier Kapcsolat: energiatakarékossági konzultáció

az energia költsége általában úgy gondolják, hogy a belátható jövőben nagyon magas marad. Így mind a kereskedelmi, mind a háztartási házban a hőveszteség passzív ellenőrzése egyre fontosabbá válik., Az Energiaügyi tanácsadók mérik és elemzik az energia áramlását a házakba és a házakba, és biztosítják, hogy az egészséges levegőcsere fennmaradjon a házban. Az energetikai tanácsadó munkaköri kilátásai erősek.

a hőátadás módszereinek problémamegoldó stratégiái

  1. vizsgálja meg a helyzetet annak meghatározása érdekében, hogy milyen típusú hőátadásról van szó.
  2. határozza meg a hőátadás—vezetés, konvekció vagy sugárzás típusát(típusait).
  3. pontosan határozza meg, hogy mit kell meghatározni a problémában (azonosítsa az ismeretleneket). Az írásbeli lista nagyon hasznos.,
  4. készítsen egy listát arról, hogy mi van megadva, vagy lehet következtetni a problémából, amint azt (azonosítsa a bohócokat).
  5. oldja meg a meghatározandó mennyiség (ismeretlen) megfelelő egyenletét.
  6. vezetés, egyenlet \displaystyle\frac{Q}{t}=\frac{ka\bal (t_2-T_1 \ jobb)} {d} \ \ megfelelő. A vezetőképesség 1. táblázata felsorolja a termikus vezetőképességet. Konvekcióhoz határozza meg a mozgott anyag mennyiségét, és használja a Q = mcΔT egyenletet a folyadék hőmérsékletváltozásában részt vevő hőátadás kiszámításához., Ha egy fázisváltozás kíséri a konvekciót, a Q = mLf vagy Q = mLv egyenlet megfelelő a fázisváltozásban részt vevő hőátadás megtalálásához. A Fázisváltozással és a látens hővel kapcsolatos 1. táblázat a fázisváltozással kapcsolatos információkat sorolja fel. Sugárzás esetén az egyenlet \ displaystyle \ frac{Q_ {\text {net}}}{t} = \ sigma{e}a\bal (t^4_2-T^4_1 \ jobb) \ \ megadja a nettó hőátadási sebességet.
  7. illessze be a knowns-t az egységeivel együtt a megfelelő egyenletbe, és szerezze be az egységekkel kiegészített numerikus megoldásokat.
  8. ellenőrizze a választ, hogy ésszerű-e. Van ennek értelme?,

szakasz összefoglaló

fogalmi kérdések

  1. amikor egy nappali cirkuszt néz egy nagy, sötét színű sátorban, jelentős hőátadást érzékel a sátorból. Magyarázza el, miért történik ez.
  2. a hideg (3 K) sötét tér sugárzásának megfigyelésére tervezett műholdak olyan érzékelőkkel rendelkeznek, amelyek a naptól, a Földtől és a Holdtól árnyékoltak, és amelyek nagyon alacsony hőmérsékletre vannak hűtve. Miért kell az érzékelőknek alacsony hőmérsékleten lenniük?
  3. miért vannak a felhős éjszakák általában melegebbek, mint a tiszták?,
  4. miért vannak az időjárási állomásokon használt hőmérők árnyékolva a napfénytől? Mit mér egy hőmérő, ha árnyékolt a napfénytől, valamint ha nem?
  5. átlagosan a Föld melegebb vagy hűvösebb lenne a légkör nélkül? Magyarázza el a választ.

problémák & gyakorlatok

  1. milyen nettó sebességgel sugárzik a hő egy 275 m2-es fekete tetőről éjszaka, amikor a tető hőmérséklete 30,0 ºC, a környező hőmérséklet pedig 15,0 ºC? A tető emissziója 0,900.,
  2. (a) a kandallóban lévő cseresznyevörös parázs 850 ° C-on van, 0,200 m2-es kitett területtel és 0,980-as emisszióval rendelkezik. A környező szoba hőmérséklete 18,0 ºC. Ha a sugárzó energia 50% – a belép a helyiségbe, mekkora a sugárzó hőátadás nettó sebessége kilowattban? b) A válasz alátámasztja-e azt az állítást, hogy a kandalló melletti helyiségbe történő hőátadás nagy része infravörös sugárzásból származik?
  3. a sugárzás lehetetlenné teszi, hogy közel álljon a forró láva áramlásához. Számítsa ki a sugárzással történő hőátadás sebességét 1,00 m2-ről 1200ºc friss láva 30-ra.,0ºc környezet, feltételezve, hogy a láva emisszivitása 1.00.
  4. (a) számítsuk ki az árfolyam a hőátadás a sugárzás egy autó radiátor a 110ºC egy 50.0 ° C környezet, ha a radiátor van emissziós tényezője 0.750 egy 1.20-m2-es terület. b) Ez a gépjárműmotor hőátadásának jelentős része? Ennek megválaszolásához vállaljon 200 lóerőt(1,5 kW), az autómotorok hatékonyságát pedig 25% – kal.
  5. keresse meg az árnyékban álló síelő sugárzásával a hőátadás nettó sebességét, figyelembe véve a következőket., Teljesen fehér ruhában van (fej-láb, beleértve a símaszkot is), a ruhák emissziója 0,200, felületi hőmérséklete 10,0 ºC, a környék−15,0 ºC, felülete pedig 1,60 m2.
  6. tegyük fel, hogy bemész egy szaunába, amelynek környezeti hőmérséklete 50,0 ºC. (a) Számítsa ki a hőátadás sebességét sugárzással, mivel a bőr hőmérséklete 37,0 ºC, a bőr emissziója 0,98, a test felülete 1,50 m2., (b) ha a hőátadás minden más formája kiegyensúlyozott (a nettó hőátadás nulla), milyen sebességgel növekszik a testhőmérséklet, ha a tömege 75,0 kg?
  7. a termográfia a sugárzó hő mérésére és a felszíni hőmérsékletek változásainak kimutatására szolgáló technika, amely orvosilag, környezetileg vagy katonailag értelmes lehet.a) mi a százalékos növekedése a hőátadás mértéke sugárzás egy adott terület hőmérsékleten 34,0 ºC képest 33,0 ºC, mint például egy személy bőrén?, b) mekkora a 34,0 ºC-os hőmérsékleten adott területről származó sugárzással történő hőátadás százalékos növekedése a 20,0 ºC-os hőmérséklethez képest, például a meleg és hűvös autószekrényeknél?

    8.ábra. A művész a páciens felsőtestének termográfjának kiadása, amely bemutatja a különböző színek által képviselt hő eloszlását.

  8. a nap tökéletes fekete testként sugárzik, pontosan 1 emisszióval. a) Számítsa ki a nap felületi hőmérsékletét, mivel ez egy 7-es gömb.,00 × 108-m sugár, amely 3,80 × 1026 W-ot sugároz 3-k térbe. b) mennyi energiát sugároz a nap felszínének négyzetméterenként? c) mennyi watt / négyzetméter teljesítmény ez az érték a Föld távolságában, 1, 50 × 1011 m-re? (Ezt a számot napállandónak nevezik.)
  9. egy vulkánból származó nagy lávatest leállt, és lassan lehűl. A láva belseje 1200ºc, felülete 450ºc, a környék pedig 27.0 ºC. a) Számítsa ki az energia sugárzással történő átvitelének sebességét az 1-től.,00 m2 felszíni láva a környezetbe, feltételezve, hogy az emisszivitás 1.00. B) tegyük fel, hogy a hővezetés a felületre ugyanolyan sebességgel történik. Mekkora a láva vastagsága a 450ºc-os felület és az 1200ºC-os belső tér között, feltételezve, hogy a láva vezetőképessége megegyezik a tégláéval?
  10. Számítsa ki azt a hőmérsékletet, amelyet az egész égboltnak 1000 W / m2—es sugárzással kell átvinnie ahhoz, hogy a nap sugárzik, amikor egy tiszta napon közvetlenül fölött van., Ez az érték az ég tényleges hőmérséklete, egyfajta átlag, amely figyelembe veszi azt a tényt, hogy a nap csak az ég egy kis részét foglalja el, de sokkal melegebb, mint a többi. Tegyük fel, hogy az energiát átvevő test hőmérséklete 27,0 ºC.
  11. a) egy félmeztelen lovas cirkuszi sátor alatt érzi a sátor napfényes részéből sugárzó hőt. Számítsa ki a sátorvászon hőmérsékletét a következő információk alapján: a félmeztelen lovas bőrhőmérséklete 34,0 ºC, emissziója 0,970. A bőr kitett területe 0,400 m2., 20,0 W—os sugárzást kap-fele annak, amit kiszámolna, ha az egész régió mögött forró lenne. A környék többi része 34,0 ºC-on van. b) beszéljétek meg, hogyan változna ez a helyzet, ha a sátor napfényes oldala majdnem tiszta fehér lenne, és ha a lovas fehér tunikával lenne borítva.
  12. integrált fogalmak. Egy 30,0 ºC nap a relatív páratartalom 75,0%, ezen az estén a hőmérséklet 20,0 ºC-ra csökken, jóval a harmatpont alatt. a) hány gramm víz kondenzálódik minden köbméter levegőből? b) mennyi hőátadást okoz ez a kondenzáció?, c) milyen hőmérséklet-emelkedést okozhat ez a száraz levegőben?
  13. integrált fogalmak. A nagy meteorok néha megütik a Földet, mozgási energiájuk nagy részét hőenergiává alakítják. a) Milyen mozgási energiája van egy 109 kg-os meteornak, amely 25,0 km/s sebességgel mozog? b) Ha ez a meteor egy mély óceánban landol, és kinetikus energiájának 80% – a melegvízbe kerül, akkor hány kilogramm vizet tudott felemelni 5,0 ºC-kal? C) beszélje meg, hogy a meteor energiája nagyobb valószínűséggel helyezkedik el az óceánban, és ennek az energiának a várható hatásai.
  14. integrált fogalmak., A repülőgép WC-ből származó fagyasztott hulladékot néha véletlenül nagy magasságban bocsátották ki. Általában széttörik és szétszóródik egy nagy területen, de néha összeáll, és a földre csapódik. Számítsuk ki a tömeg, 0ºC jég megolvasztható által az átalakítás a kinetikus, illetve gravitációs potenciális energia, ha egy 20,0 kg darab fagyott hulladék megjelent a 12.0 km-es magasságban, miközben mozog, a 250 m/s lecsap a földre, 100 m/s (mivel kevesebb, mint 20,0 kg elolvad, egy jelentős felfordulást eredmények).
  15. integrált fogalmak., a) egy nagy elektromos erőmű 1600 MW “hulladékhőt” termel, amelyet a hűtőtornyokban a környezetnek eloszlatnak azáltal, hogy a tornyokon átáramló levegőt 5,00 ºC-kal melegítik. Mi a szükséges levegő áramlási sebessége m3/s-ban? b) az Ön eredménye összhangban van-e a nagy elektromos erőművek által használt nagy hűtőtornyokkal?
  16. integrált fogalmak. (a) Tegyük fel, hogy elkezd egy edzés egy Stairmaster, termelő teljesítmény ugyanolyan sebességgel, mint a hegymászás 116 lépcsőn percenként. Feltételezve, hogy a tömege 76,0 kg, a hatékonysága pedig 20.,0%, mennyi ideig tart, amíg a testhőmérséklete 1,00 ºC-ra emelkedik, ha a test minden más formája kiegyensúlyozott? b) Ez összhangban van-e azzal a tapasztalatával, hogy edzés közben melegszik?
  17. integrált fogalmak. Egy 76,0 kg-os, hipotermiában szenvedő személy bent van, és erőteljesen reszket. Mennyi ideig tart a hőátadás, hogy 2,00 ºC-kal növelje az ember testhőmérsékletét, ha a hőátadás minden más formája kiegyensúlyozott?
  18. integrált fogalmak. Egyes nagy földrajzi régiókban a mögöttes szikla forró., A kutak fúrhatók, a víz pedig a sziklán keresztül áramtermelés céljából hőátadásra kerül. a) Számítsa ki azt a hőátadást, amelyet 1,00 km3 gránit 100ºC-os hűtésével lehet kivonni. b) mennyi ideig tart a hőátadás 300 MW sebességgel, feltételezve, hogy a környezete nem jut vissza a kőzetbe az 1.00km3-ba?
  19. integrált fogalmak. Hőátadás a tüdőből és a légzésjáratok a víz elpárologtatásával. (a) Kiszámítja a maximális számú gramm vizet, hogy lehet elpárologni, ha belélegezni 1.,50 L 37ºC levegő, eredeti relatív páratartalma 40,0%. (Tegyük fel, hogy a testhőmérséklet is 37ºC.) b) hány joule energia szükséges ahhoz, hogy elpárologjon ez az összeg? c) mekkora a hőátadás sebessége wattban ebből a módszerből, ha normál nyugalmi sebességgel lélegzik, percenként 10,0 lélegzetet?
  20. integrált fogalmak. a) Mekkora a Niagara-vízesés felett 55,0 m-re eső víz hőmérséklete? b) milyen frakciónak kell elpárolognia, hogy a hőmérséklet állandó maradjon?
  21. integrált fogalmak. A forró levegő emelkedik, mert bővült., Ezután nagyobb mennyiségű hideg levegőt távolít el, ami növeli a felhajtóerőt. a) Számítsa ki a felhajtóerő arányát az 50,0 ºC-os levegő tömegéhez, amelyet 20,0 ºC levegő vesz körül. b) milyen energiára van szükség ahhoz, hogy az 1.00m3 levegő 20,0 ºC-ról 50,0 ºC-ra menjen? c) milyen gravitációs potenciális energiát nyer ez a levegőmennyiség, ha 1,00 m-re emelkedik? Ez a levegő jelentős hűtését okozza?
  22. ésszerűtlen eredmények. a) mi az a 80,0 kg-os személy hőmérséklet-növekedése, aki egy nap alatt 2500 kcal ételt fogyaszt, a hőnek a testre átadott energia 95,0% – ával?, b) mi ésszerűtlen ez az eredmény? c) melyik előfeltétel vagy feltételezés felelős?
  23. ésszerűtlen eredmények. Egy kissé őrült sarkvidéki feltaláló, akit jég vesz körül, úgy gondolja, hogy sokkal kevésbé mechanikusan bonyolult lehűteni egy autómotort jég megolvasztásával, mint egy vízhűtéses rendszer radiátorral, vízszivattyúval, fagyállóval stb. a) ha az 1.00 gal benzin energiájának 80.0% – át “hulladékhővé” alakítják át egy autómotorban, hány kilogramm 0ºc jég olvadhat el? b) Ez egy ésszerű mennyiségű jég, amelyet körbe kell vinni, hogy lehűljön a motor 1-re.,00 gal benzin fogyasztás? c) milyen helyiségek vagy feltételezések ésszerűtlenek?
  24. ésszerűtlen eredmények. a) Számítsa ki a hőátadás sebességét vezetéssel egy 1,00 m2-es, 0,750 cm vastag ablakon keresztül, ha belső felülete 22,0 ºC, külső felülete pedig 35,0 ºC. b) mi ésszerűtlen ez az eredmény? c) melyik előfeltétel vagy feltételezés felelős?
  25. ésszerűtlen eredmények. Egy meteorit 1.20 cm átmérőjű olyan meleg után azonnal behatol a légkörbe, hogy sugárzik 20.0 kW teljesítmény., a) mi a hőmérséklete, ha a környezet 20,0 ºC-on van, és 0,800 emissziós képességgel rendelkezik? b) mi ésszerűtlen ez az eredmény? c) melyik előfeltétel vagy feltételezés felelős?
  26. készítse el saját problémáját. Fontolja meg a kereskedelmi repülőgép új modelljét, amelynek fékeit a kezdeti repülési engedélyezési eljárás részeként tesztelték. A repülőgépet felszállási sebességre állítják, majd csak a fékekkel állítják le. Készítsen egy olyan problémát, amelyben kiszámítja a fékek hőmérséklet-emelkedését ebben a folyamatban., Feltételezheti, hogy a repülőgép kinetikus energiájának nagy része hőenergiává alakul a fékekben és a környező anyagokban, és ez a kis menekülés. Vegye figyelembe, hogy a fékek várhatóan olyan forróak lesznek ebben az eljárásban, hogy meggyulladnak, és a teszt elvégzéséhez a repülőgépnek képesnek kell lennie arra, hogy egy ideig ellenálljon a tűznek általános tűzvész nélkül.
  27. készítse el saját problémáját. Vegyünk egy személyt szabadban egy hideg éjszakán. Készítsen egy olyan problémát, amelyben mindhárom hőátadási módszerrel kiszámítja a személy hőátadásának sebességét., Készítse el a kezdeti körülményeket úgy, hogy nyugalomban a személy nettó hőátadással rendelkezzen, majd döntse el, hogy mennyi fizikai aktivitás szükséges a hőátadás arányának kiegyensúlyozásához. A figyelembe veendő dolgok közé tartozik a személy mérete, a ruházat típusa, a kezdeti anyagcsere-sebesség, az égbolt körülményei, az elpárolgott víz mennyisége, valamint a belélegzett levegő mennyisége. Természetesen sok más tényezőt is figyelembe kell venni, és az oktató is szeretné, hogy végigvezeti Önt a feltételezések, valamint a részletes elemzés módszer bemutatására az eredményeket.,

    üvegházhatás: a felmelegedés a Föld, amely annak köszönhető, hogy a gázok, mint például a szén-dioxid illetve a metán amelyek elnyelik az infravörös sugárzás a Föld felszínén reradiate minden irányban, így küld egy töredéke vissza felé a Föld felszíne

    a net sebessége a hőátadás a sugárkezelés: az \displaystyle\frac{{Q}_{\text{nettó}}}{t}=\sigma eA\left({T}_{2}^{4}-{T}_{1}^{4}\right)\\

    sugárzás: energia által továbbított elektromágneses hullámokat közvetlenül eredményeként a hőmérséklet-különbség

    a Kiválasztott Problémák megoldását & Gyakorlatok

    1., -21,7 kW; vegye figyelembe, hogy a negatív válasz hőveszteséget jelent a környezet számára.

    3. -266 kW

    5. -36, 0 W

    7. a) 1, 31%; b) 20, 5%

    9. (a) -15,0 kW; (b) 4,2 cm

    11. a) 48,5 ºC; B) a tiszta fehér tárgy jobban tükrözi a sugárzó energiát, amely eléri, így egy fehér sátor megakadályozná, hogy a napfény nagyobb része felmelegedjen a sátor belsejében, és a fehér tunika megakadályozná, hogy a sátorba belépő hő felmelegítse a lovast. Ezért fehér sátorral a hőmérséklet alacsonyabb lenne, mint 48.,5ºC, és a motorosnak átadott sugárzó hő sebessége kevesebb, mint 20,0 W.

    13. a) 3 × 1017 J; b) 1 × 1013 kg; c) amikor egy nagy meteor eléri az óceánt, nagy árapályhullámokat okoz, nagy mennyiségű energiáját eloszlatva a víz kinetikus energiája formájában.

    15. a) 3,44 × 105 m3/s; b) Ez másodpercenként 12 millió köbméter levegőnek felel meg. Ez óriási. Ez túl nagy ahhoz, hogy a levegőt csak 5ºC-kal melegítse. Ezen hűtőtornyok közül sok a hűvösebb levegő melegebb víz feletti keringését használja a párolgás sebességének növelése érdekében., Ez lehetővé tenné, hogy sokkal kisebb mennyiségű levegő szükséges eltávolítani egy ilyen nagy mennyiségű hőt, mert a párolgás eltávolítja nagyobb mennyiségű hőt, mint azt az a) részben.

    17. 20,9 perc

    19. a) 3,96 × 10-2 g; b) 96,2 J; c) 16,0 W

    21. a) 1.102; b) 2.79 × 104 J; c) 12.6 J. Ez nem okoz jelentős léghűtést, mivel sokkal kisebb, mint a B) részben található energia, amely a levegő 20.0 ºC-ról 50.0 ºC-ra történő melegítéséhez szükséges energia.

    22. a) 36ºc; b) bármely 3ºc-nál nagyobb hőmérséklet-emelkedés indokolatlanul nagy lenne., Ebben az esetben a személy végső hőmérséklete 73ºc-ra emelkedne(163ºf); c) a 95% – os hővisszatartás feltételezése ésszerűtlen.

    24. a) 1,46 kW; B) nagyon nagy teljesítményveszteség egy ablakon keresztül. Az ilyen teljesítményű elektromos fűtőberendezés egy egész szobát melegen tarthat; c) az ablak felületi hőmérséklete nem különbözik olyan nagy mértékben, mint azt feltételezték. A belső felület melegebb lesz, a külső felület pedig hűvösebb lesz.

Articles

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük