由于aQ=dU+dW=dH-pdV-Vdp+pdV=dH-VdpaH所以(等压过程)。(2.17)aT上式表明在等压过程中,系统吸收的热量等于焰的增加值。在实验上测量的是C,,而不是Cv,所以从C,可得到恰在不同压强下的值,在工程计算中有广泛的应用。以上是对特殊过程而言的,一般来说,H是T和p的函数,而U是T和V的函数。所以C,和C也分别是T和p的函数与T和V的函数。$2.5热量传递的三种方式只要存在温差,就会发生热量的传递。热量传递有以下三种方式:传导传热:对流传热:辐射传热。(1)传导传热,可发生在固体、液体和气体中。传热的客体无宏观的运动,当存在温差时,由原子和分子的碰撞传递能量,温度高的部分原子和分子的无规热运动能量大,通过碰撞把能量传递给温度低的部分的原子和分子。在金属中,除原子的热振动传递能量外,自由电子也传递能量。对于图2.6中的规则物体,从实验上得到,在单位时间内通过传导传热所传递的热量为:Q= KA(T, -T)(2.18)1图2.6,规则固体中的热传导其中1是物体的长度,A是物体的横截面,T,-T,为两端的温差,x为热导率。K与温度有关,下表给出室温下若干物质的热导率数据(表中的数据仅供参考)。表2.1一些物质在室温(295K)的热导率k(W/mK)名称K的数值名称K的数值银铅35427铜40014不锈钢
由于 đQ=dU+ đW = dH pdV Vdp pdV dH Vdp − − + = − 所以 p p T H C = (等压过程)。 (2.17) 上式表明在等压过程中,系统吸收的热量等于焓的增加值。在实验上测量的是 C p ,而不是 CV ,所以从 C p 可得到焓在不同压强下的值,在工程计算中有广泛的应用。 以上是对特殊过程而言的,一般来说,H 是 T 和 p 的函数,而 U 是 T 和 V 的函数。所 以 C p 和 CV 也分别是 T 和 p 的函数与 T 和 V 的函数。 §2.5 热量传递的三种方式 只要存在温差,就会发生热量的传递。热量传递有以下三种方式:传导传热;对流传热; 辐射传热。 (1) 传导传热,可发生在固体、液体和气体中。传热的客体无宏观的运动,当存在温差 时,由原子和分子的碰撞传递能量,温度高的部分原子和分子的无规热运动能量大,通过碰 撞把能量传递给温度低的部分的原子和分子。在金属中,除原子的热振动传递能量外,自由 电子也传递能量。对于图 2.6 中的规则物体,从实验上得到,在单位时间内通过传导传热所 传递的热量为: l A T T Q ( ) 2 − 1 = (2.18) 图 2.6,规则固体中的热传导 其中 l 是物体的长度,A 是物体的横截面, T2 −T1 为两端的温差, 为热导率。 与温度 有关,下表给出室温下若干物质的热导率数据(表中的数据仅供参考)。 表 2.1 一些物质在室温(295K)的热导率 (W/m∙ K) 名 称 的数值 名 称 的数值 银 427 铅 35 铜 400 不锈钢 14
金冰3172.2铝235玻璃0.84硅150水0.6铁82~0.1木头锡67空气0.023(2)对流传热,在液体和气体中发生。它由宏观物质的流动来传递热量,是最有效的传热方式。对流传热有两种形式:自然对流和强迫对流。自然对流由浮力引起。流体被加热而膨胀,密度减小向上升,密度大的冷流体下降过来补充,从而形成流体的宏观对流。如房间中的暖气置于下方,热空气向上,冷空气向下形成对流而加热房间。又如大气和海洋中的对流能把大量的热量从地球的一方传往另一方。强迫对流是施加一个外力迫使流体对流。如空调器用风扇使其冷空气或热空气在房间中对流。(3)辐射传热是由电磁波传递能量。任何一个物体,只要温度高于绝对零度,均产生辐射,这是因为物体中的原子和分子处于无规的热运动中,由于电荷的加速而发射电磁波。它可以通过真空或物质转播,如太阳通过辐射传热把大量的热量传给地球。物体的温度越高,原子和分子的热运动越强烈,辐射能量也越高。任何物体可以辐射能量,同样任何物体也可以吸收辐射的能量。吸收能量的多少除温度外,还决定于物体的表面。黑的物体吸收的多,而白的物体吸收的少,这就是夏天在阳光下为什么穿白色衣服,而不穿黑色衣服的缘故。同样黑的物体辐射的能量多,而白的物体辐射的能量少。理想的辐射体也是理想的吸收体,称为理想黑体或绝对黑体,它吸收辐射在它上面的全部能量,而理想的白体或亮体反射全部的辐射,吸收为零。一般的物体是吸收一部分,反射一部分。单位时间内物体辐射的热量由Stefan-Boltzmann定律给出:Q=&AGT4(2.19)其中A为物体的表面面积,α是Stefan-Boltzmann常数,它的数值为:G=5.67×10-8J/s-m2.K4ε称辐射率或发射率,理想黑体的6=1,理想亮体的ε=0,一般物体的ε在0一1之间,若干物体在室温下的发射率数据在表2-2中给出。有关两个温度不同的物体之间通过辐射传热所传递的热量计算和Stefan-Boltzmann定律的理论推导将在后面的章节中给出,这里不再详述。表2-2,一些物体在室温下的发射率材料8值材料值0.04铝(清洁抛光)铜(高度氧化)0.60.31不锈钢0.074铝(高度氧化)0.90.02玻璃铜(清洁抛光)32.6理想气体的内能,作功和吸热焦耳从气体的自由膨胀实验中得到气体的内能只与温度有关而与其体积无关,称焦耳定律,即
金 317 冰 2.2 铝 235 玻璃 0.84 硅 150 水 0.6 铁 82 木头 ~0.1 锡 67 空气 0.023 (2) 对流传热,在液体和气体中发生。它由宏观物质的流动来传递热量,是最有效的传 热方式。对流传热有两种形式:自然对流和强迫对流。 自然对流由浮力引起。流体被加热而膨胀,密度减小向上升,密度大的冷流体下降过来 补充,从而形成流体的宏观对流。如房间中的暖气置于下方,热空气向上,冷空气向下形成 对流而加热房间。又如大气和海洋中的对流能把大量的热量从地球的一方传往另一方。 强迫对流是施加一个外力迫使流体对流。如空调器用风扇使其冷空气或热空气在房间中 对流。 (3) 辐射传热是由电磁波传递能量。任何一个物体,只要温度高于绝对零度,均产生辐 射,这是因为物体中的原子和分子处于无规的热运动中,由于电荷的加速而发射电磁波。它 可以通过真空或物质转播,如太阳通过辐射传热把大量的热量传给地球。物体的温度越高, 原子和分子的热运动越强烈,辐射能量也越高。 任何物体可以辐射能量,同样任何物体也可以吸收辐射的能量。吸收能量的多少除温度 外,还决定于物体的表面。黑的物体吸收的多,而白的物体吸收的少,这就是夏天在阳光下 为什么穿白色衣服,而不穿黑色衣服的缘故。同样黑的物体辐射的能量多,而白的物体辐射 的能量少。理想的辐射体也是理想的吸收体,称为理想黑体或绝对黑体,它吸收辐射在它上 面的全部能量,而理想的白体或亮体反射全部的辐射,吸收为零。一般的物体是吸收一部分, 反射一部分。单位时间内物体辐射的热量由 Stefan-Boltzmann 定律给出: 4 Q = AT (2.19) 其中 A 为物体的表面面积, 是 Stefan-Boltzmann 常数,它的数值为: 8 2 4 = 5.6710 J /s m K − 称辐射率或发射率,理想黑体的 =1,理想亮体的 =0,一般物体的 在 0—1 之间,若 干物体在室温下的发射率数据在表 2-2 中给出。有关两个温度不同的物体之间通过辐射传热 所传递的热量计算和 Stefan-Boltzmann 定律的理论推导将在后面的章节中给出,这里不再详 述。 表 2-2,一些物体在室温下的发射率 材 料 值 材 料 值 铝(清洁抛光) 0.04 铜(高度氧化) 0.6 铝(高度氧化) 0.31 不锈钢 0.074 铜(清洁抛光) 0.02 玻璃 0.9 §2.6 理想气体的内能,作功和吸热 焦耳从气体的自由膨胀实验中得到气体的内能只与温度有关而与其体积无关,称焦耳定 律,即