Молекулы вещества находятся в непрестанном хаотическом движении. Скорость молекул при нагревании увеличивается, поэтому такое движение молекул называют тепловым.
Внутренней энергией тела называют сумму кинетической энергии хаотического движения и потенциальной энергии взаимодействия частиц, из которых состоит тело.
Внутренняя энергия тела изменяется при его нагревании или охлаждении, изменении агрегатного состояния и при химических реакциях.
Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершив работу или посредством теплопередачи.
Теплопередачей называют изменение внутренней энергии тела без совершения работы. Энергию, получаемую или отдаваемую телом при теплопередаче, называют количеством теплоты.
В тепловых процессах энергия сохраняется.
Закон сохранения энергии является общим законом природы. Согласно этому закону энергия не возникает и не исчезает, а только изменяет свою форму.
При теплопередаче энергия переходит от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Тела с одинаковой температурой находятся в тепловом равновесии.
Температуру измеряют термометрами. По шкале Цельсия за О °С принимают температуру таяния льда, а за 100 °С — температуру кипения воды при атмосферном давлении.
Существуют три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводностью называют вид теплопередачи, обусловленный передачей энергии от одного тела к другому или от одних частей тела к другим в результате теплового движения и взаимодействия частиц. В процессе теплопроводности энергия передаётся, но переноса вещества не происходит.
Конвекцией называют вид теплопередачи, обусловленный переносом вещества. Конвекция происходит только в жидкостях и газах. Конвекция бывает вынужденной и естественной.
Количество теплоты, которое надо передать телу, чтобы нагреть его от начальной температуры tH до конечной tК, находят по формуле Q = cm(tК - tH), где m — масса тела, с — удельная теплоёмкость вещества, из которого состоит тело.
Если теплопередача происходит только между двумя телами, то количество теплоты Q1, которое отдаёт более нагретое тело, равно количеству теплоты Q2, которое получает менее нагретое тело: Q1 = Q2. Это соотношение называют уравнением теплового баланса.
Количество теплоты, выделившееся при полном сгорании топлива, находят по формуле Q = qm, где m — масса тела, q — удельная теплота сгорания топлива.
Плавление — переход вещества из кристаллического состояния в жидкое. Температуру, при которой происходит плавление, называют температурой плавления данного вещества.
Количество теплоты, необходимое для того, чтобы полностью расплавить кристаллическое тело при его температуре плавления, находят по формуле Q= λm, где m — масса тела, λ — удельная теплота плавления.
Кристаллизацией (или отвердеванием) называют переход вещества из жидкого состояния в кристаллическое. Кристаллизация происходит при той же температуре, что и плавление.
Парообразованием называют превращение жидкости в пар,
а конденсацией — превращение пара в жидкость.
При испарении парообразование происходит с поверхности жидкости. Испарение происходит при любой температуре. При повышении температуры скорость испарения увеличивается.
При кипении парообразование происходит внутрь пузырьков во всём объёме жидкости. Кипение происходит при определённой температуре, которую называют температурой кипения данной жидкости. При увеличении давления температура кипения повышается, а при уменьшении давления — понижается.
Количество теплоты, необходимое для того, чтобы превратить жидкость в пар при постоянной температуре, находят по формуле Q= Lm, где m — масса жидкости, L — удельная теплота парообразования.
Влажность воздуха характеризует содержание водяного пара в воздухе. Если водяной пар является насыщенным, то влажность воздуха принимают равной 100%. Комфортные условия для человека соответствуют влажности 50—60 %.
Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива частично превращается в механическую. К тепловым двигателям относятся паровая турбина, реактивный двигатель, двигатель внутреннего сгорания.
Цикл двигателя внутреннего сгорания состоит из четырёх тактов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.
При работе тепловых двигателей в окружающую среду выделяется большое количество теплоты и много продуктов сгорания топлива. Для уменьшения вредных последствий работы тепловых двигателей их совершенствуют, используют энергосберегающие технологии, а также источники энергии, в которых не сжигают топливо.
Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют выраженное в процентах отношение работы А, совершённой двигателем, к количеству теплоты Q1, выделившемуся при сгорании топлива: КПД современных тепловых двигателей достигает 35—40 %.
КПД современных тепловых двигателей достигает 35—40 %.
