Меню Закрыть

Что такое охлаждение в физике – Нагревание и охлаждение тел — Класс!ная физика

Нагревание и охлаждение тел — Класс!ная физика

Нагревание и охлаждение тел

При нагревании тело получает тепло, а при охлаждении отдает его.

Количество теплоты, полученное телом при нагревании, можно рассчитать по формуле:

где с — удельная теплоемкость вещества,
m — масса вещества,

— разность конечной и начальной температур.

Эта же формула годится для расчета количества теплоты, выделившейся при охлаждении тела.

Удельная теплоемкость вещества — это физическая величина, показывающая количество теплоты, которое нужно передать 1 кг этого вещества для нагревания его на 1 °С.
Единица измерения удельной теплоемкости в системе СИ:
[ с ] = 1 Дж/(кг°С).

При охлаждении тела до прежней температуры выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено на нагревание этого тела.

…………………..


ИНТЕРЕСНО

1. Почему в водоемах летом вода на достаточной глубине плохо прогревается?

Нагревание воды солнечными лучами происходит сверху. Однако вода обладает плохой теплопроводностью.

2. Почему зимой на глубине у дна водоема сохраняется температура +4 градуса по Цельсию?

Первое – лёд не тонет.
Второе – вода, охладившаяся до +4 градусов по Цельсию, обладает наибольшей плотностью, поэтому опускается на дно.
Третье — плохая теплопроводность воды не может привести к выравниванию температуры по всей глубине.


Нагревание пузырька плотничьего уровня.

С помощью этого прибора плотники выставляют горизонтальный уровень при строительных работах.
Если прибор лежит на горизонтальной поверхности, то пузырек воздуха, имеющийся в стеклянной трубке, заполненной водой, будет располагаться ровно по центру. При наклоне уровня пузырек сместится к одному из концов трубки.
Длина пузырька воздуха меняется при колебаниях температуры. Но, как? Когда пузырек больше: в теплую или в холодную погоду? В этих условиях газ не может расширяться, т.к. этому препятствует замкнутая в уровне жидкость. При нагревании расширение жидкости окажется больше расширения трубки, что и сжимает пузырек.

Итак, пузырек уровня в теплую погоду меньше, чем в холодную.
А, ты, согласен с этим ?

___

Очень часто лед используется для охлаждения. Это возможно, потому что при таянии (плавлении) льда поглощается большое количество тепла.



class-fizika.ru

Количество теплоты: нагревание, охлаждение, плавление, кристаллизация, парообразование, конденсация, горение. Термодинамическая система

Тестирование онлайн

  • Количество теплоты. Основные понятия

  • Количество теплоты

Термодинамика

Раздел молекулярной физики, который изучает передачу энергии, закономерности превращения одних видов энергии в другие. В отличие от молекулярно-кинетической теории, в термодинамике не учитывается внутреннее строение веществ и микропараметры.

Термодинамическая система

Это совокупность тел, которые обмениваются энергией (в форме работы или теплоты) друг с другом или с окружающей средой. Например, вода в чайнике остывает, происходит обмен теплотой воды с чайником и чайника с окружающей средой. Цилиндр с газом под поршнем: поршень выполняет работу, в результате чего, газ получает энергию, и изменяются его макропараметры.

Количество теплоты

Это энергия, которую получает или отдает система в процессе теплообмена. Обозначается символом Q, измеряется, как любая энергия, в Джоулях.

В результате различных процессов теплообмена энергия, которая передается, определяется по-своему.

Нагревание и охлаждение

Этот процесс характеризуется изменением температуры системы. Количество теплоты определяется по формуле

Удельная теплоемкость вещества с измеряется количеством теплоты, которое необходимо для нагревания единицы массы данного вещества на 1К. Для нагревания 1кг стекла или 1кг воды требуется различное количество энергии. Удельная теплоемкость — известная, уже вычисленная для всех веществ величина, значение смотреть в физических таблицах.

Теплоемкость вещества С — это количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела без учета его массы на 1К.

Плавление и кристаллизация

Плавление — переход вещества из твердого состояния в жидкое. Обратный переход называется кристаллизацией.

Энергия, которая тратится на разрушение кристаллической решетки вещества, определяется по формуле

Удельная теплота плавления известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Парообразование (испарение или кипение) и конденсация

Парообразование — это переход вещества из жидкого (твердого) состояния в газообразное. Обратный процесс называется конденсацией.

Удельная теплота парообразования известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Горение

Количество теплоты, которое выделяется при сгорании вещества

Удельная теплота сгорания известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Для замкнутой и адиабатически изолированной системы тел выполняется уравнение теплового баланса. Алгебраическая сумма количеств теплоты, отданных и полученных всеми телами, участвующим в теплообмене, равна нулю:

Q1+Q2+…+Qn=0

fizmat.by

Нагревание и охлаждение тел.


⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

При нагревании тел их температура увеличивается, следовательно, увеличивается и их внутренняя энергия.

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ 1 КГ ВЕЩЕСТВА НА 1 ГРАДУС ЦЕЛЬСИЯ, НАЗЫВАЕТСЯ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТЬЮ. [c]=Дж/кг´град.

Удельная теплоемкость — характеристика данного вещества. Ее значение можно найти в таблицах удельных теплоемкостей.

Чтобы найти количество теплоты, необходимое для нагревания тела, надо удельную теплоемкость вещества, из которого состоит тело, умножить на массу этого тела и на изменение температуры.

,

где t2 — конечная температура тела,

t1 — его начальная температура.

Охлаждение тела — процесс обратный нагреванию. Для его описания используется та же формула, что и для нагревания. Знак «минус», полученный при вычислениях говорит о том, что тело отдает теплоту, «плюс» — получает.

Для вычисления количества теплоты, полученного телом при нагревании или отданного при охлаждении используется также ТЕПЛОЕМКОСТЬ ТЕЛА — КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ТЕЛА НА ОДИН ГРАДУС ЦЕЛЬСИЯ. [C]=Дж/град.

Если в теплообмене участвуют несколько тел и энергия не получается от окружающих тел, но и не отдается им, а происходит только теплообмен между телами системы, то в соответствии с законом сохранения энергии можно записать:

.

Это уравнение называется уравнением теплового баланса. Если же система тел получает или отдает окружающим телам теплоту, то сумма всех количеств теплоты, которыми обмениваются тела системы, будет равна полученной извне или отданной теплоте.

Плавление и кристаллизация.

Одно и то же вещество может находиться при определенных условиях в твердом, жидком и газообразном состояниях, называемых агрегатными.

ПЕРЕХОД ИЗ ТВЕРДОГО СОСТОЯНИЯ В ЖИДКОЕ НАЗЫВАЕТСЯ ПЛАВЛЕНИЕМ. Плавление происходит при температуре, называемой температурой плавления. Температуры плавления веществ различны, т.к. различно их строение. Температура плавления — табличная величина. Во время процесса плавления температура не изменяется, т.к. подводимая теплота расходуется на разрушение кристаллической решетки твердого тела.

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ ПРЕВРАЩЕНИЯ 1 КГ ТВЕРДОГО ТЕЛА, ВЗЯТОГО ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ПЛАВЛЕНИЯ, В ЖИДКОСТЬ ТОЙ ЖЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, НАЗЫВАЕТСЯ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТОЙ ПЛАВЛЕНИЯ

. [l]=Дж/кг.

Чтобы рассчитать количество теплоты, необходимое для плавления тела, надо удельную теплоту плавления умножить на массу тела.

Q=lm.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ НАЗЫВАЕТСЯ ПРОЦЕСС ПЕРЕХОДА ВЕЩЕСТВА ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ В ТВЕРДОЕ. Температура плавления вещества равна температуре его кристаллизации. Как и в процессе плавления, при кристаллизации температура не изменяется, т.к. при кристаллизации выделяется та теплота, которая когда — то была затрачена на плавление тела. Она и поддерживает температуру кристаллизующегося тела постоянной. В соответствии с законом сохранения энергии при расчете количества теплоты, выделившейся при кристаллизации, используется та же формула, что и при плавлении. Чтобы показать направление теплообмена, в нее вводится знак «минус».

Q=-lm.

Испарение и конденсация.

ИСПАРЕНИЕМ НАЗЫВАЕТСЯ ПРОЦЕСС ПЕРЕХОДА ВЕЩЕСТВА ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ В ГАЗООБРАЗНОЕ. Молекулы жидкости притягивают друг друга, поэтому из жидкости могут вылететь только самые быстрые молекулы, обладающие большой кинетической энергией. Если нет притока тепла, то температура испаряющейся жидкости понижается. Скорость испарения зависит от температуры жидкости, площади ее поверхности, от рода жидкости и наличия ветра над ее поверхностью.

КОНДЕНСАЦИЕЙ НАЗЫВАЕТСЯ ПРЕВРАЩЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ПАР. В открытом сосуде скорость испарения превышает скорость конденсации. В закрытом сосуде скорости испарения и конденсации равны.

При нагревании жидкости на дне и стенках сосуда начинается выделение растворенного в жидкости воздуха. Внутрь этих пузырьков происходит испарение жидкости. Под действием архимедовой силы пузырьки отрываются от стенок сосуда и всплывают вверх. Они попадают в еще непрогретую жидкость, пар конденсируется. Пузырьки схлопываются. При этом слышен характерный шум.

При прогревании жидкости конденсация пара в пузырьках прекращается. И пузырек пара, увеличиваясь в размерах из — за продолжающегося испарения, достигает поверхности жидкости, лопается, выбрасывая содержащийся в нем пар в атмосферу. Жидкость кипит. КИПЕНИЕ — ЭТО ПАРООБРАЗОВАНИЕ, ПРОИСХОДЯЩЕЕ ПО ВСЕМУ ОБЪЕМУ ЖИДКОСТИ. Кипение происходит при температуре, называемой температурой кипения, зависящей от рода жидкости и давления над ее поверхностью. При понижении внешнего давления температура кипения жидкости понижается. Во время процесса кипения температура жидкости остается постоянной, т.к. подводимая энергия расходуется на преодоление взаимного притяжения молекул жидкости.

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ ПРЕВРАЩЕНИЯ 1 КГ ЖИДКОСТИ В ПАР ТОЙ ЖЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, НАЗЫВАЕТСЯ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТОЙ ПАРАОБРАЗОВАНИЯ.

[L] = Дж/кг. Удельная теплота парообразования у разных жидкостей различна и ее численное значение — табличная величина. Чтобы рассчитать количество теплоты, требующееся для испарение жидкости, надо удельную теплоту парообразования этой жидкости умножить на массу испарившейся жидкости.

Q=Lm.

При конденсации пара выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено на ее испарение. Интенсивная конденсация пара происходит при температуре конденсации, равной температуре кипения.

Q=-Lm.

Сгорание топлива.

При сгорании топлива идет процесс образования молекул углекислого газа из атомов углерода топлива и атомов кислорода атмосферного воздуха. Этот окислительный процесс сопровождается выделением большого количества теплоты. Для характеристики разных видов топлива вводится

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА — КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ, ВЫДЕЛЯЮЩЕЕСЯ ПРИ ПОЛНОМ СГОРАНИИ 1 КГ ТОПЛИВА. [q]=Дж/кг. Как и все остальные удельные величины, удельная теплота сгорания топлива — табличная величина. Для вычисления количества теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива, надо удельную теплоту сгорания топлива умножить на массу топлива.

Q=qm.

Сгорание топлива — необратимый процесс, т.е. он протекает только в одном направлении.


Рекомендуемые страницы:

lektsia.com

Виды процессов охлаждения

Охлаждение, как и нагрев, основано на теплообмене. Это переход от объекта с высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Существует два вида охлаждения: естественное и искусственное. Под естественным охлаждением понимают процесс теплообмена между охлаждаемым объектом и наружной окружающей седом или водой. В процессе такого охлаждения температуру охлаждаемого пространства или тела возможно снизить в рамках температуры окружающей среды, потому что температура окружающей среды напрямую зависит от времени года. Следовательно использование окружающей среды в качестве теплоносителя не дает в летний период желаемых результатов. Возможно заготовить в зимний период лед и разместить его в погребе. Тогда в летний период погреб можно использовать для хранения и охлаждения продуктов в целях достижения более низких температур зачастую могут применять смесь льда и соли. Но смесь льда и соли перенимают тепло от охлаждаемого объекта и меняют агрегатное состояние, следовательно теряют свою способность охлаждать. Таким образом, этот способ охлаждения возможно использовать лишь на короткий промежуток времени, потому как запас льда ограничен. Учитывая высокую трудоемкость заготовки водного льда такой метод получения низкой температуры, содержания бактерий в водном льде и многие другие отрицательные факторы способствуют замене естественного охлаждения искусственным.

Искусственным охлаждением также называется охлаждение посредством сухого льда, жидкого газа, термоэлектричества. Одним из достоинств искусственного охлаждения является возможность поддержания нужного температурного режима в разные времена года.

Охлаждение с помощью холодильных агрегатов, водоохлаждающих установок, моноблоков для камер, холодильных централей. Низкие температуры генерируют в результате теплообменных процессов, которые сопровождаются поглощением выделяемого тепла. Различают четыре вида охлаждения:

  • адиабатическое расширение газа, 
  • дросселирование, 
  • термоэлектрический эффект (эффект Пельтье).

Фазовый переход веществ: плавление, кипение, испарение, сублимация. Фазовый переход некоторых веществ происходит при низких температурах со значительным поглощением тепла. Наиболее распространенным веществом, применяемым для выработки низкой температуры является водный лед, который при нормальном атмосферном давлении плавится при температуре 0ºC с удельной теплотой плавления 335 кДж/кг. Значительно более низкую температуру плавления можно получить, смешав лед с некоторыми видами солей.

  • Плавление — это переход твердого тела в жидкое агрегатное состояние при заданной температуре. Теплотой плавления — называют количество тепла, необходимое для полного превращения 1 кг твердого вещества в жидкое при некоторой постоянной температуре.
  • Сублимация — это переход тела из твердого агрегатного состояния в парообразное агрегатное состояние, минуя жидкое агрегатное состояние. Теплота сублимации — количество тепла, потраченное на переход 1 кг твердого вещества в парообразную фазу при неизменных давлении и температуре. Углекислота из твердого агрегатного состояния при атмосферном давлении преобразуется в газообразное агрегатное состояние при температуре — 78ºC.
  • Кипением называют процесс перехода вещества из жидкого состояния в парообразное. Процесс превращения жидкости до точки кипения в пар называется испарением. Испарение происходит исключительно на поверхности жидкости. В холодильной технике под процессом испарения также понимают и процесс кипения.
  • Конденсация — это процесс обратный кипени. Конденсация происходит при постоянной температуре с сопутствующим выделением скрытой теплоты парообразования. Температуры конденсации и кипения зависят от давления. Температура и давление изменяются в одну сторону. Растет давление — растет температура, как и наоборот.
  • Адиабатическим расширением газа — называют процесс, протекающий без осуществления теплообмена между рабочим телом (например, фреоном) и окружающей средой. Внутренняя (потенциальная) энергия тела определена скоростью движения частиц молекул и атомов. Скорость движения молекул в нагретом теле больше, чем в холодном.
  • Дросселирование хладогента — это процесс создания искусственным путем сопротивления на пути движения жидкости или газа, протекающего без совершения внешней работы, а также без теплообмена с окружающей средой. Дросселирование фреона основано на значительном снижении давления газа при его прохождении через зауженное отверстие. При дросселировании идеального газа, температура идеального газа неизменна засчет отсутствия сил взаимодействия между молекулами. При дросселировании фреона, засчет изменения внутренней энергии для преодоления внутренних сил взаимодействия молекул, совершается работа, что приводит к изменению температуры хладогента — понижению или повышению. Жидкость с некоторым давлением температур дросселируются в область значительно более низкого давления. По причине того, что температура кипения жидкости прямо зависит от давления, следовательно жидкость, обладая определенной температурой, поступая в область более низкого давления, оказывается перегретой относительно низкого давления. Происходит ее активное кипение с выделением сухого насыщенного пара. Тепло на испарение жидкости и парообразования берется от самой жидкости. При этом процессе жидкость охлаждается. Дросселирование в холодильной технике осуществляется при помощи терморегулирующего вентиля или капиллярной трубки.
  • Термоэлектричское охлаждение — это возможность получения низкой температуры посредством затраты электроэнергии. При прохождении тока по замкнутой цепи, спаянной из двух разных металлов — термопары, один — нагревается, а второй — охлаждается. Для того, чтобы холодная часть спая всегда имела низкую температуру и была источником охлаждения, горячую часть спая необходимо постоянно охлаждать, в противном случае, теплота от него будет передаваться холодному спаю.

cp-h.ru

1. Физические основы искусственного охлаждения

Дисциплина: «Перспективные направления технологии продуктов питания из- сырья животного происхождения»

Лекция 1 «Перспективные направления технологии охлажденной продукции из

сырья животного происхождения»

Из физики известно, что понятия «холод» и «теплота» условны, так как их физическая природа одинакова. Теплота — это один из видов энергии, который может быть преобразован в ее другие виды, и наоборот. Теплота может переходить от одного вещества (тела*) к другому лишь при наличии разности температур между ними.

Вещества находятся в одном из трех (основных) фазовых (агрегатных) состояний — твердом, жидком или газообразном — в зависимости от окружающих условий (давления и температуры) и могут переходить из одного состояния в другое при подводе или отводе теплоты, вызывающей изменение строения вещества.

Твердая фаза— агрегатное состояние вещества, характеризуемое жесткой молекулярной структурой. Твердое тело сохраняет свою форму и размеры, практически не сжимается.

Жидкая фаза— агрегатное состояние вещества, молекулы которого, обладающие большей энергией, чем молекулы твердого тела, не так плотно соединены друг с другом. Это позволяет им более легко преодолевать силы взаимного притяжения. Жидкость практически не сжимается, сохраняет свой объем. Наиболее характерная особенность жидкости — текучесть, благодаря которой она принимает форму сосуда, в котором находится.

Газоваяилипаровая фаза— агрегатное состояние вещества, молекулы которого, обладающие большей энергией, чем молекулы жидкости, не связаны силами взаимного притяжения и движутся свободно. Газ легко сжимается и заполняет весь объем сосуда, в котором находится.

Пар отличается от газа тем, что его состояние ближе к жидкому состоянию. Газ — это сильно перегретый пар. В парокомпрессионных холодильных машинах рабочее вещество обычно находится в жидком и парообразном состоянии, в отличие от так называемых газовых холодильных машин, в которых рабочее вещество — газ — не меняет своего агрегатного состояния.

Если температура вещества выше температуры окружающей среды (воздуха, воды и пр.), то его называют горячим (теплым или нагретым). Самопроизвольное понижение температуры вещества до температуры окружающей среды называют естественным охлаждением.

Понижение температуры вещества ниже температуры окружающей среды возможно путемискусственного охлаждения, а само вещество, температура которого ниже температуры окружающей среды, называют холодным.

Таким образом, исходя из относительности понятий холода и теплоты, можно дать следующее определение: холод— это теплота, отводимая от вещества, температура которого ниже температуры окружающей среды.

По температурному уровню различают области (рис.1): умеренного холода — от температуры окружающей среды (условно 20С) до — 120С — и глубокого холода — от — 120С до абсолютного нуля (-273,15С).

Искусственное охлаждение можно осуществить двумя способами:

  • с помощью другого вещества с более низкой температурой за счет отвода теплоты, чаще всего при изменении его агрегатного состояния;

  • с помощью охлаждающих устройств, холодильных машин и установок, которые составляют специализированную область техники, называемую холодильной техникой.

Рисунок 1 — Области искусственного охлаждения.

Прежде чем перейти к более подробному рассмотрению способов искусственного охлаждения, остановимся еще на некоторых понятиях и определениях, без усвоения которых невозможно изучение основ холодильной техники.

Количество теплотыQизмеряют в джоулях (Дж) или килоджоулях (кДж).

Тепловой поток, тожеQ, — это количество теплоты, отводимое (подводимое) от вещества (к веществу) в 1 с. Следовательно, тепловой поток выражают в джоулях в секунду (Дж/с) или килоджоулях в секунду (кДж/с). Но 1 Дж/с=1 Вт, а 1кДж/с=1 кВт, т.е. тепловой поток как один из видов энергии выражают в тех же единицах, что и мощность.

Удельная теплоемкостьс — это количество теплоты в Дж (кДж), которое необходимо отвести (подвести) от вещества (к веществу) массой 1 кг, чтобы понизить (повысить) его температуру на 1С (или 1 К — кельвин). Эта величина зависит от температуры вещества и его агрегатного состояния. В практических расчетах можно принимать следующие значения удельной теплоемкости: для воды — 4,19 кДж/ (кгК), глицерина — 2,26, водного льда — 2,095, стали — 0, 425, воздуха при давлении 0,1 Мпа (760 мм рт. ст.) — 1 кДж/ (кгК).

При отводе (подводе) теплоты переход через определенный температурный предел вызывает изменение агрегатного состояния.

Так, при дальнейшем отводе теплоты от воды, когда ее температура уже снизилась до 0С, она замерзает, а при дальнейшем подводе теплоты, когда температура поднялась до 100С, вода закипает.

Обычно теплоту, вызывающую изменение только температуры (без изменения агрегатного состояния) называют «сухой». Ее количество, необходимое для понижения (повышения) температуры вещества массой М от начальной температурыt1до конечнойt2, определяют по формуле:Q = Mc (t1 t2)

Физические принципы получения низких температур

1.Охлаждение за счет фазовых превращений. При достижении твердым телом температуры плавления дальнейшего повышения его температуры не происходит, а подводимая (или отводимая) теплота тратится на изменение агрегатного состояния — превращение твердого тела в жидкость (при отводе теплоты — из жидкости в твердое тело).

Температура плавления (затвердевания) зависит от вида вещества и давления окружающей среды.

При атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) температура плавления водного льда равна 0С. Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг льда в воду (или наоборот), называется скрытой или удельной теплотой плавленияr. Для водного льдаr= 335 кДж/кг.

Количество теплоты, необходимое для превращения льда массой M в воду, определяют по формуле:Q = Mr.

Из сказанного следует, что одним из способов искусственного охлаждения является отвод теплоты за счет плавления вещества в твердом состоянии при низкой температуре.

На практике этот способ давно и широко применяют, осуществляя охлаждение с помощью заготовленного зимой с использованием природного холода водного льда или с помощью замороженной в льдогенераторах с использованием холодильных машин воды.

При плавлении чистого водного льда температуру охлаждаемого вещества можно понизить до 0С. Для достижения более низких температур используют льдосоляные смеси. В этом случае температура и скрытая теплота плавления зависят от вида соли и ее содержания в смеси. При содержании в смеси 22, 4 % хлористого натрия температура плавления льдосоляной смеси равна — 21,2С, а скрытая теплота плавления составляет 236,1 кДж/кг.

Применяя в смеси хлористый кальций (29,9 %), можно понизить температуру плавления смеси до -55С, в этом случаеr= 214 кДж/кг.

Сублимация — переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу, с поглощением теплоты. Для охлаждения и замораживания пищевых продуктов, а также их хранения и транспортировки в замороженном состоянии широко используют сублимацию сухого льда (твердой двуокиси углерода). При атмосферном давлении сухой лед, поглащая теплоту из окружающей среды, переходит из твердого состояния в газообразное при температуре -78,9С. Удельная теплота сублимацииr= 571 кДж/кг.

Сублимация замороженной воды при атмосферном давлении происходит при сушке белья зимой. Этот процесс лежит в основе промышленной сушки пищевых продуктов (сублимационная сушка). Для интенсификации сублимационной сушки в аппаратах (сублиматорах) поддерживают с помощью вакуумных насосов давление ниже атмосферного.

Испарение— процесс парообразования, происходящий со свободной поверхности жидкости. Его физическая природа объясняется вылетом молекул, обладающих большой скоростью и кинетической энергией теплового движения, из поверхностного слоя. Жидкость при этом охлаждается. В холодильной технике этот эффект используют в градирнях для охлаждения воды и в испарительных конденсаторах для передачи теплоты конденсации к воздуху.

При атмосферном давлении и температуре 0С скрытая теплота испарения водыr= 2509 кДж/кг, при температуре 100Сr= 2257 кДж/кг.

Кипение — процесс интенсивного парообразования на поверхности нагрева за счет поглощения теплоты. Кипение жидкости при низкой температуре является одним из основных процессов в парокомпрессионных холодильных машинах. Кипящую жидкость называют холодильным агентом (сокращенно — гладагент), а аппарат, где он кипит, забирая теплоту от охлаждаемого вещества, — испарителем (название не совсем точно отражает суть происходящего в аппарате процесса). Количество теплотыQ, подводимое к кипящей жидкости, определяют по формуле:Q = Mr, гдеM— масса жидкости, превратившейся в пар.

Кипение однородного («чистого») вещества происходит при постоянной температуре, зависящей от давления. С изменением давления меняется и температура кипения. Зависимость температуры кипения от давления кипения (давления фазового равновесия) изображают кривой, называемой кривой упругости насыщенного пара.

Для наиболее распространенного в холодильной технике хладагента — аммиака — такая кривая приведена на рис.2. Атмосферному давлению, равному 0,1 МПа, соответствует температура кипения аммиака -33С, давлению 1,2 МПа — температура 30С.

Рисунок 2 — Кривая упругости насыщенного пара аммиака.

Значения скрытой (удельной) теплоты парообразования и давления кипения для некоторых хладагентов при температуре кипения -15С приведены в таблице.

Хладагент

r,

КДж/кг

p0,

МПа

R717 (аммиак)

1313

0,236

R12

159

0,183

R22

216

0,296

R502

153

0,348

R13

106

1,315

Из таблицы следует, что у аммиака по сравнению с другими хладагентами наибольшая скрытая теплота парообразования, дающая ему преимущество при выборе хладагента для той или иной конкретной холодильной машины.

Хладагент R12, имея значительно меньшую скрытую теплоту парообразования, обеспечивает работу холодильной машины при более низких (по сравнению с работой на аммиаке) давлениях конденсации, что для конкретных условий может иметь решающее значение.

2. Дросселирование(эффект Джоуля — Томпсона). Еще один из основных процессов в парокомпрессионных холодильных машинах, заключающийся в падении давления и снижении температуры хладагента при его протекании через суженое сечение под воздействием разности давлений без совершения внешней работы и теплообмена с окружающей средой.

В узком сечении скорость потока возрастает, кинетическая энергия расходуется на внутреннее трение между молекулами. Это приводит к испарению части жидкости и снижению температуры всего потока. Процесс происходит в регулирующем вентиле или другом дроссельном органе (капиллярной трубке) холодильной машины.

3.Расширение с совершением внешней работы. Процесс используют в газовых холодильных машинах.

Если на пути потока, двигающегося под воздействием разности давлений, поставить детандер (расширительную машину, в которой поток вращает колесо или толкает поршень), то энергия потока будет совершать внешнюю полезную работу. При этом после детандера одновременно с понижением давления будет снижаться и температура хладагента.

4.Вихревой эффект (эффект Ранка — Хильша). Создается с помощью специального устройства — вихревой трубы. Основан на разделении теплого и холодного воздуха в закрученном потоке внутри трубы.

5.Термоэлектрический эффект (эффект Пельтье). Его используют в термоэлектрических охлаждающих устройствах. Он основан на понижении температуры спаев полупроводников при прохождении через них постоянного электрического тока.

О новых технологиях охлаждённой рыбы

Холод является универсальным способом сохранения рыбного сырья и используется в рыбной промышленности как для производства охлажденной и мороженой продукции, так и в качестве способа консервирования сырья, направляемогона переработку.

Когда-то одним из самых ярких впечатлений от посещения рыбных рынков в странах Европы или Дальнего Востока для наших соотечественников было обилие превосходной охлаждённой рыбы и морепродуктов. Стоит отметить, что сейчас в крупных городах России число прилавков с выложенными на лёд дарами морей растёт, но вместе с тем большая часть продукции, дошедшей до отечественного потребителя в охлаждённом виде, приходит из-за рубежа.

На руку иностранным рыбопроизводителям играет развитая логистическая сеть и налаженная система поставок охлаждённой рыбы без задержек в портах и на транспорте и, что важно для этого вида продукции, без нарушения непрерывности холодильной цепи, особенно на границе между различными видами транспорта и/или местами хранения. Кроме того, за рубежом широко используют «жидкий лёд» (slurry ice, особая льдо-водяная смесь), что позволяет существенно увеличить срок годности продукции.

В России в силу удаленности районов промысла от основных регионов-потребителей охлаждённой рыбы и короткого срока её годности (в соответствии с ГОСТ — 7-12 суток), приходится либо доставлять рыбу авиатранспортом (что негативно влияет на привлекательность цены), либо поставлять её наземным транспортом в ближайшие регионы. Поэтому рыба из западной части Арктического бассейна редко поставляется дальше Москвы, а дальневосточная рыба остаётся лишь в регионах, где была добыта. Основную часть улова российским рыбакам приходится морозить. На помощь должны прийти новые, улучшенные технологии, позволяющие увеличить срок годности охлаждённой продукции.

Обозначим несколько направлений совершенствования технологий.

Первое из них подразумевает использование таких охлаждающих сред, которые обеспечивают быстрое охлаждение, не повреждают поверхность рыбы и ограничивают доступ кислорода воздуха к ней. Всеми перечисленными свойствами обладает мелкий чешуйчатый, снежный и, в особенности, «жидкий» лёд. Они технологичны в применении и, в отличие от колотого и дроблёного льда, плотно прилегают к поверхности рыбы. Тем самым ускоряется теплообмен с поверхностью рыбы и замедляются процессы порчи под воздействием аэробных бактерий. Кроме того, частицы льда не имеют острых кромок, которые могут повредить внешние покровы рыбы.

Второе направление — использование дополнительных консервирующих средств, замедляющих развитие гнилостных микроорганизмов при температуре, близкой к криоскопической. За десятилетия проведения в различных странах исследований, направленных на продление срока годности охлаждённой рыбной продукции, в качестве таких средств использовали антибиотики, химические и био-консерванты, модифицированные газовые среды, действие ультрафиолетовых лучей и даже ионизирующих излучений. Для предохранения липидов рыбы от окислительной порчи при хранении использовали также антиокислители. В связи с тем, что торможение жизнедеятельности микроорганизмов и их гибель зависят от многих причин, целесообразно применять смеси консервантов с расширенным спектром действия. Такие смеси подбирают с таким расчётом, чтобы одно вещество дополняло другие. Например, чтобы один из консервантов воздействовал на оболочку микробной клетки, облегчая доступ в клетку других веществ, другой понижал рН среды и тем самым повышал эффективность действия другого консерванта.

Используются также различные методы обработки бактерицидными средствами: погружение в раствор, орошение, хранение во льду, изготовленном из раствора консерванта и т.д., — и их комбинации.

Инновации в технологии производства охлажденной рыбы

Хорошая методика обработки рыбы влияет на ее состояние и качество. Рыба начинает портиться сразу же после поимки или извлечения из воды в результате трупного окоченения, активности ферментов, паразитов и бактерий.П Охлаждение объектов рыбного промысла действительно является традиционным способом холодильной обработки; в последние десятилетия он рассматривается в числе основных направлений развития научно-технического прогресса в рыбной отрасли. Преимуществом охлаждения перед другими методами обработки (замораживанием, копчением, посолом и т.д.) является максимальное сохранение биологически активных веществ и пищевой ценности рыбной продукции в процессе хранения. Охлажденная рыба пользуется высоким спросом на мировом рынке, а сектор производства охлажденной продукции является самым быстрорастущим.

Скорость охлаждения рыбы находится в прямой зависимости от теплопроводности тканей. Чем выше жирность рыбы, тем длительнее процесс охлаждения, так как теплопроводность жировой ткани при плюсовых температурах вдвое меньше теплопроводности мышечной. Кроме жирности на скорость охлаждения влияют размеры и форма тела, химический состав рыбы, скорость движения воздуха в охлаждающей среде, которая влияет на коэффициент теплоотдачи, а также разность между температурами среды и продукта. Температура среды не должна быть ниже точки замерзания тканевой жидкости, поэтому скорость охлаждения увеличивают путем увеличения скорости движения воздуха в охлаждающей среде.

В охлажденной рыбе увеличивается плотность тканей, вязкость тканевого сока и крови, уменьшается масса за счет испарения влаги с поверхности тела. Степень усушки зависит от химического состава, плотности и размеров рыбы, условий охлаждения, а также наличия и вида упаковки. Чем выше влажность и ниже жирность, тем выше потери массы. Подкожный жир препятствует испарению влаги. Размер отдельных особей определяет поверхность испарения, и поэтому крупная рыба теряет больше массы. Упаковочные материалы и тара предохраняет рыбу от усушки. При охлаждении во льду усушка меньше, чем при охлаждении в воздушной среде. При охлаждении в жидкой среде усушки не наблюдается.

После смерти рыбы в ее теле наблюдается повышение температуры, так как начинают энергично расщепляться вещества, входящие в состав мышечной ткани. Эффективность охлаждения зависит от того, на какой стадии посмертного окоченения находится рыба в момент охлаждения. При охлаждении рыбы ферменты не инактивируются, а лишь снижается их активность. Жизнедеятельность микроорганизмов не приостанавливается, а лишь замедляется, поэтому сроки хранения охлажденной рыбы ограничены.

Продолжительность охлаждения зависит   — от количества теплоты, которое необходимо отнять от продукции;   — от отношения поверхности продукта к его массе, то есть от размера рыбы;   — от температурного перепада между продуктом и окружающей средой;   — от величины коэффициента теплоотдачи

Чем выше теплофизические свойства охлаждающей среды, тем быстрее пройдет охлаждение. Охлаждение рыбы в жидкой среде проходит быстрее, чем во льду.

Способы охлаждения рыбы и морепродуктов

Рыба относится к группе скоропортящихся продуктов, поэтому в настоящее время очень актуальной является задача сохранения свежей рыбы в течение длительного периода времени.

studfiles.net

Значение слова ОХЛАЖДЕНИЕ. Что такое ОХЛАЖДЕНИЕ?

Охлаждение — понижение температуры тела теплокровных животных и человека.

Гипотермия — состояние организма, при котором температура падает ниже нормы.

Криобиология — раздел биологии, изучающий воздействие холода на живые организмы.

Криотерапия — лечение холодом.

Терморегуляция — способность организма поддерживать температуру тела.

Охлаждение — передача тепловой энергии посредством теплового излучения, конвекции и теплопроводности.

Искусственное охлаждение — понижение температуры (получение искусственного холода) тела или среды с помощью специальной техники, приспособлений и устройств.

Технологии

Жидкостное охлаждение — охлаждение при взаимодействии с жидкостью.

Лазерное охлаждение — охлаждение при взаимодействии с полем лазерного излучения.

Термоэлектрическое охлаждение — охлаждение с помощью элемента Пельтье, термоэлектрического преобразователя.

Вихревой эффект — эффект, используемый для охлаждения.

Технология перекачиваемого льда — использование веществ близких по свойствам ко льду, но пригодных для передачи по трубам.

Системы

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — система отвода выделяемого тепла от двигателя.

Система охлаждения компьютера — набор средств для отвода тепла от нагревающихся в процессе работы компьютерных компонентов.

Отопление, вентиляция и кондиционирование — технические решения для поддержания заданных параметров воздуха во внутренних помещениях.

Кондиционирование воздуха — автоматическое поддержание во внутренних помещениях всех или отдельных параметров воздуха.

Устройства

Градирня — башня на крупных предприятиях и теплостанциях для охлаждения воды.

Интеркулер — промежуточный охладитель в системе наддува.

Кулер — система охлаждения отдельных элементов в электронике.

Радиатор — устройство для рассеивания тепла в воздухе.

Тепловая трубка — элемент системы охлаждения.

Теплообменник — устройство для обмена теплом между теплононосителями.

kartaslov.ru

Нагревание и охлаждение тел :: Класс!ная физика

НАГРЕВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ ТЕЛ

При нагревании тело получает тепло, а при охлаждении отдает его.

Количество теплоты, полученное телом при нагревании, можно рассчитать по формуле:


где с — удельная теплоемкость вещества,
m — масса вещества,

…….. — разность конечной и начальной температур.

Эта же формула годится для расчета количества теплоты, выделившейся при охлаждении тела.

Удельная теплоемкость вещества — это физическая величина, показывающая количество теплоты, которое нужно передать 1 кг этого вещества для нагревания его на 1 °С.
Единица измерения удельной теплоемкости в системе СИ:
[ с ] = 1 Дж/(кг°С).

При охлаждении тела до прежней температуры выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено на нагревание этого тела.

…………………..


ИНТЕРЕСНО ?

1. Почему в водоемах летом вода на достаточной глубине плохо прогревается?

Нагревание воды солнечными лучами происходит сверху. Однако вода обладает плохой теплопроводностью.

2. Почему зимой на глубине у дна водоема сохраняется температура +4 градуса по Цельсию?


Первое – лёд не тонет.
Второе – вода, охладившаяся до +4 градусов по Цельсию, обладает наибольшей плотностью, поэтому опускается на дно.
Третье — плохая теплопроводность воды не может привести к выравниванию температуры по всей глубине.


Нагревание пузырька плотничьего уровня.

С помощью этого прибора плотники выставляют горизонтальный уровень при строительных работах.
Если прибор лежит на горизонтальной поверхности, то пузырек воздуха, имеющийся в стеклянной трубке, заполненной водой, будет располагаться ровно по центру. При наклоне уровня пузырек сместится к одному из концов трубки.

Устали? — Отдыхаем!

www.class-fizika.narod.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о