Ii thermal physics
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 60

II. 熱物理 ( Thermal Physics ) PowerPoint PPT Presentation


  • 66 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

II. 熱物理 ( Thermal Physics ). 溫度與熱 熱膨脹 相變化( phase changes ) 熱傳遞( Heat transfer ) 氣體動力論( Kinetic Theory of gases ) 引擎與冷凍機. II.1 溫度與熱. The Celsius and Fahrenheit temperature scales T F = (9/5)T C +32° Kelvin Scale T C = T – 273.15 ° T 3 = 273.16K. triple point 水的三相點溫度.

Download Presentation

II. 熱物理 ( Thermal Physics )

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Ii thermal physics

II. 熱物理 (Thermal Physics)

  • 溫度與熱

  • 熱膨脹

  • 相變化(phase changes)

  • 熱傳遞(Heat transfer)

  • 氣體動力論(Kinetic Theory of gases)

  • 引擎與冷凍機


Ii thermal physics

II.1 溫度與熱

  • The Celsius and Fahrenheit temperature scales

    • TF = (9/5)TC+32°

  • Kelvin Scale

    • TC = T – 273.15°

    • T3 = 273.16K

triple point

水的三相點溫度


Ii thermal physics

凱式攝氏與華氏溫標


Ii thermal physics

攝氏與華氏溫標


Ii thermal physics

從最高溫到最低溫


Ii thermal physics

溫度計

  • 定容氣體溫度計

  • 熱偶溫度計

  • Bimetallic strip

  • Optical pyrometer


Ii thermal physics

定容氣體溫度計


Ii thermal physics

凱氏溫標的定義


Thermocouple

熱偶溫度計 (thermocouple)

-240 ° C– 2700 °C


Bimetallic strip and optical pyrometer

Bimetallic strip and Optical pyrometer


Ii thermal physics

熱(heat)的定義和單位

Heat is the energy that is transferred between a system and its environment because of a temperature difference that exists between them

  • J = Joule(焦耳)

  • Cal = calorie(卡洛里)

  • Btu = British Thermal Unit


Ex 1 1 a candy bar 350

Ex.1-1 A candy bar 350 大卡

  • 供100W燈泡使用4.1h

  • 慢跑3 ~ 4mi


Ii thermal physics

II.2 熱膨脹


Bimetallic strip switch

Bimetallic strip switch


Ii thermal physics

線膨脹與體膨脹


Ex 2 1 thermal stress

Ex. 2-1 熱應力 (Thermal stress)


Ex 2 2 delivering diesel oil from las vegas to payson

Ex.2-2 Delivering diesel oil from Las Vegas to Payson

  • 9785 gal, temperature difference 41°F

  •  = 9.510-4/C ° - diesel fuel

  •  = 11 10-6/C ° - steel tank


Ex 2 3

Ex. 2-3 水的 ”熱漲冷縮”


Ii 3 phase changes

II.3相變化(phase changes)

  • 固態 –>液態 –> 氣態 –> 電漿態

  • ------------------溫度上升--------------->

  • solid liquid vapor plasma

  • (冰) (水) (水蒸氣) (H、O、e)


Phase diagram of water

Phase diagram of water

  • 水在一大氣壓下,已恆定律加熱時,其溫度隨時間之變化。


Ii thermal physics

比熱和潛熱

  • 比熱(specific heat capactity):使每公斤物質溫度上升1K或1℃所需之熱。

  • 潛熱(latent heat):相變化中,每公斤物質所吸收或釋出之熱。


Ii thermal physics

潛熱表


Ex 3 1 5 5 150 q

Ex.3-1使-5℃,5公斤的冰塊變成150℃的水蒸氣所需的熱量Q


Iii 4 heat transfer

III.4 熱傳遞(Heat transfer)

  • 傳導(conduction)

  • 對流(convection)

  • 輻射(Radiation)


Conduction

傳導(conduction)

  • H(Heat flow熱流)= KAT /L

  • K:導熱率

  • A:截面積

  • T:溫差

  • L:長度


R value

R-value

  • R.30 insulating slab

  • 5.1 in PU foam

  • 23 in white pine

  • 18 in glass

  • 1.4 mi silver

  • R=L/k –> H = AT /R


Ii thermal physics

導熱率


Ex 4 1

Ex.4-1 人體組織的熱傳導

  • 人以普通速度步行時,產生之熱流為280W

  • 人體表面積約1.5m2,且平均而言,熱係於皮膚之下0.03m處產生

  • 導熱率則約與動物肌肉相同,為

    0.2 W/mK


Ii thermal physics

熱流

  • 皮膚與體內之溫差僅數度,因此熱並非經由組織之傳導,而係經由血液輸送。


Convection

對流(convection)


Ex 4 2

Ex. 4-2 暖氣與冰箱


Ex 4 3 forced convection

Ex. 4-3 forced convection


Ex 4 4 sauna

Ex.4-4 Sauna

  • 皮膚溫度 = 33℃,室溫 = 29℃ 人體表面積 = 1.5m2

  • 此人所產生之熱流約為2倍;另一半藉由輻射散失。


Radiation

輻射(Radiation)

  • 良輻射體亦為良吸收體

  • Stefan-Boltzmann Law

  • 輻射功率 H = eAT4

    • e:輻射率 0 ≦ e ≦ 1

  • e = 1-完美輻射體(吸收體)-black body

  • 光亮表面之e則極小


Ex 4 5

Ex.4-5 人體的輻射

  • 人體在紅外線波長範圍e~1

  • 人體在可見光波長範圍e = 0.82~0.65

  • 皮膚溫度33℃ = 306K

  • 室內牆壁溫度29℃ = 302K


Ex 4 6 betelgeuse

Ex. 4-6 獵戶座的紅巨星Betelgeuse

  • 表面溫度2900 K,輻射功率4 ×1030

    (太陽的一半) (太陽的10000倍)

火星軌道半徑


Ex 4 7 hubble

Ex. 4-7 Hubble 望遠鏡的溫度調節設計

軌道衛星之日照被地球屏蔽時,其溫度與未被屏蔽時,有極大差異。

衛星表面的高反射金屬膜在日照下,可反射大部分來自太陽的輻射,把溫昇降至最低;而當其在地球陰影內時,亦可降低本身輻射之熱損耗。(poor absorber = poor emitter)


Ex 4 8

Ex. 4-8 太陽能熱水器

  • 收集器內部,包括水管均漆有高吸收黑漆,提昇其對太陽輻射之吸收。

  • 水管以銅製,提昇水管水的熱傳導。

  • 收集器之玻璃蓋降低因空氣對流之熱損耗。


Ex 4 9 lemur

Ex. 4-9 輻射與動物的活動-狐猿(lemur)


Ex 4 10 thermogram

Ex. 4-10 紅外線照相能源分析(thermogram)


Ii thermal physics

Convection

Radiation

Thermogram


Thermogram

Thermogram


Ii thermal physics

氣體動力論

  • Kinetic Theory of Gases

  • 氣體的狀態方程式(equation of state)

  • 氣體分子的速率


Ii thermal physics

氣體動力論

  • Kinetic Theory of Gases

  • 氣體的狀態方程式(equation of state)

  • PV = nRT –> P = nRT /V + C/V2 ……

    • P:壓力 V:體積

    • n:莫耳數(mole) T:溫度

    • R:氣體常數 = 8.31


Ex 5 1 1 mole

Ex. 5-1 1 mole氣體的體積

  • STP: Standard Temperature and Pressure Conditions –> 0℃(273K)

    1 atm = 1.013105Pa (N/m2)


Mole and n a

mole and NA

  • Avogadro’s number

  • 1 mole 物質,包含N = 6.022 ×1023個原子


Ex 5 2 hope diamond

Ex.5-2 Hope Diamond

  • 112 3/16 - carat

  • Golconda, India

  • Smithsonian


Ex 5 3 rosser reeves ruby

Ex.5-3 Rosser Reeves Ruby

  • Sri Lanka

  • Smitnsonian

  • 1 mole of Al2O3 = 2(26.9815g)+

    3(15.9994g) =101.9612g


Ii thermal physics

氣體分子的速率

Maxwell’s speed distribution


Ii thermal physics

不同溫度時之速率分布


Ex 5 4 maxwell s speed distribution

Ex.5-4 Maxwell’s speed distribution

(a)The average speed

(b)The root-mean-square speed

(c)The most probable speed


Ii thermal physics

方均根速率


Ii thermal physics

引擎與致冷機

  • 引擎的效率

  • 致冷機的效能係數


Ii thermal physics

引擎


Stirling engine

Stirling Engine


Ii thermal physics

引擎的效率

  • efficiency = =

  • 一般摩托車之效率22﹪,所做功為2510 J,則廢熱Q為


Ii thermal physics

致冷機


Ii thermal physics

致冷機的效能係數

  • coeficient of performance

  • K =


Ex 6 2

Ex. 6-2 家用冰箱

K = 4.7,Q = 250 J(每循環)

電功

廢熱


Entropy

Entropy熵

  • Some one-way processes


  • Login