La oss snakke om hva varmeoverføring er. Dette begrepet refererer til prosessen med energioverføring i materie. Den er preget av en kompleks mekanisme, beskrevet av varmeligningen.
varianter av varmeoverføring
Hvordan klassifiseres varmeoverføring? Varmeledning, konveksjon, stråling er de tre modusene for energioverføring som finnes i naturen.
Hver av dem har sine egne særegne egenskaper, funksjoner, applikasjoner innen teknologi.
Vermeledningsevne
Mengden varme forstås som summen av den kinetiske energien til molekyler. Når de kolliderer, er de i stand til å overføre deler av varmen til kalde partikler. Termisk ledningsevne manifesteres maksim alt i faste stoffer, mindre typisk for væsker, absolutt ikke typisk for gassformige stoffer.
Som et eksempel som bekrefter evnen til faste stoffer til å overføre varme fra ett område til et annet, tenk på følgende eksperiment.
Hvis du fester metallknapper på en ståltråd, så bring enden av ledningen til en brennende spritlampe, gradvis vil knappene begynne å falle av den. Ved oppvarming begynner molekylene å bevege seg med en høyere hastighet, ofterekollidere med hverandre. Det er disse partiklene som gir sin energi og varme til kaldere strøk. Dersom væsker og gasser ikke gir tilstrekkelig rask utstrømning av varme, fører dette til en kraftig økning i temperaturgradienten i det varme området.
Varmestråling
Ved å svare på spørsmålet om hvilken type varmeoverføring som er ledsaget av energioverføring, er det nødvendig å merke seg denne spesielle metoden. Strålingsoverføring innebærer overføring av energi ved elektromagnetisk stråling. Denne varianten observeres ved en temperatur på 4000 K og beskrives av varmeledningsligningen. Absorpsjonskoeffisienten avhenger av den kjemiske sammensetningen, temperaturen, tettheten til en bestemt gass.
Varmeoverføring av luft har en viss grense, med en økning i energiflyt, øker temperaturgradienten, øker absorpsjonskoeffisienten. Etter at verdien av temperaturgradienten overstiger den adiabatiske gradienten, vil konveksjon oppstå.
Hva er varmeoverføring? Dette er den fysiske prosessen med å overføre energi fra en varm gjenstand til en kald ved direkte kontakt eller gjennom en skillevegg som skiller materialene.
Hvis kroppene i det samme systemet har forskjellige temperaturer, skjer prosessen med energioverføring inntil termodynamisk likevekt er etablert mellom dem.
Varmeoverføringsfunksjoner
Hva er varmeoverføring? Hva er egenskapene til dette fenomenet? Du kan ikke stoppe det helt, du kan bareredusere hastigheten? Brukes varmeoverføring i natur og teknologi? Det er varmeoverføring som følger med og karakteriserer mange naturfenomener: utviklingen av planeter og stjerner, meteorologiske prosesser på overflaten av planeten vår. For eksempel, sammen med masseutveksling, lar prosessen med varmeoverføring deg analysere fordampende kjøling, tørking, diffusjon. Den utføres mellom to bærere av termisk energi gjennom en solid vegg, som fungerer som et grensesnitt mellom legemer.
Varmeoverføring i natur og teknologi er en måte å karakterisere tilstanden til en individuell kropp på, analysere egenskapene til et termodynamisk system.
Fouriers lov
Det kalles varmeledningsloven, fordi den kobler den totale kraften til varmetapet, temperaturforskjellen med tverrsnittsarealet til parallellepipedet, dets lengde, og også med koeffisienten for varmeledningsevne. For eksempel, for et vakuum, er denne indikatoren nesten null. Årsaken til dette fenomenet er minimumskonsentrasjonen av materialpartikler i et vakuum som kan bære varme. Til tross for denne funksjonen er det i vakuum en variant av energioverføring ved stråling. Vurder bruk av varmeoverføring på basis av termos. Veggene er laget doble for å øke refleksjonsprosessen. Luft pumpes ut mellom dem, samtidig som varmetapet reduseres.
Konveksjon
Når du svarer på spørsmålet om hva varmeoverføring er, bør du vurdere prosessen med varmeoverføring i væskereller i gasser ved spontan eller tvungen blanding. Ved tvungen konveksjon er bevegelsen av materie forårsaket av virkningen av ytre krefter: vifteblader, pumpe. Et lignende alternativ brukes i situasjoner der naturlig konveksjon ikke er effektiv.
En naturlig prosess observeres i de tilfellene hvor de nedre lagene av stoffet varmes opp ved ujevn oppvarming. Deres tetthet avtar, de stiger opp. De øvre lagene, tvert imot, avkjøles, blir tyngre og synker ned. Videre gjentas prosessen flere ganger, og under blanding observeres selvorganisering inn i strukturen til virvler, et regelmessig gitter dannes fra konveksjonscellene.
På grunn av naturlig konveksjon dannes det skyer, nedbør faller og tektoniske plater beveger seg. Det er ved konveksjon at granuler dannes på solen.
Riktig bruk av varmeoverføring sikrer minim alt varmetap, maksim alt forbruk.
essensen av konveksjon
For å forklare konveksjon kan du bruke Arkimedes lov, samt termisk ekspansjon av faste stoffer og væsker. Når temperaturen stiger, øker volumet av væsken og tettheten avtar. Under påvirkning av Arkimedes-kraften tenderer en lettere (oppvarmet) væske oppover, og kalde (tette) lag faller ned og varmes gradvis opp.
Når væsken varmes opp ovenfra, forblir den varme væsken i sin opprinnelige posisjon, slik at det ikke observeres konveksjon. Slik fungerer syklusenvæske, som er ledsaget av overføring av energi fra varme områder til kalde steder. I gasser skjer konveksjon i henhold til en lignende mekanisme.
Fra et termodynamisk synspunkt betraktes konveksjon som en variant av varmeoverføring, der overføringen av indre energi skjer ved separate strømmer av stoffer som varmes opp ujevnt. Et lignende fenomen forekommer i naturen og i hverdagen. For eksempel installeres varmeradiatorer i minimumshøyde fra gulvet, nær vinduskarmen.
Kald luft varmes opp av batteriet, og stiger deretter gradvis opp, hvor den blander seg med kalde luftmasser som kommer ned fra vinduet. Konveksjon fører til etablering av en jevn temperatur i rommet.
Blant de vanlige eksemplene på atmosfærisk konveksjon er vind: monsuner, bris. Luften som varmes opp over noen fragmenter av jorden, avkjøles over andre, som et resultat av at den sirkulerer, fuktighet og energi overføres.
Funksjoner ved naturlig konveksjon
Det påvirkes av flere faktorer samtidig. For eksempel påvirkes hastigheten av naturlig konveksjon av jordens daglige bevegelse, havstrømmer og overflatetopografi. Det er konveksjon som er grunnlaget for utgangen fra vulkankratre og røykrør, dannelse av fjell, sveving av ulike fugler.
Avslutningsvis
Termisk stråling er en elektromagnetisk prosess med et kontinuerlig spektrum, som sendes ut av materie, oppstår på grunn av indre energi. For å utføre beregninger av termisk stråling, iFysikk bruker svartkroppsmodellen. Beskriv termisk stråling ved å bruke Stefan-Boltzmann-loven. Strålingskraften til et slikt legeme er direkte proporsjonal med kroppens overflateareal og temperatur, tatt til fjerde potens.
Vermeledningsevne er mulig i alle kropper som har en ujevn temperaturfordeling. Essensen av fenomenet er endringen i den kinetiske energien til molekyler og atomer, som bestemmer temperaturen i kroppen. I noen tilfeller regnes termisk ledningsevne som den kvantitative evnen til et bestemt stoff til å lede varme.
Storskala prosesser for termisk energiutveksling er ikke begrenset til oppvarming av jordoverflaten med solstråling.
Alvorlige konveksjonsstrømmer i jordens atmosfære er preget av endringer i værforholdene over hele planeten. Med temperaturforskjeller i atmosfæren mellom de polare og ekvatoriale områdene oppstår konveksjonsstrømmer: jetstrømmer, passatvinder, kalde og varme fronter.
Overføringen av varme fra jordens kjerne til overflaten forårsaker vulkanutbrudd, forekomst av geysirer. I mange regioner brukes geotermisk energi til å generere elektrisitet, varme opp bolig- og industrilokaler.
Det er varme som blir en obligatorisk deltaker i mange produksjonsteknologier. For eksempel prosessering og smelting av metaller, produksjon av mat, oljeraffinering, drift av motorer - alt dette utføres bare i nærvær av termisk energi.
