Toplinska energija je izraz koji koristimo da opišemo razinu aktivnosti molekula u objektu. Povećana ekscitacija je, na ovaj ili onaj način, povezana s povećanjem temperature, dok se u hladnim objektima atomi kreću mnogo sporije.
Primjeri prijenosa topline mogu se naći posvuda - u prirodi, tehnologiji i svakodnevnom životu.
Primjeri prijenosa topline
Najveći primjer prijenosa topline je sunce, koje zagrijava planet Zemlju i sve na njoj. U svakodnevnom životu možete pronaći puno sličnih opcija, samo u mnogo manje globalnom smislu. Dakle, koji su neki primjeri prijenosa topline u svakodnevnom životu?
Evo nekih od njih:
- Plinski ili električni štednjak i, na primjer, tava za pečenje jaja.
- Automobilska goriva kao što je benzin daju toplinsku energiju motoru.
- Uključeni toster pretvara komad kruha u tost. Povezuje se sa zračenjemtoplinska energija tosta, koja izvlači vlagu iz kruha i čini ga hrskavim.
- Vruća šalica kakaa koji se diže grije ruke.
- Bilo koji plamen, od plamena šibica do velikih šumskih požara.
- Kada se led stavi u čašu vode, toplinska energija iz vode ga topi, odnosno sama voda je izvor energije.
- Radijator ili sustav grijanja u vašem domu pruža toplinu tijekom dugih, hladnih zimskih mjeseci.
- Konvencionalne pećnice su izvori konvekcije, zbog čega se hrana stavljena u njih zagrijava i počinje proces kuhanja.
- Primjeri prijenosa topline mogu se promatrati u vlastitom tijelu, uzimajući komad leda u ruku.
- Terminska energija je čak i unutar mačke, koja može zagrijati vlasnikova koljena.
Toplina je kretanje
Tokovi topline su u stalnom kretanju. Glavni načini njihovog prijenosa mogu se nazvati konvencijom, zračenjem i provođenjem. Pogledajmo ove koncepte detaljnije.
Što je vodljivost?
Možda su mnogi više puta primijetili da u istoj prostoriji osjećaji dodirivanja poda mogu biti potpuno različiti. Po tepihu je lijepo i toplo hodati, ali ako u kupaonicu uđete bosi, primjetna hladnoća odmah daje osjećaj vedrine. Ne tamo gdje postoji podno grijanje.
Pa zašto se popločana površina smrzava? Sve je zatotoplinska vodljivost. To je jedna od tri vrste prijenosa topline. Kad god su dva objekta različite temperature u međusobnom kontaktu, toplinska energija će proći između njih. Primjeri prijenosa topline u ovom slučaju uključuju sljedeće: držeći se za metalnu ploču čiji je drugi kraj postavljen iznad plamena svijeće, s vremenom možete osjetiti peckanje i bol, a u trenutku kada dodirnete željezo drška lonca kipuće vode, možete se opeći.
Faktori vodljivosti
Dobra ili loša vodljivost ovisi o nekoliko čimbenika:
- Vrsta i kvaliteta materijala od kojeg su predmeti izrađeni.
- Površina dvaju predmeta u kontaktu.
- Razlika u temperaturi između dva objekta.
- Debljina i veličina predmeta.
U obliku jednadžbe, to izgleda ovako: Brzina prijenosa topline na objekt jednaka je toplinskoj vodljivosti materijala od kojeg je predmet napravljen, pomnoženoj s površinom na kontaktu, puta temperaturnom razlikom između dva objekta, i podijeljeno debljinom materijala. Jednostavno je.
Primjeri vodljivosti
Izravan prijenos topline s jednog predmeta na drugi naziva se kondukcijom, a tvari koje dobro provode toplinu nazivaju se vodičima. Neki materijali i tvari ne nose se dobro s ovim zadatkom, nazivaju se izolatorima. To uključuje drvo, plastiku, stakloplastike, pa čak i zrak. Kao što znate, izolatori zapravo ne zaustavljaju protok.topline, ali jednostavno je usporite na ovaj ili onaj stupanj.
konvekcija
Ova vrsta prijenosa topline, poput konvekcije, događa se u svim tekućinama i plinovima. Takve primjere prijenosa topline možete pronaći u prirodi iu svakodnevnom životu. Kako se tekućina zagrijava, molekule na dnu dobivaju energiju i kreću se brže, što rezultira smanjenjem gustoće. Molekule tople tekućine počinju se kretati prema gore dok rashladna tekućina (gustija tekućina) počinje tonuti. Nakon što hladne molekule dođu do dna, one ponovno dobivaju svoj dio energije i opet teže prema vrhu. Ciklus se nastavlja sve dok postoji izvor topline na dnu.
Primjeri prijenosa topline u prirodi mogu se navesti kako slijedi: uz pomoć posebno opremljenog plamenika, topli zrak, ispunjavajući prostor balona, može podići cijelu konstrukciju na dovoljno visoku visinu, stvar je da je topli zrak lakši od hladnog.
Zračenje
Kada sjedite ispred vatre, grije vas toplina koja iz nje izbija. Ista stvar se događa ako prinesete dlan žarulji koja gori, a da je ne dodirnete. Također ćete osjećati toplinu. Najveće primjere prijenosa topline u svakodnevnom životu i prirodi vodi sunčeva energija. Sunčeva toplina svakoga dana prođe kroz 146 milijuna km praznog prostora sve do same Zemlje. To je pokretačka snaga svih oblika i sustava života koji danas postoje na našem planetu. Bez ovog načina prijenosa bili bismo u velikim problemima, a svijet ne bi bio isti kao mi.znamo ga.
Zračenje je prijenos topline pomoću elektromagnetskih valova, bilo radio valova, infracrvenih, rendgenskih zraka ili čak vidljive svjetlosti. Svi predmeti emitiraju i apsorbiraju energiju zračenja, uključujući i samu osobu, ali ne nose se svi predmeti i tvari jednako dobro s ovim zadatkom. Primjeri prijenosa topline u svakodnevnom životu mogu se uzeti u obzir korištenjem konvencionalne antene. U pravilu, ono što dobro zrači dobro je i u upijanju. Što se tiče Zemlje, ona prima energiju od sunca, a zatim je vraća u svemir. Ova energija zračenja naziva se zemaljsko zračenje i ono je ono što čini život na planeti mogućim.
Primjeri prijenosa topline u prirodi, svakodnevnom životu, tehnologiji
Prijenos energije, posebno toplinske, temeljno je područje učenja za sve inženjere. Radijacija čini Zemlju nastanjivom i osigurava obnovljivu sunčevu energiju. Konvekcija je osnova mehanike, odgovorna je za strujanje zraka u zgradama i izmjenu zraka u kućama. Vodljivost vam omogućuje da zagrijete lonac jednostavnim stavljanjem na vatru.
Brojni primjeri prijenosa topline u tehnologiji i prirodi su očiti i nalaze se u cijelom našem svijetu. Gotovo svi oni imaju važnu ulogu, posebice u području strojarstva. Na primjer, pri projektiranju sustava ventilacije zgrade, inženjeri izračunavaju prijenos topline iz zgrade oko nje, kao i unutarnji prijenos topline. Osim toga, odabiru materijale koji minimiziraju ili maksimiziraju prijenos topline.kroz pojedinačne komponente za optimizaciju učinkovitosti.
Evaporacija
Kada su atomi ili molekule tekućine (kao što je voda) izloženi značajnom volumenu plina, oni imaju tendenciju spontano ući u plinovito stanje ili ispariti. To je zato što se molekule neprestano kreću u različitim smjerovima nasumičnim brzinama i sudaraju se jedna s drugom. Tijekom ovih procesa, neki od njih primaju kinetičku energiju dovoljnu da se odbiju od izvora topline.
Međutim, nemaju sve molekule vremena da ispare i postanu vodena para. Sve ovisi o temperaturi. Dakle, voda u čaši će sporije ispariti nego u tavi zagrijanoj na štednjaku. Kipuća voda uvelike povećava energiju molekula, što zauzvrat ubrzava proces isparavanja.
Osnovni koncepti
- Konduktivnost je prijenos topline kroz tvar izravnim kontaktom atoma ili molekula.
- Konvekcija je prijenos topline kroz kruženje plina (kao što je zrak) ili tekućine (kao što je voda).
- Zračenje je razlika između količine apsorbirane i reflektirane topline. Ova sposobnost u velikoj mjeri ovisi o boji, crni predmeti apsorbiraju više topline od svijetlih objekata.
- Isparavanje je proces kojim atomi ili molekule u tekućem stanju dobivaju dovoljno energije da postanu plin ili para.
- Steklenički plinovi su plinovi koji zadržavaju sunčevu toplinu u Zemljinoj atmosferi, stvarajući staklenički plin. Posljedica. Dvije su glavne kategorije - vodena para i ugljični dioksid.
- Obnovljivi izvori energije su neograničeni resursi koji se brzo i prirodno obnavljaju. To uključuje sljedeće primjere prijenosa topline u prirodi i tehnologiji: vjetrovi i sunčeva energija.
- Toplinska vodljivost je brzina kojom materijal prenosi toplinsku energiju kroz sebe.
- Toplinska ravnoteža je stanje u kojem su svi dijelovi sustava u istom temperaturnom režimu.
Praktična primjena
Brojni primjeri prijenosa topline u prirodi i tehnologiji (slike iznad) ukazuju na to da ove procese treba dobro proučiti i služiti im se zauvijek. Inženjeri primjenjuju svoja znanja o principima prijenosa topline, istražuju nove tehnologije koje su povezane s korištenjem obnovljivih izvora i manje su destruktivne za okoliš. Ključno je razumjeti da prijenos energije otvara beskrajne mogućnosti za inženjerska rješenja i više.
