Ce este transferul de căldură? Transferul de căldură în natură și tehnologie

Să vorbim despre transferul de căldură. Prin acest termen ne referim la procesul de transfer de energie în materie. Se caracterizează printr-un mecanism complex, descris de ecuația conductivității termice.

Tipuri de transfer termic

Cum se divide transferul de căldură? Conductibilitatea termică, convecția, radiația sunt trei moduri de transfer de energie care există în natură.

Fiecare dintre ele are propriile caracteristici, caracteristici, aplicații în tehnologie.

Conductivitate termică

Prin cantitatea de căldură se înțelege suma energiei cinetice a moleculelor. Ei pot transmite o parte din căldura lor particulelor reci într-o coliziune. Conductivitatea termică este maximă manifestată în solide, mai puțin caracteristică lichidelor, absolut neprincipală pentru substanțele gazoase.

Ca un exemplu, confirmând capacitatea substanțelor solide de a transfera căldură de la un sit la altul, luați în considerare următorul experiment.

În cazul în care sârma de oțel nasturii de metal, apoi se aduce la capătul de ardere a lămpii spirit de sârmă, treptat, butoanele vor cădea departe de ea. Atunci când sunt încălzite, moleculele încep să se miște într-un ritm mai rapid, adesea se ciocnesc unul cu celălalt. Este vorba de aceste particule care renunță la energia și căldura lor în regiunile mai reci. În cazul în care lichidele și gazele nu este furnizat un flux de căldură suficient de rapidă, acest lucru duce la o creștere bruscă a gradientului de temperatură în zona fierbinte.

Radiația termică

Răspunzând la întrebarea ce tip de transfer de căldură este însoțit de transferul de energie, este necesar să notați această metodă. Transferul de radiații implică transmiterea energiei prin radiații electromagnetice. Această variantă este observată la o temperatură de 4000 K, descrisă de ecuația conductivității termice. Coeficientul de absorbție depinde de compoziția chimică, temperatura și densitatea unui gaz specific.

Transferul de căldură al aerului are o anumită limită, deoarece fluxul de energie crește, crește gradientul de temperatură, crește coeficientul de absorbție. După ce valoarea gradientului de temperatură depășește gradientul adiabatic, va apărea convecția.

Ce este transferul de căldură? Asta este procesul fizic de transfer de energie de la un obiect fierbinte la un obiect rece prin contact direct sau printr-o partiție care separă materialele.

Dacă corpurile unui sistem au temperaturi diferite, atunci procesul de transfer de energie are loc până când se stabilește un echilibru termodinamic între ele.

Caracteristici de transfer termic

Ce este transferul de căldură? Care sunt caracteristicile acestui fenomen? Nu poate fi oprită complet, putem reduce doar rata de debit? Transferul de căldură este utilizat în natură și în tehnologie? Este schimbul de căldură care însoțește și caracterizează numeroase fenomene naturale: evoluția planetelor și a stelelor, procese meteorologice de pe suprafața planetei noastre. De exemplu, împreună cu schimbul de masă, procesul de transfer de căldură permite analiza evaporării răcirii, uscării, difuziei. Se efectuează între doi purtători de energie termică printr-un perete solid care acționează ca interfața corpurilor.

Transferul de căldură în natură și în tehnologie este o modalitate de a caracteriza starea unui corp individual, analizând proprietățile unui sistem termodinamic.

Legea Fourier

Se numește legea conducției de căldură, deoarece se leaga de intreaga capacitate a pierderilor de căldură, diferența de temperatură cu aria secțiunii transversale a unui paralelipiped, lungimea acesteia, precum și conductivitatea termică. De exemplu, pentru vid, acest indicator este practic zero. Motivul pentru acest fenomen este concentrația minimă a particulelor de material într-un vid care poate transporta căldură. În ciuda unei caracteristici similare, în vid există o variantă de transfer de energie prin radiație. Aplicarea transferului de căldură va fi luată în considerare pe baza termos. Pereții acestuia sunt făcuți dublu pentru a mări procesul de reflexie. Între ei a pompat aerul, reducând în același timp pierderea de căldură.

convectie

Răspunzând la întrebarea despre transferul de căldură, luați în considerare procesul de transfer de căldură în lichide sau gaze prin amestecare spontană sau forțată. În cazul convecției forțate, mișcarea substanței este cauzată de acțiunea forțelor exterioare: lamele ventilatorului, pompa. O opțiune similară este folosită în acele situații în care convecția naturală nu este eficientă.

Un proces natural este observat în acele cazuri când, în timpul încălzirii neuniforme, straturile inferioare ale materiei sunt încălzite. Densitatea lor scade, cresc. Straturile superioare, pe de altă parte, sunt răcite, mai grele, mai jos. Mai mult, procesul este repetat în mod repetat, iar în timpul amestecării se constată auto-organizarea în structura vîrtejurilor, formând o rețea obișnuită din celulele de convecție.

Datorită convecției naturale, se formează nori, se precipită precipitații atmosferice, se efectuează mișcarea plăcilor tectonice. Prin convecție pe soare se formează granulele.

Utilizarea corectă a transferului de căldură garantează pierderea minimă de căldură, consumul maxim.

Esența convecției

Pentru a explica convecția, se poate folosi legea lui Archimedes, și de asemenea expansiune termică solide și lichide. Pe măsură ce crește temperatura, volumul lichidului crește, densitatea scade. Sub influența forței lui Archimedes, un lichid mai ușor (încălzit) are tendința ascendentă, iar straturile reci (dense) cad în jos, încălzind treptat.

Dacă lichidul este încălzit de sus, lichidul cald rămâne în poziția inițială, astfel încât nu este observată convecția. Acesta este modul în care fluidul curge, care este însoțit de transferul de energie din zonele încălzite în locuri reci. În gaze, convecția are loc printr-un mecanism similar.

Din punct de vedere termodinamic, convecția este considerată ca o variantă a transferului de căldură, în care transferul de energie internă trece prin fluxuri separate de substanțe încălzite neuniform. Un fenomen similar apare în natură și în viața de zi cu zi. De exemplu, radiatoarele de încălzire sunt instalate la o înălțime minimă de la podea, lângă pervazul ferestrei.

Aerul rece este încălzit de baterie, apoi se ridică treptat, unde se amestecă cu masele de aer rece care coboară din fereastră. Convecția conduce la stabilirea unei temperaturi uniforme în cameră.

Printre exemplele obișnuite de convecție atmosferică se numără vânturile: musoni, brize. Aerul care se încălzește peste anumite fragmente ale Pământului se răcește pe alții, ca rezultat al circulației sale, iar umezeala și energia sunt transferate.

Caracteristici ale convecției naturale

Mai mulți factori îl afectează imediat. De exemplu, mișcarea zilnică a Pământului, curenții de mare și relieful de suprafață afectează rata de convecție naturală. Convecția este baza ieșirii din craterele vulcanului și a țevilor de fum, formarea de munți, plutirea diverselor păsări.

În concluzie

Radiația termică este un proces electromagnetic cu un spectru continuu, care este emis de materie, provine din energia internă. Pentru a efectua calculele radiației termice, se utilizează un model de corp negru în fizică. Radiația termică este descrisă prin legea lui Stefan-Boltzmann. Puterea de radiație a unui astfel de corp este direct proporțională cu aria de suprafață și temperatura corpului luată până la a patra putere.

Conductivitatea termică este posibilă în orice corp care are o distribuție neuniformă a temperaturii. Esența fenomenului constă în schimbarea energiei cinetice a moleculelor și a atomilor, care determină temperatura corpului. În unele cazuri, conducta de căldură este considerată o capacitate cantitativă a unei anumite substanțe de a conduce căldură.

Procesele de scară a schimbului de energie termică nu se limitează la încălzirea suprafeței pământului prin radiații solare.

Curenții de convecție puternici din atmosfera pământului se caracterizează prin schimbări pe întreaga planetă a condițiilor meteorologice. Când temperatura scade în atmosferă între regiunile polare și ecuatoriale apar în fluxurile de convecție: jeturi, vânturile comerciale, reci și fronturi calde.

Transferul căldurii de la miezul pământului la suprafață provoacă erupții vulcanice, apariția de gheizere. În multe regiuni, energia geotermală este utilizată pentru generarea energiei electrice, pentru încălzirea spațiilor rezidențiale și industriale.

Căldura devine un participant obligatoriu în multe tehnologii de producție. De exemplu, prelucrarea și topirea metalelor, producția alimentară, rafinarea petrolului, funcționarea motorului - toate acestea se fac numai în prezența energiei termice.