Ciepło

01 Definicja

Ciepło

ang. heat. Forma energii przekazywana między ciałami wyłącznie wskutek różnicy temperatur. Nie jest funkcją stanu — opisuje przekaz energii, nie jej zapas. Zgodnie z II zasadą termodynamiki płynie samorzutnie od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Jednostka: dżul.

• Ciepło jawne (zmiana temperatury, bez przemiany fazowej):
$$Q = m\,c\,\Delta T$$
• Ciepło utajone (przemiana fazowa w stałej temperaturze):
$$Q = m\,L$$
• I zasada termodynamiki (ciepło, praca, energia wewnętrzna):
$$\Delta U = Q - W$$
• Przewodzenie — prawo Fouriera:
$$\dot{Q} = \lambda\,A\,\frac{\Delta T}{d} \qquad (\vec{q} = -\lambda\,\nabla T)$$
• Konwekcja — prawo stygnięcia Newtona:
$$\dot{Q} = h\,A\,\Delta T$$
• Promieniowanie — prawo Stefana-Boltzmanna:
$$P = \varepsilon\,\sigma\,A\,T^{4}$$
• Związek z entropią (II zasada):
$$dS = \frac{\delta Q}{T}$$

Przekształcenia (ciepło jawne): $m = \dfrac{Q}{c\,\Delta T}$ ; $\;c = \dfrac{Q}{m\,\Delta T}$ ; $\;\Delta T = \dfrac{Q}{m\,c}$. Inne jednostki: 1 cal ≈ 4,186 J ; 1 kWh = 3,6·10⁶ J.

Krzywa grzania: dostarczanie ciepła podnosi temperaturę (odcinki nachylone), lecz podczas przemian fazowych (topnienie, wrzenie) temperatura stoi — całe ciepło idzie na przemianę (plateau).

Zmienne: $Q$ — ciepło [J]; $m$ — masa [kg]; $c$ — ciepło właściwe [J/(kg·K)]; $\Delta T$ — różnica temperatur [K]; $L$ — ciepło przemiany fazowej [J/kg]; $U$ — energia wewnętrzna [J]; $W$ — praca [J]; $\lambda$ — przewodność cieplna [W/(m·K)]; $A$ — pole [m²]; $d$ — grubość [m]; $h$ — współczynnik przejmowania ciepła [W/(m²·K)]; $P$ — moc promieniowania [W]; $\varepsilon$ — emisyjność; $\sigma \approx 5{,}67\cdot10^{-8}$ W/(m²·K⁴) — stała Stefana-Boltzmanna; $T$ — temperatura [K]; $S$ — entropia [J/K]; $\dot{Q}$ — strumień ciepła [W].

02 Etymologia

Warianty: heat

03 Powiązane