La chaleur est une mesure de l'énergie thermique qui peut être transférée d'un point à un autre. La chaleur est le transfert d'énergie cinétique d'une source d'énergie vers un milieu ou d'un milieu ou d'un objet à un autre milieu ou objet.
La chaleur est l'une des composantes importantes des changements de phase associés au travail et à l'énergie. La chaleur est également la mesure de l'énergie cinétique possédée par les particules d'un système. L'énergie cinétique des particules dans le système augmente avec l'augmentation de la température du système. La mesure de la chaleur change donc avec le temps.
Transfert de chaleur
Lorsqu’un système à température plus élevée est mis en contact avec un système à température plus basse, l’énergie est transférée des particules du premier système aux particules du second. Par conséquent, le transfert de chaleur peut être défini comme le processus de transfert de chaleur d’un objet (ou d’un système) à une température plus élevée vers un autre objet (ou un système) à une température plus basse.
Formule de transfert de chaleur
La formule de transfert de chaleur détermine la quantité de chaleur transférée d'un système à un autre.
Q = c × m × ΔT
Où,
Q est la chaleur fournie au système
m est la masse du système
c est la capacité thermique spécifique du système
ΔT est le changement de température du système
La capacité thermique spécifique (c) est définie comme la quantité de chaleur (en Joules) absorbée par unité de masse (kg) du matériau lorsque sa température augmente de 1 K (ou 1 °C). Ses unités sont J/kg/K ou J/kg/°C.
Dérivation de la formule
Laisser m être la masse du système et c être la capacité thermique spécifique du système. Laisser ΔT être le changement de température du système.
Ensuite, la quantité de chaleur fournie ( Q ) est le produit de la masse m , la capacité thermique spécifique c et changement de température ΔT et est donné par,
Q = c × m × ΔT
Types de transfert de chaleur
Il existe trois types de transfert de chaleur :
- Conduction
- Convection
- Radiation
Conduction
tableau en java
Le transfert de chaleur à travers des matériaux solides est appelé conduction. La formule de la chaleur transférée par le processus de conduction est exprimée comme suit :
Q = kA(T Chaud -T Froid) j/j
Où,
Q est la chaleur transférée par conduction
k est la conductivité thermique du matériau
A est l'aire de la surface
TChaudest la température de la surface chaude
TFroidest la température de la surface froide
il est temps
d est l'épaisseur du matériau
Convection
Le transfert de chaleur à travers les liquides et les gaz est appelé convection. La formule de la chaleur transférée par le processus de convection est exprimée comme suit :
Q = H c À Chaud -T Froid )
Où,
Q est la chaleur transférée par convection
Hcest le coefficient de transfert de chaleur
A est l'aire de la surface
TChaudest la température du système chaud
TFroidest la température du système froid
Radiation
Le transfert de chaleur par les ondes électromagnétiques est appelé rayonnement. La formule de la chaleur transférée par le processus de rayonnement est exprimée comme suit :
Q = σ (T Chaud – T. Froid) 4 UN
Où,
zone de liste JavaQ est la chaleur transférée par rayonnement
σ est la constante de Stefan Boltzmann
T Chaud est la température du système chaud
T Froid est la température du système froid
A est l'aire de la surface
La constante de Stefan Boltzmann (σ) est calculée comme suit :
σ = 2.p 5 K B 4 / 15 heures 3 c 2 = 5,670367(13) × 10 -8 J. m -2 . S -1 . K -4
Où,
σ est la constante de Stefan Boltzmann
pi(π) ∼=
k B est la constante de Boltzmann
h est la constante de Planck
c est la vitesse de la lumière dans le vide
Exemples de problèmes
Problème 1 : Un système d'une masse de 10 kg et d'une température initiale de 200 K est chauffé à 450 K. La capacité thermique spécifique du système est de 0,91 KJ/kg K. Calculez la chaleur gagnée par le système au cours de ce processus.
Solution:
Selon la question,
Masse, m = 10 kg
Capacité thermique spécifique, c = 0,91 KJ/kg K
Température initiale, T je = 200K
Température finale, T F = 450K
monflixerChangement de température, ΔT = 450K – 200K = 250K
En utilisant la formule de transfert de chaleur,
Q = c × m × ΔT
Q = 0,91 x 10 x 250
Q = 2275 KJ
La chaleur totale gagnée par le système est donc de 2 275 KJ.
Problème 2 : La chaleur spécifique du fer est de 0,45 J/g°C. Quelle masse de fer est nécessaire pour un transfert de chaleur de 1 200 Joules si le changement de température est de 40°C ?
Solution:
Selon la question,
Chaleur spécifique du fer, c = 0,45 J/g°C
Changement de température, ΔT = 40°C
Quantité de chaleur transférée, Q = 1 200 J
En utilisant la formule de transfert de chaleur,
Q = c × m × ΔT
m = Q /(c x ΔT)
m = 1200 /(0,45 x 40)
m = 66,667 g
La masse de fer requise pour un transfert de chaleur de 1 200 joules est donc de 66,667 grammes.
Problème 3 : Considérons deux colonnes d'eau à des températures différentes séparées par une paroi de verre de 3 m de longueur et 1,5 m de largeur et d'une épaisseur de 0,005 m. Une colonne d’eau est à 380K et l’autre à 120K. Calculez la quantité de chaleur transférée si la conductivité thermique du verre est de 1,4 W/mK.
Solution:
Selon la question,
Conductivité thermique du verre, k = 1,4 W/mK.
Température de la première colonne d'eau, T Chaud = 380K
Température de la deuxième colonne d'eau, T Froid = 120K
Surface de la paroi vitrée séparant deux colonnes, A = longueur x largeur = 3 m x 1,5 m = 4,5 m 2
Epaisseur du verre, d = 0,005m
En utilisant la formule de transfert de chaleur pour la conduction,
Q = kA(T Chaud -T Froid )t / j
Q = 1,4 x 4,5 (380-120) / 0,005
Q = 327 600 W
La quantité de chaleur transférée est donc de 327 600 watts.
Problème 4 : Calculer le transfert de chaleur par convection si le coefficient de transfert de chaleur d'un milieu est de 8 W/(m 2 K) et le la superficie est de 25 m 2 et la différence de température est de 20K.
Solution:
Selon la question,
Coefficient de transfert de chaleur, H c = 8 W/(m 2 K)
Superficie, A = 25m 2
Changement de température, (T Chaud – T. Froid) = 20 000
En utilisant la formule de transfert de chaleur pour la convection,
Q = H c À Chaud -T Froid )
Q = 8 x 25 x 20
Q = 4 000 W
connectivité JavaLa quantité de chaleur transférée par convection est donc de 4 000 watts.
Problème 5 : Calculer la chaleur transférée par rayonnement entre deux corps noirs à des températures de 300K et 430K et la surface du milieu est de 48 m 2 . (Étant donné la constante de Stefan Boltzmann, σ = 5,67 x 10 -8 W/(m 2 K 4 ) ).
Solution:
Selon la question,
Température du corps chaud, TChaud= 430K
Température du corps froid, TFroid= 300K
Changement de température, (TChaud– T.Froid) = 430K – 300K = 130K
Superficie, A = 48 m2
Constante de Stefan Boltzmann, σ = 5,67 x 10-8W/(m2K4)
En utilisant la formule de transfert de chaleur pour le rayonnement,
Q = σ (TChaud-TFroid)4UN
Q = 5,67 x 10-8x1304x48
Q = 777,3 W
Par conséquent, la quantité de chaleur transférée par rayonnement est de 777,3 watts.