Curs fochist

  • View
    4.224

  • Download
    7

Embed Size (px)

Transcript

Modulul nr. 1

AGENTII TERMICI SI MATERIALELE FOLOSITE IN CONSTRUCTIA CAZANELORCLDURA este o form de energie denumit uneori i energie termic sa energie caloric, rezultat, prin ardere, din energia chimic coninut n combustibili. Cu ajutorul cldurii apa din rezervor se transform n abur sau n ap fierbinte, iar apoi, dup necesitate, n alte forme de energie; electric, mecanic, de nclzire .a. Pentru msurarea cantitii de cldur se folosete unitatea din sistemul internaional j (jouli) sau un multiplu al su kj (kilojouli): 1 kj = 1000 j Pe lng aceast unitate de msur, se folosete frecvent o alt unitate tolerat caloria (cal), sau multiplul ei kilocaloria (kcal). 1 kcal = 1000 cal Caloria reprezint cantitatea de cldur necesar unui gram de ap pur, pentru a-i ridica temperatura cu un grad, printr-o nclzire la presiunea constant de o atmosfer. ntre calorie i jouli exist relaia de echivalen: 1 cal = 4,1855 j, sau a kcal = 4185,5 j = 4,1855 kj TEMPERATURA este mrimea fizic, msurabil care caracterizeaz starea (nivelul) de nclzire al unui corp. starea de nclzire poate fi apreciat i cu ajutorul simurilor noastre, aceasta fiind ns o apreciere relativ, prin faptul c n timp ce o persoan se pronun asupra unei sobe nclzite c este prea fierbinte, alta poate spune c este potrivit de fierbinte aa nct nu putem avea o imagine clar asupra strii reale de nclzire a sobei. De aceea, pentru a putea determina precis starea de nclzire a unui corp, s-a introdus o mrime fizic msurabil cu aparate speciale temperatura. Temperatura o putem, defini deci ca mrimea fizic care caracterizeaz (stabilete) la un moment dat starea (nivelul) de nclzire a uni corp. Folosind aadar noiunea de temperatur, putem spune cu precizie c soba are o temperatur mai mare dect caloriferul, acesta are o temperatur mai mic dect apa din cada bii etc. Pentru msurarea temperaturii se folosete aparatul numit termometrul, care conine un corp termometric ce poate fi un lichid (mercur, alcool, toluen etc. n cazul termometrelor cu lichid), un gaz (azot, hidrogen n cazul termometrelor cu gaz), un rezistor la termometrele c rezisten etc. Corpul termometric se caracterizeaz printr-o mrire strns dependent de temperatur, numit mrire termometric (lungimea coloanei de lichid, volumul gazului la presiune constant, sau valoarea rezistenei electrice). Cnd se msoar temperatura unui corp, termometrul trebuie adus n contact termic cu acesta; dup stabilirea echilibrului termic, temperatura corpului termometric (lichidul, gazul, rezistorul) este egal cu temperatura corpului a crui temperatur dorim s o msurm, iar mrirea termometric (lungimea coloanei de lichid, volumul gazului, rezistena electric) are o valoare bine determinat. Problema care se pune este de a stabili o coresponden ntre valoarea mrimii termometric i temperatura termometrului, adic de a stabili o scar de msurat temperatura. Pentru aceasta se aduce termometrul, pe rnd, n contact termic cu dou stri termice diferite i perfect determinate, crora li se asociaz n mod convenional valori bine precizate ale temperaturii, numite puncte de reper sau puncte termometrice, delimitnd ntre ele un interval de temperatur.1

Scara celsius sau scara centigrad (100 grade) are urmtoarele stri termice de echilibru ce delimiteaz intervalul de temperatur: starea de echilibru dintre apa pur i ghea, care se topete la presiunea atmosferic normal, temperatura acestei stri considerndu-se egal cu zero; starea de fierbere a apei pure la presiunea atmosferic normal, temperatura acestei stri considerndu-se egal cu 100; Pentru realizarea acestei stri la un termometru cu mercur, de exemplu, se introduce termometrul ntr-un vas cu amestec de ap i ghea, trasndu-se un reper la captul coloanei de mercur, alturi de care se scrie cifra zero. Se trece apoi termometrul ntr-un vas cu ap care fierbe, trasndu-se un reper la captul coloanei de mercur, n dreptul cruia scriem cifra 100. mprind intervalul de pe scara termometrului cuprins ntre reperele 0 i 100 ntr-o sut de pri egale, se obine gradul celsius (C) denumit i grad centigrad. Deci, unitatea de msur n scara termometric celsius este gradul celsius (C) sau gradul centigrad. n sistemul Internaional actual (SI) se realizeaz o scar de temperatur, avnd originea la zero absolut, creia i corespunde n scara celsius o temperatur de 273,15C numit scar absolut de temperatur sau scara Kelvin; temperatura msurat n aceast scar se numete temperatur absolut. Un grad de pe scara absolut poart denumirea de Kelvin (avnd simbolul K). De aici rezult c ntre temperatura absolut T i temperatura t msurat n scara celsius, exist relaiile: T (k) = t (c) + 273,15; t (c) = T (k) 273,15. De exemplu, dac un corp are, n grade celsius 80C, n grade absolute el va avea temperatura: 80C + 273,15 = 353,15 K, sau dac n grade absolute are 1705,15 K, n grade celsius va avea temperatura: 705,15 K 273,15 = 432C. CLDURA SPECIFIC. Cnd un corp primete sau cedeaz cldur, atunci temperatura sa se modific, crescnd, respectiv micorndu-se. ntre cldura schimbat de n corp i variaia temperaturii sale, exist o dependen, determinat de natura corpului i de condiiile fizice n care are loc schimbul de cldur. C alte cuvinte, corpurile de natur fizic diferit, necesit cantiti de cldur diferite pentru a-i mri temperatura cu acelai numr de grade, se spune c aceste corpuri au clduri specifice diferite. Cldura specific a unui corp (notat cu litera C este deci cantitatea de cldur necesar pentru acrete sau micora temperatura unitii de msur (1 kg) din acel corp cu un grad. Unitatea de msur pentru cldura specific C n Sistemul Internaional este j/kgK, pe lng care se folosete frecvent i kcal/kg grad. n urma determinrii cldurii specifice la un numr mare de substane n stare solid, lichid i gazoas s-a observat c pentru aceeai substan cldura specific este mai mare la starea lichid dect la starea solid. Pentru, toate strile de agreare cldura specific crete cu temperatura. Exemple de valori ale cldurilor specifice la temperatura de 20C (293,15 K): ap = 1,000 kcal/kg grad = 4,185 kj/kg K oel = 0,114 kcal/kg grad = 0,477 kg/kg K font = 0,129 kcal/kg grad = 0,540 kj/kg K fier = 0,108 kcal/kg grad = 0,452 kj/kg K lemn = 0,600 kcal/kg grad = 2,512 kj/kg K. n cursul diferitelor transformri, sistemele sau corpurile i transmit unul altuia sau mediului ambiant din energia lor, trecnd dintr-o stare cu o anumit energie, n alt stare, cu alt energie. Transmiterea de energie se poate face att prin interaciuni termice, adic prin intermediul cldurii, ct i prin interaciuni mecanice, adic prin schimb de lucru mecanic. Cldura este o form de transmisie a energiei prin interaciune termic (micare dezordonat a particulelor elementare) ntre dou corpuri ntre care exist un potenial termic (nivele de temperatur diferit). Menionm faptul c lucrul mecanic este modul de transmisie al energiei prin interaciune mecanic (micare ordonat), vizibil, a corpului sau a unei pri a corpului de exemplu un piston.2

Cantitatea de energie intern transmis fr efectuare de lucru mecanic se numete cantitate de cldur. Corpurile nu conin cldur. Ele conin energie intern i pot transmite sau primi energie sub form de cldur, adic prin micare termic. Din acest motiv se folosesc denumirile de energie termic sau energie caloric. Cldura nu caracterizeaz starea unui sistem fizic; ea caracterizeaz numai schimbul de energie pe baza interaciunii termice, adic procesul de trecere a unui sistem fizic dintr-o stare cu o anumit energie intern, n alt stare cu alt energie intern, fr efectuare de lucru mecanic. Aadar, se poate spune c un sistem fizic posed energie intern, are temperatur, dar nu se poate spune c un sistem fizic conine temperatur. Transferul de cldur ntre corpuri, ntre sistemele de corpuri sau n cadrul aceluiai corp are loc tot timpul ct corpurile respective sau diferitele pri ale corpului se afl la temperaturi diferite. Cnd un corp se nclzete spunem c primete cldur, iar cnd se rcete, pierde cldur. Astfel, o bar de oel nclzit n foc primete cldur. Dac o introducem, ntr-un vas cu ap rece, se va rci, iar apa din vas se va nclzi, primind cldura cedat de bara de oel. Cantitatea de cldur primit (sau cedat) de un corp poate fi folosit pentru: ridicarea temperaturii corpului; trecerea corpului dintr-o stare de agregare n alta; efectuarea unui lucru mecanic de ctre corp. Desigur pot aprea aceste efecte i concomitent. Unitatea de msur pentru cantitatea de cldur Cantitatea de cldur Q fiind o form de schimb de energie are aceleai uniti de msur ca i energia. [Q] = [E] Unitatea de msur pentru cantitatea de cldur n sistemul Internaional (SI) este jouli (j) sau un multiplu al acestuia kilojouli (kj). Se noteaz [Qj] = j (jouli) 1 kj = 1000 j n unele domenii se mai utilizeaz nc pentru msurarea cantitii de cldur, o unitate tolerant numit caloria (cal). ntre aceast unitate i unitatea din Sistemul Internaional exist relaia de echivalen: 1 cal = 4,1855 j Multiplul caloriei este kilocaloria (kcal). 1 kcal = 1000 cal Cantitatea de cldur primit sau cedat s-a constatat experimental c este direct proporional cu masa corpului (m), cu variaia de temperatur pe care o sufer (T i depinde de natura substanei din care este alctuit corpul i de felul n care are loc transferul de cldur, adic de cldura specific a corpului respectiv: Q = m c T unde: Q este cantitatea de cldur, n j m masa substanei, n kg T variaia de temperatur (diferena dintre temperatura final T2 i temperatura iniial T1), n k (kelvin) sau C c cldura specific, n j/kg grad. Pe baza msurtorilor calorimetrice s-a stabilit o echivalent ntre cantitile de cldur cedate i cele absorbite. Astfel, dac se noteaz cu Qced cldura cedat de corpurile care se rcesc i cu Qabs cldura absorbit de corpurile care se nclzesc, ntre aceste dou cantiti de cldur exist relaia: Qced = Qabs Aceast relaie poart denumirea de ecuaie calorimetric. De menionat c ecuaia calorimetric este adevrat numai n cazul n care corpurile sunt izolate termic la exterior, adic transferul de cldur are loc numai de la un corp la altul, n