DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Gimnazjum z Oddziałami Integracyjnymi im. Jana Pawła II ID grupy: 98/34_MF_G1 Opiekun: Jolanta Lis Kompetencja: matematyczno - fizyczna Temat projektowy: „Ciepło, zimno...,cieplny przepływ energii” Semestr/rok szkolny: IV/2011-2012

POJĘCIE CIEPŁA Ciepło jest to nowa forma energii, ale jedynie nazwa nadana specjalnej formie wymiany energii, w której uczestniczy ogromna ilość cząstek. Ciepło tak samo jak energia wewnętrzna wyrażana jest w dżulach. Ciepło Q nazywa się tą część energii wewnętrznej, która przepłynie z jednego ciała do drugiego na skutek występowania między tymi ciałami różnicy temperatur. 1 dżul ( 1J ) jest równy pracy jaką dokonuje siła jednego Newtona na drodze jednego metra; przy założeniu, iż zwrot wpływającej siły jest zgodny ze zwrotem przesunięcia .

CIEPŁO WŁAŚCIWE Ciepło właściwe jest współczynnikiem określającym skłonność ciała do łatwiejszej lub trudniejszej zmiany temperatury pod wpływem dostarczonej energii cieplnej. Jest ono ściśle związane ze wzorem na ilość energii cieplnej potrzebnej do ogrzania / ochłodzenia ciała. Wzór na ciepło właściwe jest prostym przekształceniem wzoru na tę energię: c = Q/m • ΔT c – ciepło właściwe [J/kg • C] Q – dostarczona ilość ciepła [1J] m – masa ciała [1kg] ΔT – przyrost temperatury [1C]

CIEPŁO WŁAŚCIWE- ZADANIE Aby ogrzać 0.4 kg pewnej cieczy o 2 stopnie K dostarczono mu 1300 J. Jakie jest ciepło właściwe tej cieczy? Rozwiązanie zadania c = E/(m*T) = 1300 J/(0.4 kg * 2) = 1625 J/(kg * K)

PRZEKAZYWANIE CIEPŁA- KONWEKCJA Przenoszenie energii w cieczach i gazach nie na skutek ruchu pojedynczych cząsteczek, a w wyniku ruchu makroskopowych ilości substancji. Ruchy te występują na skutek różnicy gęstości substancji w różnych temperaturach (np. w polu grawitacyjnym planety ciepłe masy wody lub gazów unoszone są do góry, a chłodne masy opadają, ponieważ mają większą gęstość w pewnym zakresie temperatur), ruch płynu może być też wywołany inną przyczyną.

PRZEWODNICTWO CIEPLNE Przewodzenie ciepła – bezpośredni kontakt układów, wymiana energii odbywa się w wyniku oddziaływania cząsteczek ciał. Przewodnictwo to przekazywanie ciepła wskutek ruchu cząsteczkowego w materiale bez wykonywania ruchu przez cały materiał. Przewodnictwo jest głównym rodzajem przekazywania ciepła w ciałach stałych. Jeżeli temperatura ciała stałego różni się w różnych jego punktach, wówczas ciepło przechodzi z punktów o wyższych temperaturach do punktów o temperaturach niższych w celu ustalenia równowagi cieplnej.

PRZEKAZYWANIE CIEPŁA- PROMIENIOWANIE Promieniowanie elektromagnetyczne – ruch drgający (przyspieszenie) ładunku elektrycznego w drgających cząsteczkach wywołuje promieniowanie elektromagnetyczne, zwane promieniowaniem termicznym (potocznie cieplnym), które może być pochłonięte przez inne ciało. Potocznie sądzi się, że za zjawisko transportu ciepła odpowiada promieniowanie podczerwone, podczas gdy dotyczy ono wszystkich długości promieniowania elektromagnetycznego. Błąd ten wynika zapewne stąd, że ciała w temperaturze pokojowej maksimum energii wypromieniowują właśnie w podczerwieni.

PROMIENIOWANIE

ENERGIA WEWNĘTRZNA CIAŁA Energia wewnętrzna ciała – I zasada termodynamiki ΔEw = W + Q ΔEw – przyrost energii wewnętrznej ciała W – praca wykonana nad ciałem Q – ilość przekazanego ciepła ΔEw = Q = c • m • ΔT ΔEw – zmiana energii wewnętrznej (ilość ciepła) [1J] 1C = 1K

PRZYKŁAD ZADANIA Ile energii należy dostarczyć 0.75 kg wody aby ogrzać ją o 10 stopni K? Rozwiązanie zadania Przekszatałcamy wzór na ciepło właściwe otrzymując: E=c*m*T=4200*0.75*10=31500 J= 31.5 kJ

PRZYGOTOWANY PRZEZ NAS PLAKAT DO DOŚWIADCZENIA Treść slajdu

KONSOLA ZESTAWU POMIAROWEGO COACH LAB II

POTRZEBNE DO DOŚWIADCZENIA Dwa czujniki temperatury Zlewki z ciepłą i zimną wodą

ZESTAW POMIAROWY COACH LAB II

POMIAR TEMPERATURY W CZASIE PRZY UŻYCIU COACH LAB II

WYRÓWNYWANIE TEMPERATUR- DOŚWIADCZENIE

PORÓWNYWANIE WYKRESÓW SPORZĄDZONYCH RĘCZNIE I KOMPUTEROWO

TEMPERATURA Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii. Temperatura jest miarą stanu cieplnego danego ciała. Jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś temperatura obu ciał jest różna, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej – aż do wyrównania się temperatury obu ciał.

POMIAR TEMPERTATURY Najczęściej używaną w Polsce i wielu innych krajach jednostką temperatury są stopnie Celsjusza. Wzór do przeliczania temperatury w stopniach Celsjusza na temperaturę w kelwinach jest następujący: T= t+273,15 K gdzie t jest w °C. W USA, w dalszym ciągu używa się stopni Fahrenheita. W tej skali temperatura zamarzania wody jest równa 32°F a wrzenia 212°F.

POMIAR TEMPERATURY- JEDNOSTKI Skala Rankine’a została ona utworzona przez przyporządkowanie punktowi potrójnemu wody wartości 491,688°Rank. Jednostka temperatury to jeden stopień Rankine’a. Pomiędzy wartością w skali Rankine’a a wartością w skali Fahrenheita występuje taki o to związek: TRank = Tf + 459,67 Skala Réaumura utworzona została ona przez przyporządkowanie temperaturze 0°C wartości 0°R, natomiast temperaturze 100°C wartości 80°R. Jednostka to jeden stopień Reumera. Na dzień dzisiejszy skala ta nie jest stosowana.

PRZYGOTOWANY PRZEZ NAS PLAKAT DOTYCZĄCY POMIARU TEMPERATURY

PRZYRZĄDY DO POMIARU TEMPERATURY

BUDOWA TERMOMETRU- POKAZ

PRZYGOTOWANY PRZEZ NAS PLAKAT DO DOŚWIADCZENIA OBRAZUJĄCEGO DZIAŁANIE SILNIKA CIEPLNEGO

ZASADA DZIAŁANIA SILNIKA CIEPLNEGO- NASZE DOŚWIADCZENIE

SKONSTRUOWANY PRZEZ NAS SILNIK CIEPLNY

STAN CIEKŁY Ciecz – stan skupienia materii pośredni między ciałem stałym a gazem, w którym ciało fizyczne trudno zmienia objętość, a łatwo zmienia kształt. Wskutek tego ciecz przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje, ale w przeciwieństwie do gazu nie rozszerza się, aby wypełnić je całe. Powierzchnia styku cieczy z gazem lub próżnią nazywa się powierzchnią swobodną cieczy.

PARA WODNA Para wodna - stan gazowy wody. Jako prawie czysty gaz, występuje w naturze w gejzerach, w gorących jaskiniach, jest wyrzucana z podziemi, jest wytwarzana i używana w technice oraz w gospodarstwie domowym. Jest też składnikiem powietrza atmosferycznego, jej zawartość w powietrzu zmienia się.

Stan gazowy- para wodna

STAN STAŁY- LÓD Zamarzanie czystej wody, przy ciśnieniu atmosferycznym wynoszącym 101 325 Pa, zachodzi w temperaturze 0 °C. Przy zamarzaniu objętość lodu jest większa niż tworząca go woda, przez co gęstość lodu jest o blisko 10% mniejsza (w temperaturze 0 °C gęstość wody wynosi 0,9998 g/cm³, a lodu - 0,9167 g/cm³). Dzięki temu lód pływa na wodzie, a zbiorniki wodne zamarzają od powierzchni w dół. Lód jest kryształem dwójłomnym, jednak jego współczynniki załamania różnią się niewiele: wynoszą no = 1,309 i ne = 1,313 dla długość fali około 590 nm

CIEPŁO TOPNIENIA I KRZEPNIĘCIA Ciepło topnienia ct = Q/m ct – ciepło topnienia [1J/kg] m – masa ciała [1kg] Q – ilość ciepła potrzebna do stopienia ciała [1J] Ciepło krzepnięcia ck = Q/m ck – ciepło krzepnięcia (=ciepłu topnienia) [1J/kg] m – masa ciała [1kg] Q – ilość ciepła oddana przez ciało podczas krzepnięcia [1J]

CIEPŁO PAROWANIA I SKRAPLANIA Ciepło parowania cp = Q/m cp – ciepło parowania (w temperaturze wrzenia) [1J/kg] m – masa ciała (cieczy) [1kg] Q – ilość ciepła potrzebna do wyparowania cieczy w temperaturze wrzenia [1J] Ciepło skraplania cs = Q/m cs – ciepło skraplania ( w temperaturze wrzenia) [1J/kg] m – masa pary [1kg] Q – ilość ciepła oddana podczas skraplania [1J]

NASZ PLAKAT- TURBINA PAROWA WYKORZYSTYWANA W ELEKTROCIEPŁOWNI

ELEKTROCIEPŁOWNIA- ZAKŁAD PRODUKUJĄCY CIEPŁO NA POTRZEBY MIASTA

ZESPÓŁ ELEKTROCIEPŁOWNI WROCŁAW KOGENERACJA SA

WYTWARZANIE CIEPŁA Po procesie spalania, do odprowadzania spalin z kotła służą dwa wentylatory spalin promieniowe dwustronnie ssące, które ustawione są poza budynkiem kotłowni za elektrofiltrem. Spaliny powstałe w komorze paleniskowej opływają kolejno wężownice przegrzewacza grodziowego, przegrzewacza pary III i I stopnia (przewał i początek II ciągu), następnie przepływają do II ciągu gdzie oddają ciepło wodzie zasilającej w podgrzewaczu wody oraz powietrzu w obrotowych podgrzewaczach. Następnie spaliny przepływają w kanałach do elektrofiltru, gdzie następuje oczyszczenie spalin z pyłu i dalej przez wentylatory ciągu do komina.

STRZEPYWACZE ELEKTROD ZBIORCZYCH K1 i KW3

ROZDZIELNIA ELEKTROFILTRÓW

LEJE POPIOŁOWE

WENTYLATOR

DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ

BIBLIOGRAFIA G.Francuz-Ornat, T. Kulawik, M. Nowotny-Różańska, Spotkania z fizyką – podręcznik do gimnazjum – część 2, Nowa Era: Warszawa; R.Sosiński, (1987), Fizyka i My, WSiP:Warszawa; S.Ziemicki, K. Puchowska, (2009), Bliżej fizyki, WSiP: Warszawa Źródła internetowe: http://pl.wikipedia.org http://help.solidworks.com/2011/polish/SolidWorks/cosmosxpresshelp/AllContent/SolidWorks/NonCore/SimulationXpress/c_Thermal_Analysis.html?format=P Zdjęcia wykonane przez członków grupy