Единицы физических величин и их размерности - Сена Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
138
тепловые единицы
[гл. 5
того количества тепла, которое необходимо сообщить одному грамму воды для того, чтобы нагреть ее от точки плавления до точки кипения. (Эта калория соответствует нагреванию воды от 14,5 до 15,5° С.)
Когда была установлена эквивалентность теплоты и работы, были проведены специальные опыты с целью установления связи между единицами количества тепла и работы. Этими опытами был определен так называемый «механический эквивалент тепла» — соотношение, согласно которому одна килокалория ,равна 427 кгс-м.
Учитывая, что между значениями калории или килокалории, определенными различными способами (калориметрическим, термохимическим), существует заметное расхождение, что приводило к необходимости введения поправок при точных расчетах, решили отказаться от определения единиц количества тепла теми или иными тепловыми измерениями и установить неизменное соотношение между этими единицами и единицами работы, которое было принято следующим:
1 кал = 4,1868 дж.
При этом предполагается, что измерение количества тепла калориями и ее кратными и дольными единицами сохраняется как временная мера и в будущем должно быть заменено измерением единицей работы Международной системы — джоулем.
В заключение укажем, что в холодильной технике пользуются понятием «количество холода», которое представляет собой по существу количество тепла, могущее быть отнятым холодильной установкой от окружающей среды. За единицу «количества холода» принимают фригорию, которая численно равна одной килокалории, но по смыслу имеет обратный знак. Можно говорить, что одна фригория равна минус одной килокалории.
Температурный градиент. Аналогично введенным ранее градиенту давления и градиенту скорости можно ввести температурный градиент
gradT = w,
(5.13)
прочие тепловые единицы
133
который в случае равномерного распределения температуры может быть представлен в виде
Iz-I1 *
Размерность
[gradT*] = L~lQ, (5.14)
а единицы его измерения: град/м и градам, если температура измерена по термодинамической или стоградус ной шкале.
Тепловой поток определяется как- количество тепла, проходящее в единицу времени в направлении падения температуры:
Ф = -^-. (5.15)
Размерность
[ф] = [^] = L2MT"3 (5.16)
совпадает с размерностью мощности.
В зависимости от единиц измерения количества теп» ла тепловой поток измеряется в ваттах, киловаттах, мегаваттах и т. п. или калориях и килокалориях в секунду, минуту или час. Соотношение между всеми этими единицами приведено в табл. 13.
Поверхностная плотность теплового потока (удельный тепловой поток) представляет собой отношение теплового потока к площади поперечного сечения потока, т. е. поток, приходящийся на единицу площади сечения, перпендикулярного к направлению потока. Согласно определению
<617>
и размерность
[q] = MT~\ (5.18)
Соответственно, единицы равны единицам потока, отнесенным к квадратному метру или квадратному сантиметру.
Энтропия. Термодинамика разделяет процессы на обратимые и необратимые. К числу обратимых относятся изотермическое и адиабатическое изменения состояния
140
тепловые единицы:
[гл. 8
идеального газа. Однако идеально обратимые процессы на практике неосуществимы. Все процессы, сопровождающиеся трением, теплообменом, диффузией и т. п., не могут быть полностью проведены в обратном направлении. Статистическая физика связывает эту необратимость с переходом системы от менее вероятного к более вероятному распределению элементов, образующих систему. В качестве примера можно рассмотреть процесс смешения двух газов, разделенных вначале в некотором сосуде перегородкой, после того как перегородка будет удалена. Другим примером может служить выравнивание температур нескольких соприкасающихся тел, имевших вначале различные температуры.
Установлена количественная мера, позволяющая судить о степени необратимости того или иного процесса. Эта величина носит название энтропии S. Если система переходит из состояния, которое мы отметим индексом «1», в состояние, отмеченное индексом «2», то, согласно определению энтропии, ее изменение при этом процессе равно
представляет собой полный дифференциал, так что интеграл от dS по замкнутому контуру равен нулю. Это значит, что энтропия является функцией состояния. Для частной неизолированной системы изменение энтропии может иметь любое как положительное, так и отрицательное значение и, в частности, равняться нулю. Однако, как следует из второго начала термодинамики, в замкнутой системе
2
(5.19)
В термодинамике доказывается, что
(5.20)
AS >0.
(5.21)
Величина AS характеризует при этом степень необратимости протекающих в этой системе процессов.
S 55]
единицы измерения тепловых свойств
141
Уравнение (5.19) определяет размерность энтропии
IS] = L2AlT1-2B-', (5.22)
и ее единицы: дж/град, эрг/град, кгс-м/град, кал/град и т. д.
§ 5.5. Единицы измерения тепловых свойств вещества
Теплоемкость. Теплоемкость измеряется количеством тепла, которое надо сообщить телу для того, чтобы нагреть его на 1°. Различают удельную теплоемкость (количество тепла, необходимое для нагревания одного грамма) и молекулярную или молярную теплоемкость (количество тепла, необходимое для нагревания одного моля или киломоля). Теплоемкость определяется формулой
