Tipuri de transfer termic: coeficientul de transfer de căldură

Orice corp material are caracteristici ca căldura, care poate crește și scădea. Căldura nu este o substanță materială: ca parte a energiei interne a materiei, ea provine din mișcarea și interacțiunea moleculelor. Deoarece căldura diferitelor substanțe poate fi diferită, se produce un proces de transfer de căldură de la o substanță mai caldă la o substanță cu mai puțină căldură. Acest proces se numește transfer de căldură. Principalele tipuri de transfer termic și mecanismele acțiunii lor vor fi luate în considerare în acest articol.

Determinarea transferului de căldură

Transferul de căldură sau procesul de transfer de temperatură pot apărea atât în ​​interiorul materiei, cât și între substanțe. În același timp, intensitatea schimbului de căldură depinde în mare măsură de proprietățile fizice ale materiei, de temperatura substanțelor (dacă mai multe substanțe participă la schimbul de căldură) și de legile fizicii. Transferul de căldură este un proces care continuă întotdeauna unilateral. Principiul principal al schimbului de căldură este că cel mai încălzit organism dă întotdeauna căldură unui obiect cu o temperatură mai scăzută. De exemplu, atunci când călcați hainele, un fier fierbinte dă căldura pantalonilor, și nu invers. Transferul de căldură este un fenomen dependent de indicele de timp care caracterizează propagarea ireversibilă a căldurii în spațiu.

Mecanismele de transfer de căldură

Mecanismele de interacțiune termică a substanțelor pot lua forme diferite. Există trei tipuri de schimburi de căldură în natură:

1. Conductibilitatea termică - mecanismul de transfer intermolecular al căldurii de la o parte a corpului la altul sau la alt obiect. Proprietatea se bazează pe neomogenitatea temperaturii în substanțele în cauză.
2. Convecția - schimbul de căldură între fluide (lichid, aer).
3. Expunerea la radiații este transferul de căldură din corpurile încălzite încălzite de energie (surse) sub formă de unde electromagnetice cu un spectru constant.

Luați în considerare tipurile de schimb de căldură enumerate mai detaliat.

Conductivitate termică

Cel mai adesea, conductivitatea termică se observă la solide. Dacă sub influența oricărui factor în una și aceeași substanță apar zone cu temperaturi diferite, energia termică a porțiunii încălzite va trece la frig. În unele cazuri, acest fenomen poate fi observat chiar și vizual. De exemplu, dacă luați o tijă de metal, de exemplu, un ac, și se încălzește în foc, apoi, după un timp, a se vedea modul în care energia termică este transmisă prin intermediul acului, pentru a forma în anumite zone strălucire. În locul unde temperatura este mai mare strălucire mai luminos, și invers, unde t este mai mic mai întunecat. Conductivitatea termică poate fi, de asemenea, observată între cele două corpuri (o cana de ceai fierbinte și o mână)

Intensitatea transmisiei fluxului de căldură depinde de mai mulți factori, dintre care matematicianul francez raportul Fourier a relevat. Acești factori includ gradientul primă temperatură (raportul dintre diferența de temperatură la capetele tijei la distanța de la un capăt la altul), aria secțiunii transversale a corpului, iar conductivitatea termică (toate substanțele este diferit, dar cea mai mare observată în metale). Cel mai semnificativ coeficient de conductivitate termică este observat în cupru și aluminiu. Nu este surprinzător faptul că aceste două metale sunt mai des folosite în fabricarea firelor electrice. Ca urmare a legii Fourier a cantității fluxului de căldură poate fi mărită sau micșorată prin modificarea unuia dintre acești parametri.

Tipuri de convecție de transfer de căldură

Convecția, inerentă în principal pentru gaze și lichide, are două componente: conductivitatea termică intermoleculară și mișcarea (propagarea) mediului. Mecanismul de acțiune al convecției are loc după cum urmează: pe măsură ce crește temperatura substanței care curge din molecula sa, începe mișcarea mai activă și, în absența limitărilor spațiale, crește volumul materiei. Consecința acestui proces va fi o scădere a densității substanței și mișcarea acesteia în sus. Un exemplu remarcabil de convecție este mișcarea aerului încălzit de la baterie la tavan.

Există tipuri de schimburi de căldură cu convecție liberă și forțată. Se încălzește și se amestecă la masa de tip liber se datorează neomogenitatea substanței, adică se ridică lichide fierbinți peste mod natural la rece, fără a exercita o influență a forțelor externe (de exemplu, prin încălzire cameră încălzire centrală). Când are loc mișcarea de masă prin convecție forțată sub acțiunea forțelor externe, cum ar fi agitare lingură de ceai.

Radiați transferul de căldură

Radiația sau transferul de căldură prin radiație poate să apară fără contactul cu un alt obiect sau cu o substanță, deci este posibil chiar și în spațiu aerian (vid). Radiația transferului de căldură este inerentă în toate corpurile într-o măsură mai mare sau mai mică și se manifestă sub formă de unde electromagnetice cu un spectru continuu. Un exemplu luminos îl reprezintă razele soarelui. Mecanismul de acțiune este după cum urmează: corpul emite în mod continuu o anumită cantitate de căldură în spațiul din jur. Când această energie lovește un alt obiect sau o substanță, o parte din ea este absorbită, a doua parte trece prin ea, iar a treia se reflectă în mediul înconjurător. Orice obiect poate emite căldură și poate absorbi, în timp ce substanțele întunecate sunt capabile să absoarbă mai multă căldură decât cele ușoare.

Mecanisme de transfer termic combinate

În natură, tipurile de procese de schimb de căldură sunt rareori întâlnite separat. Mult mai des pot fi observate împreună. În termodinamică, combinația chiar au un nume, de exemplu, conductivitate termică + convecție - un transfer convectiv de căldură și conductivitate termică + radiație termică se numește transfer de căldură prin radiație conductor. În plus, există astfel de tipuri combinate de schimb de căldură, cum ar fi:

• Transferul de căldură - mișcarea energiei termice între un gaz sau un lichid și un solid.
• Transferul de căldură este transferul t dintr-o materie în alta printr-un obstacol mecanic.
• Conversia de căldură convectiv-radiantă este formată prin combinarea convecției și a radiației termice.

Tipuri de schimb de căldură în natură (exemple)

Transferul de căldură în natură joacă un rol imens și nu se limitează la încălzirea globului prin razele soarelui. Curenții de convecție extins, cum ar fi mișcarea masei de aer, determină în mare măsură vremea pe întreaga noastră planetă.

Conductibilitatea termica a miezului Pamantului duce la aparitia gheizerelor si la eruptia rocilor vulcanice. Aceasta este doar o mică parte exemple de transfer de căldură la scară globală. Împreună formează tipurile de transfer termic convectiv și tipurile de transfer de căldură conducătoare de radiație necesare pentru a susține viața pe planeta noastră.

Utilizarea schimbului de căldură în activitățile antropologice

Căldura este o parte importantă a aproape tuturor proceselor de producție. Este greu de spus ce fel de schimb de căldură o utilizează cea mai mare persoană în economia națională. Probabil toate cele trei, în același timp. Datorită proceselor de transfer de căldură există o topire a metalelor, producerea unui număr imens de bunuri, de la obiecte de zi cu zi la nave spațiale.

Extrem de importante pentru civilizație sunt agregatele termice care pot transforma energia termică într-o forță utilă. Dintre acestea putem numi benzină, diesel, compresor, unități de turbină. Pentru munca lor, ei folosesc diferite tipuri de schimb de căldură.