Проверьте правильность решения задачи на выделение тепла

[realeugene]

photon в сообщении #1180401 писал(а):

Вообще говоря, электроэнергия не должна вся полностью перейти в тепловую энергию энергию движения молекул чего-то в комнате.

Э... Вот в этом месте есть одна важная тонкость. Даже в комнате, если происходит изменение температуры воздуха за счёт теплопередачи от нагревателя, полученная от нагревателя тепловая энергия в существенной мере тратится не только на увеличение внутренней энергии воздуха в комнате, но и на работу против сил давления окружающей среды при расширении этого воздуха. Формально, теплота - это функционал процесса, а не термодинамическая переменная состояния вещества. Поэтому, говорить про количество тепла, не рассматривая процесс, в котором это тепло передаётся, не совсем корректно.

[Rain!]

photon в сообщении #1180401 писал(а):

Вообще говоря, электроэнергия не должна вся полностью перейти в тепловую энергию энергию движения молекул чего-то в комнате. В случае с кофемолкой, как сказал DimaM, часть энергии уйдет на разрыв связей, если есть что молоть.

Выходит, если молоть нечего, то вся затраченная эл.энергия выделится в виде тепла, понятно.
Меня интересует, почему при работе двигателя с нагрузкой (помол зерна) тепла выделится меньше? Ведь разрыв связей происходит с выделением тепла. В сумме, тепло от кофемолки плюс тепло порошка кофе, должно получится то же самое значение, что и при холостом использовании. Вся разница будет в том, что при помоле - нагрузке на двигатель - 1 кВт.ч электроэнергии будет израсходован быстрее. Я в чём-то неправ?

[warlock66613]

Rain! в сообщении #1180519 писал(а):

Ведь разрыв связей происходит с выделением тепла.

С чего бы это?

[Rain!]

warlock66613 в сообщении #1180521 писал(а):

Rain! в сообщении #1180519 писал(а):

Ведь разрыв связей происходит с выделением тепла.

С чего бы это?

Жернова размельчают зёрна за счёт трения и давления, отсюда и нагрев. Порошок кофе после размола ощутимо тёплый.

[photon]

Rain! в сообщении #1180536 писал(а):

Порошок кофе после размола ощутимо тёплый.

Часть энергии уйдет на нагрев, но часть на разрыв связей - разломать зернышко вы можете, в общем-то, и без нагрева, но энергию на это потратить все равно придется

[Rain!]

photon в сообщении #1180556 писал(а):

Rain! в сообщении #1180536 писал(а):

Порошок кофе после размола ощутимо тёплый.

Часть энергии уйдет на нагрев, но часть на разрыв связей - разломать зернышко вы можете, в общем-то, и без нагрева, но энергию на это потратить все равно придется

Предположим, что нож кофемолки имел кинетическую энергию до столкновения 100 Дж. После столкновения с зерном кофе он потерял 10 Дж, а зерно при этом раскололось. Куда делись эти 10 Дж, если не на нагрев? Во что они превратились?

Как можно разломать зёрнышко без нагрева? Я всегда считал, что разлом - следствие неупругой деформации тела, сопровождается смещением атомов и молекул тела относительно друг-друга. При этом энергия межатомных связей высвобождается в виде тепловой энергии.

[EUgeneUS]

Rain!

10 Дж ушло на:
1. Неупругие деформации ножа. Мало, если нож качественный. Выделится в тепло.
2. Передачу помолу кинетической энергии (перермешивание). Много. Так как все с трением - выделится в тепло.
3. На трение между ножом и помолом. Много. Выделится в тепло.
4. На разрыв связей между частями зернышек. Мало. Не выделится в тепло.

Размолоть кофе без нагрева нельзя в силу пунктов 2 и 3. Если Вам как-то удалось от этого избавиться - срочно патентуйте и регистрируйтесь на Кикстартере.

[realeugene]

Rain! в сообщении #1180609 писал(а):

При этом энергия межатомных связей высвобождается в виде тепловой энергии.

Не фантазируйте впустую. Не высвобождается.
Возьмите два слипшихся магнита. Медленно разведите их в сторону. Вы совершаете работу против силы притяжения между магнитами, но тепло при этом не выделяется. Точно так же и с межатомными силами. Если вам удастся их порвать без треска, то тепло не выделится. Если с треском, то выделится тепло в количестве потерь на звук. Меньше, чем вы затратите усилий.

[Xey]

realeugene в сообщении #1180617 писал(а):

Возьмите два слипшихся магнита. Медленно разведите их в сторону. Вы совершаете работу против силы притяжения между магнитами, но тепло при этом не выделяется. Точно так же и с межатомными силами.

Не соглашусь. Два магнита или заряженных шарика можно раздвигать и снова сдвигать.
Если раздвинуть атомы (например, по стеклу пробежала тонкая трещина, даже свет от трещины еще не отражается) , то в исходное состояние атомы уже не вернуть.
Атомные связи на свежей поверхности ищут, к чему бы притянуться , и плюсы соединяются с торчащими рядом минусами. При этом должен появиться "атомный треск" с выделением тепла.
Потом трещину можно будет сжать , но она не слипнется.



Забыл про оптический контакт , там слипаются, если прижать со сдвигом. Видимо связи соседних атомов рвутся и замыкаются на соседнюю поверхность.

[photon]

Xey, realeugene, мне кажется, вы замыливаете обсуждение вопроса, поднятого ТС: важно не то, можно ли произвести разрыв без нагрева - это в данном случае несущественные подробности, а то, что не вся энергия при этом пойдет на нагрев.

[realeugene]

Xey в сообщении #1180631 писал(а):

Два магнита или заряженных шарика можно раздвигать и снова сдвигать.

Два - да, а попробуйте сдвигать и раздвигать кубик, собранный из магнитных шариков.

В принципе, вы правы. Существует такой термин, как "поверхностная энтропия", в дополнение к "поверхностной энергии". Гугл даёт ссылки на справочник химика. Так что, энтропия тоже должна возрастать при увеличении площади поверхности. Сколько и каково влияние этой дополнительной энтропии и энергии на температуру порванного тела - другой вопрос. Мне связь неочевидна. Может быть, кто-нибудь прояснит?

-- 28.12.2016, 14:58 --

photon в сообщении #1180644 писал(а):

а то, что не вся энергия при этом пойдет на нагрев.

Да, но как посчитать?

[DimaM]

realeugene в сообщении #1180645 писал(а):

Существует такой термин, как "поверхностная энтропия", в дополнение к "поверхностной энергии". Гугл даёт ссылки на справочник химика. Так что, энтропия тоже должна возрастать при увеличении площади поверхности. Сколько и каково влияние этой дополнительной энтропии и энергии на температуру порванного тела - другой вопрос. Мне связь неочевидна. Может быть, кто-нибудь прояснит?

Строго говоря, есть поверхностная свободная энергия, в первом приближении $F=\gamma S$ ($\gamma$ - коэффициент поверхностного натяжения). В ней сложены и энергия, и энтропия. Для твердых тел, конечно, зависит от вида поверхности и от окружения.

realeugene в сообщении #1180645 писал(а):

Да, но как посчитать?

Энергия связи на количество порванных связей. Или как выше через увеличение площади поверхности.

[GraNiNi]

Цитата:

Выходит, если молоть нечего, то вся затраченная эл.энергия выделится в виде тепла, понятно.

Двигатель - не нагревательный прибор.
Без нагрузки двигатель будет потреблять в разы, десятки раз (зависит от КПД) меньше номинальной мощности, то есть только на нагрев обмоток и потери в узлах трения.

Rain! в сообщении #1180519 писал(а):

Меня интересует, почему при работе двигателя с нагрузкой (помол зерна) тепла выделится меньше? Ведь разрыв связей происходит с выделением тепла.

Чтобы разорвать связи молекул в веществе нужно, преодолеть потенциальные межмолекулярные силы их связывающие. Преодоление этих сил аналогично тому, когда, например, двигатель поднимает лифт, затрачивая электроэнергию из сети, против потенциальных сил гравитации - тепло здесь не выделяется, хоть энергия и потребляется.
Тепло же будет выделяться, как побочный паразитный процесс, в обмотках двигателя - потери, определяющие КПД двигателя, а также во всех узлах, где есть трение - в широком смысле слова - подшипники, блоки, передачи - в механизмах, или в парах нож - вещество, в кофемолках, мясорубках, пилах и пр.

[Rain!]

realeugene в сообщении #1180617 писал(а):

Rain! в сообщении #1180609 писал(а):

При этом энергия межатомных связей высвобождается в виде тепловой энергии.

Не фантазируйте впустую. Не высвобождается.

Когда рвётся толстая арматура, она ощутимо нагревается при этом. Есть специальные станки, они рывком выпрямляют арматуру из бухты. Если выставить большее усилие, то арматура рвётся с нагревом.
При измельчении происходит внутреннее трение.

Цитата:

Возьмите два слипшихся магнита. Медленно разведите их в сторону. Вы совершаете работу против силы притяжения между магнитами, но тепло при этом не выделяется.

У двух магнитов и атомов внутри вещества разное взаимодействие, атомы связаны между собой химически. Если вы сумеете отполировать магниты до такой степени, что их атомы вступят во взаимодействие, то не сумеете после разъединить их без нагрева.

-- 28.12.2016, 19:40 --

photon в сообщении #1180644 писал(а):

Xey, realeugene, мне кажется, вы замыливаете обсуждение вопроса, поднятого ТС: важно не то, можно ли произвести разрыв без нагрева - это в данном случае несущественные подробности, а то, что не вся энергия при этом пойдет на нагрев.

Совершенно верно. Выше уже писали, что при работе кофемолки без нагрузки (зёрен кофе, к примеру), количество выделенного тепла будет равно потреблённой энергии. Неужели, если наполнить кофемолку зерном, поместить в калориметр и включить её так, чтоб она использовала столько же электроэнергии, сколько и в первом случае, то тепла выделится меньше?..

-- 28.12.2016, 19:48 --

GraNiNi в сообщении #1180666 писал(а):

Цитата:

Выходит, если молоть нечего, то вся затраченная эл.энергия выделится в виде тепла, понятно.

Двигатель - не нагревательный прибор.
Без нагрузки двигатель будет потреблять в разы, десятки раз (зависит от КПД) меньше номинальной мощности, то есть только на нагрев обмоток и потери в узлах трения.

Выше уже я оговаривал, что кофемолка без нагрузки отработает бОльшее время, чтоб использовать такое же количество энергии, как и с нагрузкой. Это ясно. Вопрос в том, будет ли разница в количестве выделенного тепла?

Цитата:

Чтобы разорвать связи молекул в веществе нужно, преодолеть потенциальные межмолекулярные силы их связывающие. Преодоление этих сил аналогично тому, когда, например, двигатель поднимает лифт, затрачивая электроэнергию из сети, против потенциальных сил гравитации - тепло здесь не выделяется, хоть энергия и потребляется.

Разве молекулы вещества при разрыве не будут сдвигаться относительно друг-друга, как это происходит при внутреннем трении или неупругой деформации?

[photon]

Rain! в сообщении #1180683 писал(а):

Неужели, если наполнить кофемолку зерном, поместить в калориметр и включить её так, чтоб она использовала столько же электроэнергии, сколько и в первом случае, то тепла выделится меньше?..

Если она будет потреблять столько же (мало) энергии, то, вероятно, молоть она не сможет - будет работать как кофемешалка, а не кофемолка, соответственно, и греть будет так же, но вообще - да: если потребляет столько же, то в случае с размолом нагрев будет ниже, чем без него.