Låt oss prata om vad värmeöverföring är. Denna term hänvisar till processen för energiöverföring i materia. Den kännetecknas av en komplex mekanism, beskriven av värmeekvationen.
Varter av värmeöverföring
Hur klassificeras värmeöverföring? Värmeledning, konvektion, strålning är de tre sätten för energiöverföring som finns i naturen.
Var och en av dem har sina egna distinkta egenskaper, funktioner, tillämpningar inom teknik.
Värmeledningsförmåga
Mängden värme förstås som summan av molekylernas kinetiska energi. När de kolliderar kan de överföra en del av sin värme till kalla partiklar. Värmeledningsförmågan manifesteras maxim alt i fasta ämnen, mindre typiskt för vätskor, absolut inte typiskt för gasformiga ämnen.
Som ett exempel som bekräftar förmågan hos fasta ämnen att överföra värme från ett område till ett annat, överväg följande experiment.
Om du fixerar metallknappar på en ståltråd, för sedan med änden av tråden till en brinnande spritlampa, gradvis kommer knapparna att börja falla av den. När de värms upp börjar molekylerna röra sig i en snabbare hastighet, oftarekolliderar med varandra. Det är dessa partiklar som ger sin energi och värme till kallare områden. Om vätskor och gaser inte ger ett tillräckligt snabbt utflöde av värme leder detta till en kraftig ökning av temperaturgradienten i det varma området.
Värmestrålning
För att svara på frågan om vilken typ av värmeöverföring som åtföljs av energiöverföring, är det nödvändigt att notera denna speciella metod. Strålningsöverföring innebär överföring av energi genom elektromagnetisk strålning. Denna variant observeras vid en temperatur av 4000 K och beskrivs av värmeledningsekvationen. Absorptionskoefficienten beror på den kemiska sammansättningen, temperaturen, densiteten hos en viss gas.
Värmeöverföring av luft har en viss gräns, med ett ökat energiflöde ökar temperaturgradienten, absorptionskoefficienten ökar. Efter att värdet på temperaturgradienten överstiger den adiabatiska gradienten kommer konvektion att ske.
Vad är värmeöverföring? Detta är den fysiska processen att överföra energi från ett varmt föremål till ett kallt genom direkt kontakt eller genom en skiljevägg som separerar materialen.
Om kropparna i samma system har olika temperaturer, sker energiöverföringsprocessen tills termodynamisk jämvikt har upprättats mellan dem.
Värmeöverföringsfunktioner
Vad är värmeöverföring? Vad kännetecknar detta fenomen? Du kan inte stoppa det helt, du kan baraminska hastigheten? Används värmeöverföring i natur och teknik? Det är värmeöverföring som åtföljer och kännetecknar många naturfenomen: utvecklingen av planeter och stjärnor, meteorologiska processer på vår planets yta. Till exempel, tillsammans med massutbyte, låter värmeöverföringsprocessen dig analysera förångningskyla, torkning, diffusion. Den utförs mellan två bärare av termisk energi genom en solid vägg, som fungerar som en gränsyta mellan kroppar.
Värmeöverföring i naturen och teknologin är ett sätt att karakterisera en individuell kropps tillstånd, analysera egenskaperna hos ett termodynamiskt system.
Fouriers lag
Det kallas värmeledningslagen, eftersom den kopplar samman värmeförlustens totala effekt, temperaturskillnaden med parallellepipedens tvärsnittsarea, dess längd och även med värmeledningskoefficienten. Till exempel, för ett vakuum är denna indikator nästan noll. Anledningen till detta fenomen är den minsta koncentrationen av materialpartiklar i ett vakuum som kan bära värme. Trots denna egenskap finns det i vakuum en variant av energiöverföring genom strålning. Överväg användningen av värmeöverföring på basis av en termos. Dess väggar är gjorda dubbla för att öka reflektionsprocessen. Luft pumpas ut mellan dem, samtidigt som värmeförlusten minskar.
Konvektion
För att svara på frågan om vad värmeöverföring är, överväg processen för värmeöverföring i vätskoreller i gaser genom spontan eller forcerad blandning. Vid forcerad konvektion orsakas materiens rörelse av inverkan av yttre krafter: fläktblad, pump. Ett liknande alternativ används i situationer där naturlig konvektion inte är effektiv.
En naturlig process observeras i de fall då, med ojämn uppvärmning, de nedre skikten av ämnet värms upp. Deras densitet minskar, de stiger upp. De övre lagren svalnar tvärtom, blir tyngre och sjunker ner. Vidare upprepas processen flera gånger, och under blandningen observeras självorganisering i virvelstrukturen, ett regelbundet gitter bildas från konvektionscellerna.
På grund av naturlig konvektion bildas moln, nederbörd faller och tektoniska plattor rör sig. Det är genom konvektion som granulat bildas på solen.
Rätt användning av värmeöverföring säkerställer minimal värmeförlust, maximal förbrukning.
Konvektionens väsen
För att förklara konvektion kan du använda Arkimedes lag, såväl som termisk expansion av fasta ämnen och vätskor. När temperaturen stiger ökar volymen av vätskan och densiteten minskar. Under påverkan av Arkimedeskraften tenderar en lättare (uppvärmd) vätska uppåt, och kalla (täta) lager faller ner och värms gradvis upp.
När vätskan värms upp ovanifrån förblir den varma vätskan i sin ursprungliga position, så ingen konvektion observeras. Så här fungerar cykelnvätska, som åtföljs av överföring av energi från varma områden till kalla platser. I gaser sker konvektion enligt en liknande mekanism.
Ur termodynamisk synvinkel betraktas konvektion som en variant av värmeöverföring, där överföringen av intern energi sker genom separata flöden av ojämnt uppvärmda ämnen. Ett liknande fenomen förekommer i naturen och i vardagen. Till exempel installeras värmeelement på minsta höjd från golvet, nära fönsterbrädan.
Kall luft värms upp av batteriet och stiger sedan gradvis upp, där den blandas med kalla luftmassor som kommer ned från fönstret. Konvektion leder till upprättande av en enhetlig temperatur i rummet.
Bland de vanligaste exemplen på atmosfärisk konvektion är vindar: monsuner, vindar. Luften som värms upp över vissa fragment av jorden svalnar över andra, vilket gör att den cirkulerar, fukt och energi överförs.
Funktioner av naturlig konvektion
Det påverkas av flera faktorer samtidigt. Till exempel påverkas graden av naturlig konvektion av jordens dagliga rörelser, havsströmmar och yttopografi. Det är konvektion som är grunden för utträdet från vulkankratrar och rökrör, bildandet av berg, svävandet av olika fåglar.
Avslutningsvis
Termisk strålning är en elektromagnetisk process med ett kontinuerligt spektrum, som sänds ut av materia, uppstår på grund av intern energi. För att utföra beräkningar av värmestrålning, iFysiken använder svartkroppsmodellen. Beskriv värmestrålning med hjälp av Stefan-Boltzmanns lag. Strålningseffekten för en sådan kropp är direkt proportionell mot kroppens yta och temperatur, taget till fjärde potensen.
Värmeledningsförmåga är möjlig i alla kroppar som har en ojämn temperaturfördelning. Kärnan i fenomenet är förändringen i den kinetiska energin hos molekyler och atomer, som bestämmer kroppens temperatur. I vissa fall anses värmeledningsförmåga vara den kvantitativa förmågan hos ett visst ämne att leda värme.
Storskaliga processer för termiskt energiutbyte är inte begränsade till uppvärmning av jordens yta genom solstrålning.
Svåra konvektionsströmmar i jordens atmosfär kännetecknas av förändringar i väderförhållandena över hela planeten. Med temperaturskillnader i atmosfären mellan polar- och ekvatorialområdena uppstår konvektionsflöden: jetströmmar, passadvindar, kalla och varma fronter.
Överföringen av värme från jordens kärna till ytan orsakar vulkanutbrott, förekomsten av gejsrar. I många regioner används geotermisk energi för att generera el, värma bostäder och industrilokaler.
Det är värme som blir en obligatorisk deltagare i många produktionstekniker. Till exempel bearbetning och smältning av metaller, tillverkning av livsmedel, oljeraffinering, drift av motorer - allt detta utförs endast i närvaro av termisk energi.
