Razgovarajmo o tome što je prijenos topline. Ovaj izraz se odnosi na proces prijenosa energije u materiji. Karakterizira ga složen mehanizam, opisan toplinskom jednadžbom.
Vrte prijenosa topline
Kako se klasificira prijenos topline? Provođenje topline, konvekcija, zračenje su tri načina prijenosa energije koja postoje u prirodi.
Svaki od njih ima svoje karakteristične karakteristike, značajke, primjenu u tehnologiji.
Toplinska vodljivost
Količina topline shvaća se kao zbroj kinetičke energije molekula. Kada se sudare, oni su u stanju prenijeti dio svoje topline na hladne čestice. Toplinska vodljivost se maksimalno očituje u čvrstim tvarima, manje tipična za tekućine, apsolutno nije tipična za plinovite tvari.
Kao primjer koji potvrđuje sposobnost krutih tvari da prenose toplinu s jednog područja na drugo, razmotrite sljedeći eksperiment.
Ako pričvrstite metalne gumbe na čeličnu žicu, a zatim dovedete kraj žice do goruće špiritusne lampe, gumbi će postupno početi otpadati s nje. Kada se zagrije, molekule se počinju kretati većom brzinom, češćesudaraju jedni s drugima. Upravo te čestice daju svoju energiju i toplinu hladnijim krajevima. Ako tekućine i plinovi ne daju dovoljno brz odljev topline, to dovodi do oštrog povećanja temperaturnog gradijenta u vrućoj regiji.
toplinsko zračenje
Odgovarajući na pitanje kakvu vrstu prijenosa topline prati prijenos energije, potrebno je napomenuti upravo ovaj način. Prijenos zračenja uključuje prijenos energije elektromagnetskim zračenjem. Ova se varijanta promatra na temperaturi od 4000 K i opisuje je jednadžbom provođenja topline. Koeficijent apsorpcije ovisi o kemijskom sastavu, temperaturi, gustoći određenog plina.
Prijenos topline zraka ima određenu granicu, s povećanjem protoka energije povećava se temperaturni gradijent, povećava se koeficijent apsorpcije. Nakon što vrijednost gradijenta temperature prijeđe adijabatski gradijent, doći će do konvekcije.
Što je prijenos topline? Ovo je fizički proces prijenosa energije s vrućeg predmeta na hladni izravnim kontaktom ili kroz pregradu koja razdvaja materijale.
Ako tijela istog sustava imaju različite temperature, tada dolazi do procesa prijenosa energije dok se između njih ne uspostavi termodinamička ravnoteža.
Funkcije prijenosa topline
Što je prijenos topline? Koje su značajke ovog fenomena? Ne možete to potpuno zaustaviti, možete samosmanjiti njegovu brzinu? Koristi li se prijenos topline u prirodi i tehnologiji? Upravo prijenos topline prati i karakterizira mnoge prirodne pojave: evolucija planeta i zvijezda, meteorološki procesi na površini našeg planeta. Na primjer, zajedno s izmjenom mase, proces prijenosa topline omogućuje vam analizu hlađenja isparavanjem, sušenja, difuzije. Izvodi se između dva nosača toplinske energije kroz čvrsti zid, koji djeluje kao sučelje između tijela.
Prijenos topline u prirodi i tehnologiji je način karakterizacije stanja pojedinog tijela, analizirajući svojstva termodinamičkog sustava.
Fourierov zakon
Zove se zakon provođenja topline, jer povezuje ukupnu snagu gubitka topline, temperaturnu razliku s površinom poprečnog presjeka paralelepipeda, njegovom duljinom, a također i s koeficijentom toplinske vodljivosti. Na primjer, za vakuum, ovaj pokazatelj je gotovo nula. Razlog za ovu pojavu je minimalna koncentracija materijalnih čestica u vakuumu koji može nositi toplinu. Unatoč ovoj osobini, u vakuumu postoji varijanta prijenosa energije zračenjem. Razmotrite korištenje prijenosa topline na temelju termosa. Njegovi zidovi su dvostruki kako bi se povećao proces refleksije. Između njih se ispumpava zrak, smanjujući gubitak topline.
konvekcija
Odgovarajući na pitanje što je prijenos topline, razmotrite proces prijenosa topline u tekućinamaili u plinovima spontanim ili prisilnim miješanjem. U slučaju prisilne konvekcije gibanje tvari uzrokovano je djelovanjem vanjskih sila: lopatica ventilatora, pumpe. Slična opcija se koristi u situacijama kada prirodna konvekcija nije učinkovita.
Prirodni se proces promatra u onim slučajevima kada se, uz neravnomjerno zagrijavanje, zagrijavaju donji slojevi tvari. Gustoća im se smanjuje, dižu se. Gornji slojevi se, naprotiv, hlade, otežavaju i tonu. Nadalje, proces se ponavlja nekoliko puta, a tijekom miješanja uočava se samoorganizacija u strukturu vrtloga, formira se pravilna rešetka iz konvekcijskih ćelija.
Zbog prirodne konvekcije nastaju oblaci, padavine padaju i tektonske ploče se pomiču. Konvekcijom nastaju granule na Suncu.
Pravilna uporaba prijenosa topline osigurava minimalni gubitak topline, maksimalnu potrošnju.
Suština konvekcije
Za objašnjenje konvekcije možete koristiti Arhimedov zakon, kao i toplinsko širenje čvrstih tijela i tekućina. Kako temperatura raste, volumen tekućine se povećava, a gustoća se smanjuje. Pod utjecajem Arhimedove sile lakša (zagrijana) tekućina teži prema gore, a hladni (gusti) slojevi padaju dolje, postupno se zagrijavajući.
Kada se tekućina zagrijava odozgo, topla tekućina ostaje u svom izvornom položaju, tako da se ne opaža konvekcija. Ovako funkcionira ciklustekućina, koja je popraćena prijenosom energije iz toplih područja u hladna mjesta. U plinovima se konvekcija događa prema sličnom mehanizmu.
S termodinamičkog stajališta, konvekcija se smatra varijantom prijenosa topline, u kojoj se prijenos unutarnje energije odvija odvojenim tokovima tvari koje se neravnomjerno zagrijavaju. Slična se pojava događa u prirodi i u svakodnevnom životu. Na primjer, radijatori grijanja postavljeni su na minimalnoj visini od poda, blizu prozorske daske.
Hladni zrak zagrijava baterija, zatim se postupno diže uvis, gdje se miješa s hladnim zračnim masama koje se spuštaju s prozora. Konvekcija dovodi do uspostavljanja ujednačene temperature u prostoriji.
Među uobičajenim primjerima atmosferske konvekcije su vjetrovi: monsuni, povjetarac. Zrak koji se zagrijava nad nekim dijelovima Zemlje hladi se nad drugima, uslijed čega kruži, vlaga i energija se prenose.
Značajke prirodne konvekcije
Na njega utječe nekoliko čimbenika odjednom. Na primjer, na brzinu prirodne konvekcije utječu dnevno kretanje Zemlje, morske struje i topografija površine. Konvekcija je osnova za izlazak iz kratera vulkana i dimnih cijevi, stvaranje planina, letenje raznih ptica.
Zaključak
Toplinsko zračenje je elektromagnetski proces s kontinuiranim spektrom, koji emitira materija, nastaje zbog unutarnje energije. Kako bi se izvršili proračuni toplinskog zračenja, uFizika koristi model crnog tijela. Opišite toplinsko zračenje koristeći Stefan-Boltzmannov zakon. Snaga zračenja takvog tijela izravno je proporcionalna površini i temperaturi tijela, uzeto na četvrti stepen.
Toplinska vodljivost je moguća u svim tijelima koja imaju neujednačenu raspodjelu temperature. Bit fenomena je promjena kinetičke energije molekula i atoma, koja određuje temperaturu tijela. U nekim slučajevima, toplinska vodljivost se smatra kvantitativnom sposobnošću određene tvari da provodi toplinu.
Veliki procesi razmjene toplinske energije nisu ograničeni na zagrijavanje zemljine površine sunčevim zračenjem.
Jake konvekcijske struje u zemljinoj atmosferi karakteriziraju promjene vremenskih uvjeta na cijelom planetu. S temperaturnim razlikama u atmosferi između polarnih i ekvatorijalnih područja nastaju konvekcijski tokovi: mlazne struje, pasati, hladne i tople fronte.
Prijenos topline iz zemljine jezgre na površinu uzrokuje vulkanske erupcije, pojavu gejzira. U mnogim se regijama geotermalna energija koristi za proizvodnju električne energije, grijanje stambenih i industrijskih prostora.
To je toplina koja postaje obveznim sudionikom mnogih proizvodnih tehnologija. Na primjer, obrada i taljenje metala, proizvodnja hrane, rafiniranje nafte, rad motora - sve se to provodi samo uz prisutnost toplinske energije.
