Toplotna energija je izraz, ki ga uporabljamo za opis stopnje aktivnosti molekul v predmetu. Povečano vzbujanje je tako ali drugače povezano z zvišanjem temperature, medtem ko se v hladnih predmetih atomi premikajo veliko počasneje.
Primere prenosa toplote je mogoče najti povsod - v naravi, tehnologiji in vsakdanjem življenju.
Primeri prenosa toplote
Največji primer prenosa toplote je sonce, ki greje planet Zemljo in vse na njej. V vsakdanjem življenju lahko najdete veliko podobnih možnosti, le v precej manj globalnem smislu. Torej, kakšni so primeri prenosa toplote v vsakdanjem življenju?
Tukaj jih je nekaj:
- Plinski ali električni štedilnik in na primer ponev za cvrtje jajc.
- Automobilska goriva, kot je bencin, zagotavljajo toplotno energijo motorju.
- Priloženi toaster spremeni kos kruha v toast. Povezan je s sevanjemtoplotna energija toasta, ki izvleče vlago iz kruha in ga naredi hrustljav.
- Vroča skodelica parečega kakava greje roke.
- Vsak plamen, od plamenov vžigalic do velikih gozdnih požarov.
- Ko led damo v kozarec vode, ga toplotna energija iz vode stopi, to pomeni, da je voda sama vir energije.
- Radiator ali ogrevalni sistem v vašem domu zagotavlja toploto v dolgih, hladnih zimskih mesecih.
- Konvencionalne pečice so viri konvekcije, zaradi česar se hrana, postavljena v njih, segreje in začne se proces kuhanja.
- Primere prenosa toplote lahko opazujete v svojem telesu, če vzamete kos ledu v roko.
- Toplotna energija je celo znotraj mačke, ki lahko ogreje lastnikova kolena.
Toplota je gibanje
Toplotni tokovi so v stalnem gibanju. Glavne načine njihovega prenosa lahko imenujemo konvencija, sevanje in prevodnost. Oglejmo si te koncepte podrobneje.
Kaj je prevodnost?
Morda so mnogi že večkrat opazili, da so v isti sobi občutki ob dotiku tal lahko popolnoma različni. Lepo in toplo je hoditi po preprogi, a če greste v kopalnico bosi, opazen hlad takoj daje občutek vedrine. Ne tam, kjer je talno gretje.
Zakaj torej ploščica zamrzne? Vse je zatotoplotna prevodnost. Je ena od treh vrst prenosa toplote. Kadar sta dva predmeta različnih temperatur v stiku med seboj, bo med njima prešla toplotna energija. Primeri prenosa toplote v tem primeru vključujejo naslednje: držanje za kovinsko ploščo, katere drugi konec je postavljeno nad plamen sveče, čez čas lahko začutite pekoč občutek in bolečino, v trenutku, ko se dotaknete likalnika. ročaj lonca z vrelo vodo, se lahko opečete.
Faktorji prevodnosti
Dobra ali slaba prevodnost je odvisna od več dejavnikov:
- Vrsta in kakovost materiala, iz katerega so predmeti izdelani.
- Površina dveh predmetov v stiku.
- Temperaturna razlika med dvema objektoma.
- Debelina in velikost artiklov.
V obliki enačbe je videti takole: Hitrost prenosa toplote na predmet je enaka toplotni prevodnosti materiala, iz katerega je predmet izdelan, pomnožena površina na kontaktu, pomnožena temperaturna razlika med obema predmetoma in deljeno z debelino materiala. Preprosto je.
Primeri prevodnosti
Neposredni prenos toplote z enega predmeta na drugega se imenuje prevodnost, snovi, ki dobro prevajajo toploto, pa se imenujejo prevodniki. Nekateri materiali in snovi se s to nalogo ne spopadajo dobro, imenujemo jih izolatorji. Sem spadajo les, plastika, steklena vlakna in celo zrak. Kot veste, izolatorji dejansko ne ustavijo toka.toplote, vendar jo preprosto upočasnite na eno ali drugo stopnjo.
konvekcija
Ta vrsta prenosa toplote, kot je konvekcija, se pojavlja v vseh tekočinah in plinih. Takšne primere prenosa toplote lahko najdete v naravi in v vsakdanjem življenju. Ko se tekočina segreje, molekule na dnu pridobijo energijo in se premikajo hitreje, kar povzroči zmanjšanje gostote. Molekule tople tekočine se začnejo premikati navzgor, medtem ko se hladilna tekočina (gostejša tekočina) začne potapljati. Ko hladne molekule dosežejo dno, spet prejmejo svoj delež energije in se spet nagibajo k vrhu. Cikel se nadaljuje, dokler je na dnu vir toplote.
Primeri prenosa toplote v naravi lahko navedemo takole: s pomočjo posebej opremljenega gorilnika lahko topel zrak, ki napolni prostor balona, dvigne celotno konstrukcijo na dovolj visoko višino, stvar je da je topel zrak lažji od hladnega.
sevanje
Ko sedite pred ognjem, vas ogreje toplota, ki izhaja iz njega. Enako se zgodi, če dlan prinesete k goreči žarnici, ne da bi se je dotaknili. Počutili se boste tudi toplo. Največje primere prenosa toplote v vsakdanjem življenju in naravi vodi sončna energija. Vsak dan toplota sonca preide skozi 146 milijonov km praznega prostora vse do same Zemlje. Je gonilna sila vseh oblik in sistemov življenja, ki obstajajo na našem planetu danes. Brez tega načina prenosa bi bili v velikih težavah in svet ne bi bil enak, kot smo mi.poznamo ga.
Sevanje je prenos toplote z uporabo elektromagnetnih valov, bodisi radijskih, infrardečih, rentgenskih žarkov ali celo vidne svetlobe. Vsi predmeti oddajajo in absorbirajo sevalno energijo, vključno s samim človekom, vendar se vsi predmeti in snovi ne spopadajo s to nalogo enako dobro. Primere prenosa toplote v vsakdanjem življenju je mogoče upoštevati z uporabo običajne antene. Kar dobro seva, praviloma dobro tudi absorbira. Kar zadeva Zemljo, sprejema energijo od sonca in jo nato vrača v vesolje. Ta energija sevanja se imenuje zemeljsko sevanje in je tisto, kar omogoča življenje na planetu.
Primeri prenosa toplote v naravi, vsakdanjem življenju, tehnologiji
Prenos energije, zlasti toplotne, je temeljno področje študija za vse inženirje. Sevanje naredi Zemljo bivalno in zagotavlja obnovljivo sončno energijo. Konvekcija je osnova mehanike, odgovorna je za pretok zraka v zgradbah in izmenjavo zraka v hišah. Prevodnost vam omogoča, da lonec segrejete tako, da ga preprosto prižgete.
Številni primeri prenosa toplote v tehnologiji in naravi so očitni in jih najdemo po vsem svetu. Skoraj vsi imajo pomembno vlogo, predvsem na področju strojništva. Na primer, pri načrtovanju prezračevalnega sistema stavbe inženirji izračunajo prenos toplote iz stavbe okoli nje, pa tudi notranji prenos toplote. Poleg tega izberejo materiale, ki zmanjšajo ali povečajo prenos toplote.preko posameznih komponent za optimizacijo učinkovitosti.
Izhlapevanje
Ko so atomi ali molekule tekočine (kot je voda) izpostavljeni znatnemu volumnu plina, se nagibajo k spontanemu prehodu v plinasto stanje ali izhlapevanju. To je zato, ker se molekule nenehno premikajo v različnih smereh z naključno hitrostjo in trčijo med seboj. Med temi procesi nekateri od njih prejmejo kinetično energijo, ki zadostuje, da se odbijejo od vira toplote.
Vendar nimajo vse molekule časa, da izhlapijo in postanejo vodna para. Vse je odvisno od temperature. Torej bo voda v kozarcu izhlapevala počasneje kot v ponvi, ogreti na štedilniku. Vrela voda močno poveča energijo molekul, kar posledično pospeši proces izhlapevanja.
Osnovni koncepti
- Prevodnost je prenos toplote skozi snov z neposrednim stikom atomov ali molekul.
- Konvekcija je prenos toplote s kroženjem plina (kot je zrak) ali tekočine (kot je voda).
- Sevanje je razlika med količino absorbirane in odbite toplote. Ta sposobnost je močno odvisna od barve, črni predmeti absorbirajo več toplote kot svetli.
- Izhlapevanje je proces, s katerim atomi ali molekule v tekočem stanju pridobijo dovolj energije, da postanejo plin ali para.
- Toplogredni plini so plini, ki ujamejo sončno toploto v Zemljino atmosfero in proizvajajo toplogredni plin. Učinek. Obstajata dve glavni kategoriji - vodna para in ogljikov dioksid.
- Obnovljivi viri energije so neomejeni viri, ki se polnijo hitro in naravno. Ti vključujejo naslednje primere prenosa toplote v naravi in tehnologiji: veter in sončna energija.
- Toplotna prevodnost je hitrost, s katero material prenaša toplotno energijo skozi sebe.
- Toplotno ravnovesje je stanje, v katerem so vsi deli sistema v istem temperaturnem režimu.
Praktična uporaba
Številni primeri prenosa toplote v naravi in tehnologiji (slike zgoraj) kažejo, da je treba te procese dobro preučiti in jim služiti za vedno. Inženirji uporabljajo svoje znanje o principih prenosa toplote, raziskujejo nove tehnologije, ki so povezane z uporabo obnovljivih virov in so manj uničujoče za okolje. Ključno je razumevanje, da prenos energije odpira neskončne možnosti za inženirske rešitve in še več.
