Lad os tale om, hvad varmeoverførsel er. Dette udtryk refererer til processen med energioverførsel i stof. Det er karakteriseret ved en kompleks mekanisme, beskrevet af varmeligningen.
varianter af varmeoverførsel
Hvordan klassificeres varmeoverførsel? Varmeledning, konvektion, stråling er de tre former for energioverførsel, der findes i naturen.
Hver af dem har sine egne karakteristiske egenskaber, funktioner, applikationer inden for teknologi.
Vermeledningsevne
Mængden af varme forstås som summen af molekylers kinetiske energi. Når de støder sammen, er de i stand til at overføre en del af deres varme til kolde partikler. Termisk ledningsevne manifesteres maksim alt i faste stoffer, mindre typisk for væsker, absolut ikke typisk for gasformige stoffer.
Som et eksempel, der bekræfter faststoffers evne til at overføre varme fra et område til et andet, kan du overveje følgende eksperiment.
Hvis du fastgør metalknapper på en ståltråd, så bring enden af tråden til en brændende spritlampe, gradvist vil knapperne begynde at falde af den. Når de opvarmes, begynder molekylerne at bevæge sig med en hurtigere hastighed, ofterekolliderer med hinanden. Det er disse partikler, der giver deres energi og varme til koldere områder. Hvis væsker og gasser ikke giver en tilstrækkelig hurtig udstrømning af varme, fører dette til en kraftig stigning i temperaturgradienten i det varme område.
Varmestråling
Ved at besvare spørgsmålet om, hvilken type varmeoverførsel der ledsages af energioverførsel, er det nødvendigt at bemærke denne særlige metode. Strålingsoverførsel involverer overførsel af energi ved elektromagnetisk stråling. Denne variant observeres ved en temperatur på 4000 K og beskrives ved varmeledningsligningen. Absorptionskoefficienten afhænger af den kemiske sammensætning, temperatur, massefylde af en bestemt gas.
Varmeoverførsel af luft har en vis grænse, med en stigning i energiflowet, stiger temperaturgradienten, absorptionskoefficienten stiger. Efter værdien af temperaturgradienten overstiger den adiabatiske gradient, vil der forekomme konvektion.
Hvad er varmeoverførsel? Dette er den fysiske proces med at overføre energi fra en varm genstand til en kold ved direkte kontakt eller gennem en skillevæg, der adskiller materialerne.
Hvis kroppene i det samme system har forskellige temperaturer, så foregår energioverførselsprocessen, indtil der er etableret termodynamisk ligevægt mellem dem.
Varmeoverførselsfunktioner
Hvad er varmeoverførsel? Hvad er kendetegnene ved dette fænomen? Du kan ikke stoppe det helt, du kan kunreducere dens hastighed? Anvendes varmeoverførsel i natur og teknologi? Det er varmeoverførsel, der ledsager og karakteriserer mange naturfænomener: udviklingen af planeter og stjerner, meteorologiske processer på vores planets overflade. For eksempel, sammen med masseudveksling, giver processen med varmeoverførsel dig mulighed for at analysere fordampningsafkøling, tørring, diffusion. Det udføres mellem to bærere af termisk energi gennem en solid væg, der fungerer som en grænseflade mellem legemer.
Varmeoverførsel i naturen og teknologien er en måde at karakterisere en individuel krops tilstand på ved at analysere egenskaberne ved et termodynamisk system.
Fouriers lov
Det kaldes loven om varmeledning, fordi den forbinder den samlede effekt af varmetab, temperaturforskel med tværsnitsarealet af parallelepipedet, dets længde og også med varmeledningskoefficienten. For eksempel, for et vakuum, er denne indikator næsten nul. Årsagen til dette fænomen er den minimale koncentration af materialepartikler i et vakuum, der kan transportere varme. På trods af denne funktion er der i vakuum en variant af energioverførsel ved stråling. Overvej brugen af varmeoverførsel på basis af en termokande. Dens vægge er lavet dobbelt for at øge refleksionsprocessen. Luft pumpes ud mellem dem, samtidig med at varmetabet reduceres.
Konvektion
Svar på spørgsmålet om, hvad varmeoverførsel er, og overvej processen med varmeoverførsel i væskereller i gasser ved spontan eller tvungen blanding. I tilfælde af tvungen konvektion er bevægelsen af stof forårsaget af virkningen af eksterne kræfter: ventilatorblade, pumpe. En lignende mulighed bruges i situationer, hvor naturlig konvektion ikke er effektiv.
En naturlig proces observeres i de tilfælde, hvor de nederste lag af stoffet opvarmes ved ujævn opvarmning. Deres tæthed falder, de stiger op. De øverste lag afkøles tværtimod, bliver tungere og synker ned. Yderligere gentages processen flere gange, og under blanding observeres selvorganisering i hvirvlernes struktur, der dannes et regulært gitter fra konvektionscellerne.
På grund af naturlig konvektion dannes der skyer, nedbør falder, og tektoniske plader bevæger sig. Det er ved konvektion, at der dannes granulat på Solen.
Korrekt brug af varmeoverførsel sikrer minim alt varmetab, maksim alt forbrug.
essensen af konvektion
For at forklare konvektion kan du bruge Arkimedes lov samt termisk udvidelse af faste stoffer og væsker. Når temperaturen stiger, øges væskens volumen, og densiteten falder. Under påvirkning af Arkimedes-kraften tenderer en lettere (opvarmet) væske opad, og kolde (tætte) lag falder ned og varmes gradvist op.
Når væsken opvarmes ovenfra, forbliver den varme væske i sin oprindelige position, så der ikke observeres konvektion. Sådan fungerer cyklussenvæske, som er ledsaget af overførsel af energi fra varme områder til kolde steder. I gasser sker konvektion ifølge en lignende mekanisme.
Fra et termodynamisk synspunkt betragtes konvektion som en variant af varmeoverførsel, hvor overførslen af intern energi sker ved separate strømme af stoffer, der opvarmes ujævnt. Et lignende fænomen forekommer i naturen og i hverdagen. For eksempel installeres varmeradiatorer i en minimumshøjde fra gulvet, nær vindueskarmen.
Kold luft varmes op af batteriet og stiger derefter gradvist op, hvor den blandes med kolde luftmasser, der falder ned fra vinduet. Konvektion fører til etablering af en ensartet temperatur i rummet.
Blandt de almindelige eksempler på atmosfærisk konvektion er vinde: monsuner, vinde. Luften, der varmes op over nogle fragmenter af Jorden, afkøles over andre, som et resultat af, at den cirkulerer, fugt og energi overføres.
Funktioner ved naturlig konvektion
Det påvirkes af flere faktorer på én gang. For eksempel påvirkes hastigheden af naturlig konvektion af Jordens daglige bevægelse, havstrømme og overfladetopografi. Det er konvektion, der er grundlaget for udgangen fra vulkankratere og røgrør, dannelsen af bjerge, svævningen af forskellige fugle.
Afslutningsvis
Termisk stråling er en elektromagnetisk proces med et kontinuerligt spektrum, som udsendes af stof, opstår på grund af intern energi. For at udføre beregninger af termisk stråling, iFysik bruger sortlegememodellen. Beskriv termisk stråling ved hjælp af Stefan-Boltzmann-loven. Strålingseffekten af et sådant legeme er direkte proportional med kroppens overfladeareal og temperatur, taget til fjerde potens.
Termisk ledningsevne er mulig i alle legemer, der har en uensartet temperaturfordeling. Essensen af fænomenet er ændringen i den kinetiske energi af molekyler og atomer, som bestemmer kroppens temperatur. I nogle tilfælde betragtes termisk ledningsevne som et bestemt stofs kvantitative evne til at lede varme.
Processer i stor skala til termisk energiudveksling er ikke begrænset til opvarmning af jordens overflade ved solstråling.
Svære konvektionsstrømme i jordens atmosfære er kendetegnet ved ændringer i vejrforholdene på hele planeten. Med temperaturforskelle i atmosfæren mellem de polare og ækvatoriale områder opstår konvektionsstrømme: jetstrømme, passatvinde, kolde og varme fronter.
Overførslen af varme fra jordens kerne til overfladen forårsager vulkanudbrud, forekomsten af gejsere. I mange regioner bruges geotermisk energi til at generere elektricitet, opvarme bolig- og industrilokaler.
Det er varme, der bliver en obligatorisk deltager i mange produktionsteknologier. For eksempel forarbejdning og smeltning af metaller, fremstilling af fødevarer, olieraffinering, drift af motorer - alt dette udføres kun i nærværelse af termisk energi.
