Pogovorimo se o tem, kaj je prenos toplote. Ta izraz se nanaša na proces prenosa energije v snovi. Zanj je značilen zapleten mehanizem, opisan s toplotno enačbo.
Različice prenosa toplote
Kako je razvrščen prenos toplote? Toplotna prevodnost, konvekcija, sevanje so trije načini prenosa energije, ki obstajajo v naravi.
Vsak od njih ima svoje značilne značilnosti, značilnosti, aplikacije v tehnologiji.
Toplotna prevodnost
Količina toplote se razume kot vsota kinetične energije molekul. Ko trčijo, lahko del svoje toplote prenesejo na hladne delce. Toplotna prevodnost se maksimalno kaže v trdnih snoveh, manj značilna za tekočine, absolutno ni značilna za plinaste snovi.
Kot primer, ki potrjuje sposobnost trdnih snovi za prenos toplote z enega območja na drugo, si oglejte naslednji poskus.
Če pritrdite kovinske gumbe na jekleno žico, nato pa konec žice pripeljete do goreče žgane svetilke, bodo gumbi postopoma začeli odpadati z nje. Ko se segrejejo, se molekule začnejo premikati hitreje, pogostejetrčijo med seboj. Prav ti delci dajejo svojo energijo in toploto hladnejšim regijam. Če tekočine in plini ne zagotavljajo dovolj hitrega odtoka toplote, to povzroči močno povečanje temperaturnega gradienta v vročem območju.
Toplotno sevanje
Ko odgovorimo na vprašanje, kakšen tip prenosa toplote spremlja prenos energije, je treba opozoriti na to posebno metodo. Prenos sevanja vključuje prenos energije z elektromagnetnim sevanjem. To varianto opazimo pri temperaturi 4000 K in jo opisuje enačba toplotne prevodnosti. Absorpcijski koeficient je odvisen od kemične sestave, temperature, gostote določenega plina.
Prenos toplote zraka ima določeno mejo, s povečanjem pretoka energije se poveča temperaturni gradient, poveča se absorpcijski koeficient. Ko vrednost temperaturnega gradienta preseže adiabatski gradient, bo prišlo do konvekcije.
Kaj je prenos toplote? To je fizični proces prenosa energije iz vročega predmeta v hladen z neposrednim stikom ali skozi pregrado, ki ločuje materiale.
Če imajo telesa istega sistema različne temperature, potem pride do procesa prenosa energije, dokler se med njimi ne vzpostavi termodinamično ravnovesje.
Funkcije prenosa toplote
Kaj je prenos toplote? Kakšne so značilnosti tega pojava? Ne morete ga popolnoma ustaviti, lahko samozmanjšati njegovo hitrost? Ali se prenos toplote uporablja v naravi in tehnologiji? To je prenos toplote, ki spremlja in zaznamuje številne naravne pojave: razvoj planetov in zvezd, meteorološke procese na površini našega planeta. Na primer, skupaj z izmenjavo mase vam proces prenosa toplote omogoča analizo izhlapevalnega hlajenja, sušenja, difuzije. Izvaja se med dvema nosilcema toplotne energije skozi trdno steno, ki deluje kot vmesnik med telesi.
Prenos toplote v naravi in tehnologiji je način karakterizacije stanja posameznega telesa z analizo lastnosti termodinamičnega sistema.
Fourierjev zakon
Imenuje se zakon toplotne prevodnosti, ker povezuje skupno moč toplotne izgube, temperaturno razliko s površino prečnega prereza paralelepipeda, njegovo dolžino in tudi s koeficientom toplotne prevodnosti. Na primer, za vakuum je ta indikator skoraj nič. Razlog za ta pojav je minimalna koncentracija materialnih delcev v vakuumu, ki lahko prenaša toploto. Kljub tej lastnosti v vakuumu obstaja varianta prenosa energije s sevanjem. Razmislite o uporabi prenosa toplote na osnovi termosa. Njegove stene so dvojne, da se poveča odbojni proces. Med njimi se črpa zrak, hkrati pa se zmanjšajo toplotne izgube.
konvekcija
Ko odgovorite na vprašanje, kaj je prenos toplote, razmislite o procesu prenosa toplote v tekočinahali v plinih s spontanim ali prisilnim mešanjem. V primeru prisilne konvekcije je gibanje snovi posledica delovanja zunanjih sil: lopatic ventilatorja, črpalke. Podobna možnost se uporablja v primerih, ko naravna konvekcija ni učinkovita.
Naravni proces opazimo v primerih, ko se pri neenakomernem segrevanju segrejejo spodnje plasti snovi. Njihova gostota se zmanjša, dvignejo se. Zgornje plasti se nasprotno ohladijo, postanejo težje in se potopijo. Nadalje se postopek večkrat ponovi in med mešanjem opazimo samoorganizacijo v strukturo vrtincev, iz konvekcijskih celic nastane pravilna mreža.
Zaradi naravne konvekcije nastajajo oblaki, padavine padajo in tektonske plošče se premikajo. S konvekcijo nastanejo granule na Soncu.
Ustrezna uporaba prenosa toplote zagotavlja minimalne toplotne izgube, največjo porabo.
Bistvo konvekcije
Za razlago konvekcije lahko uporabite Arhimedov zakon, pa tudi toplotno raztezanje trdnih snovi in tekočin. Ko se temperatura dvigne, se volumen tekočine poveča, gostota pa zmanjša. Pod vplivom Arhimedove sile se lažja (ogreta) tekočina nagiba navzgor, hladne (goste) plasti pa padajo navzdol in se postopoma segrejejo.
Ko se tekočina segreje od zgoraj, ostane topla tekočina v prvotnem položaju, tako da ni opaziti konvekcije. Tako deluje cikeltekočine, ki jo spremlja prenos energije iz toplih območij v hladne prostore. V plinih se konvekcija odvija po podobnem mehanizmu.
S termodinamičnega vidika se konvekcija obravnava kot varianta prenosa toplote, pri kateri prenos notranje energije poteka z ločenimi tokovi neenakomerno segretih snovi. Podoben pojav se pojavlja v naravi in v vsakdanjem življenju. Na primer, radiatorji za ogrevanje so nameščeni na minimalni višini od tal, blizu okenske police.
Hladen zrak segreje baterija, nato se postopoma dviga navzgor, kjer se meša s hladnimi zračnimi masami, ki se spuščajo z okna. Konvekcija vodi do vzpostavitve enotne temperature v prostoru.
Med pogostimi primeri atmosferske konvekcije so vetrovi: monsuni, vetrič. Zrak, ki se segreje nad nekaterimi delci Zemlje, se ohladi nad drugimi, zaradi česar kroži, vlaga in energija se prenašata.
Lastnosti naravne konvekcije
Na to vpliva več dejavnikov hkrati. Na stopnjo naravne konvekcije na primer vplivajo dnevno gibanje Zemlje, morski tokovi in topografija površine. Prav konvekcija je osnova za izstop iz kraterjev vulkanov in dimnih cevi, nastajanje gora, vzletanje različnih ptic.
Za zaključek
Toplotno sevanje je elektromagnetni proces z neprekinjenim spektrom, ki ga oddaja snov, nastane zaradi notranje energije. Za izračun toplotnega sevanja, vFizika uporablja model črnega telesa. Opišite toplotno sevanje z uporabo Stefan-Boltzmannovega zakona. Moč sevanja takega telesa je neposredno sorazmerna s površino in temperaturo telesa, vzeto na četrto potenco.
Toplotna prevodnost je možna v vseh telesih, ki imajo neenakomerno porazdelitev temperature. Bistvo pojava je sprememba kinetične energije molekul in atomov, ki določa temperaturo telesa. V nekaterih primerih se toplotna prevodnost šteje za kvantitativno sposobnost določene snovi, da prevaja toploto.
Obsežni procesi izmenjave toplotne energije niso omejeni na ogrevanje zemeljske površine s sončnim sevanjem.
Za hude konvekcijske tokove v zemeljskem ozračju so značilne spremembe vremenskih razmer po vsem planetu. S temperaturnimi razlikami v ozračju med polarnim in ekvatorialnim območjem nastanejo konvekcijski tokovi: curki, pasati, hladne in tople fronte.
Prenos toplote iz zemeljskega jedra na površje povzroča vulkanske izbruhe, pojav gejzirjev. V mnogih regijah se geotermalna energija uporablja za proizvodnjo električne energije, ogrevanje stanovanjskih in industrijskih prostorov.
Toplota postane obvezen udeleženec mnogih proizvodnih tehnologij. Na primer, predelava in taljenje kovin, proizvodnja hrane, rafiniranje nafte, delovanje motorjev - vse to se izvaja samo ob prisotnosti toplotne energije.
