Bilans cieplny

 

W izolowanym układzie termodynamicznym ciał o różnych temperaturach obowiązuje zasada bilansu cieplnego, która jest uogólnieniem I zasady termodynamiki dla szczególnego przypadku analizowanego układu.

Zasada bilansu cieplnego

W układzie ciał bez strat ciepła, ciepło pobrane przez jedno ciało jest równe ciepłu oddanemu przez to ciało.

Termodynamika. Ireneusz Owczarek

 

Dostarczanie ciepła ciału prowadzi do zmiany jego temperatury lub zmiany jego stanu skupienia (przemiany fazowe).

Bilans cieplny uwzględnia:

  • sumę ciepła dostarczanego do układu z otoczenia
  • sumę ciepła, którą układ wydziela na zewnątrz
  • efekt cieplny procesów zachodzących wewnątrz układu

Ciepło pobrane (oddane) podczas ogrzewania (ochładzania)

Q=mcΔT=nCΔT,

gdzie
c - ciepło właściwe ciała,
C - ciepło molowe.

Ciepło pobrane (oddane) podczas zmiany stanu skupienia

Q=qm

gdzie:
q - ciepło przemiany (topnienia, parowania itd.).

Idea bilansu cieplnego w układach fizycznych izolowanych polega na:

  1. Przeanalizowaniu, które substancje, w jaki sposób i ile pobierają ciepła.
  2. Przeanalizowaniu, które substancje, w jaki sposób i ile oddają ciepła.
  3. Porównanie sum ciepeł z pkt. 1 i 2.

Przykład

W termosie znajduje się 0,25kg wody o temperaturze 310 K. Do tej wody dolano 0,25 kg wody o temperaturze 315 K. Termos zamknięto i wymieszano wodę. Obliczyć temperaturę końcową wody w termosie.
Ilość ciepła pobrana przez chłodniejszą wodę

Qpob=0,25kg·c·(Tx-310K)

Ilość ciepła oddana przez cieplejszą wodę

Qodd=0,25kg·c·(315K-Tx)

Bilans cieplny, zgodnie z zasadą zachowania energii

Qpob=Qodd
Tx-310K=315K-Tx
2Tx=625 K
Tx=312,5 K.

Temperatura końcowa wody w termosie wynosiła 312,5 K.



 Ireneusz Owczarek  ©  2011 - 2013