Vrste prenosov toplote: koeficient prenosa toplote

Vsako materialno telo ima značilnosti kot toplota, ki se lahko poveča in zmanjša. Toplota ni materialna snov: kot del notranje energije snovi nastane zaradi gibanja in interakcije molekul. Ker se lahko toplota različnih snovi razlikuje, pride do prenosa toplote iz toplejše snovi v snov z manj toplote. Ta proces se imenuje prenos toplote. V tem članku bodo obravnavane glavne vrste prenosa toplote in mehanizmi njihovega delovanja.

Določanje prenosa toplote

Prenos toplote ali postopek prenosa temperature se lahko pojavita v snovi in ​​iz ene snovi v drugo. Hkrati je intenzivnost izmenjave toplote v veliki meri odvisna od fizikalnih lastnosti snovi, temperature snovi (če sodeluje več snovi v izmenjavi toplote) in zakonov fizike. Prenos toplote je proces, ki se vedno nadaljuje enostransko. Glavno načelo izmenjave toplote je, da najbolj ogreto telo vedno daje toploto objektu z nižjo temperaturo. Na primer, pri likanju obleke vročo železo daje toploto hlačam in ne obratno. Prenos toplote je pojav, odvisen od časovnega indeksa, ki označuje nepovratno širjenje toplote v vesolju.

Mehanizmi prenosa toplote

Mehanizmi toplotne interakcije snovi imajo lahko različne oblike. V naravi obstajajo tri vrste toplotne izmenjave:

1. Toplotna prevodnost - mehanizem medmolekularnega prenosa toplote iz enega dela telesa v drugega ali drugega predmeta. Lastnost temelji na temperaturni nehomogenosti v obravnavanih snoveh.
2. Konvekcija - izmenjava toplote med tekočinami (tekočina, zrak).
3. Izpostavljenost sevanju je prenos toplote iz ogrevanih teles, ki jih ogreva energija (viri) v obliki elektromagnetnih valov s konstantnim spektrom.

Podrobnejše razmislite o navedenih vrstah izmenjave toplote.

Toplotna prevodnost

Najpogosteje se toplotna prevodnost opazi v trdnih delcih. Če se pod vplivom nekaterih dejavnikov pojavijo regije z različnimi temperaturami na isti snovi, se bo toplotna energija iz bolj segretega odseka prešla na hladno. V nekaterih primerih je ta pojav viden celo vizualno. Na primer, če ste vzeli kovinsko palico, na primer, z iglo, in jo segrejemo na ognju, nato pa čez nekaj časa, videli, kako toplotna energija prenaša skozi iglo, da nastane v določenih območjih sijaj. Na mestu, kjer je temperatura višja, je sijaj svetlejša in, nasprotno, kjer je t nižja, je temnejša. Termično prevodnost lahko opazimo tudi med dvema telesoma (vrč vročega čaja in roke)

Intenziteta prenosa toplotnega toka je odvisna od številnih dejavnikov, katerih razmerje je pokazal francoski matematik Fourier. Ti dejavniki vključujejo prvo temperaturni gradient (razmerje temperaturne razlike na koncih droga na razdalji od enega konca do drugega), pri čemer površino preseka telesa, in toplotno prevodnost (vse snovi pa je različen, najvišja opazili kovine). Najpomembnejši koeficient toplotne prevodnosti je opazen pri bakru in aluminiju. Ni presenetljivo, da se ti dve kovini pogosteje uporabljata pri izdelavi električnih žic. Po zakonu Fourierja se lahko vrednost toplotnega toka poveča ali zmanjša s spremembo enega od teh parametrov.

Konvekcijske vrste prenosa toplote

Konvekcija, ki je povezana predvsem s plini in tekočinami, ima dve komponenti: intermolekularno toplotno prevodnost in gibanje (razmnoževanje) medija. Mehanizem delovanja konvekcije se pojavi, ko se temperatura teče snovi njene molekule poveča, začne se aktivnejše gibanje in v odsotnosti prostorskih omejitev se poveča količina snovi. Posledica tega procesa bo zmanjšanje gostote snovi in ​​njeno gibanje navzgor. Presenetljiv primer konvekcije je gibanje zraka, segretega z radiatorjem, od baterije do stropa.

Obstajajo prosti in prisilni konvekcijski tipi toplotne izmenjave. Toplota in mešamo na prostem tipa masno je posledica nehomogenosti snovi, tj odlične rasti tekočine po hladnem naraven način, ne da bi izvajali vpliva zunanjih sil (npr s segrevanjem sobni centralno ogrevanje). Pri prisilni konvekciji se masovno gibanje izvaja pod vplivom zunanjih sil, npr. Mešanje čaja z žlico.

Radantni prenos toplote

Sevanje ali sevalni prenos toplote se lahko pojavi brez dotika z drugim predmetom ali snovjo, zato je možno celo v brezzračni prostor (vakuum). Prenos toplote sevanje je v večini ali manjši meri v vseh telesih in se manifestira v obliki elektromagnetnih valov z neprekinjenim spektrom. Svetel primer je sončni žarki. Mehanizem delovanja je naslednji: telo stalno oddaja določeno količino toplote v okoliškem prostoru. Ko ta energija udari drug predmet ali snov, se del absorbira, drugi del gre skozi, tretji pa se odraža v okolju. Vsak predmet lahko izžareva toploto in absorbira, temne snovi pa lahko absorbirajo več toplote kot lahke.

Kombinirani mehanizmi za prenos toplote

V naravi se vrste procesov izmenjave toplote redko pojavljajo ločeno. Veliko bolj pogosto jih je mogoče opazovati skupaj. V termodinamiki te kombinacije imajo celo imena, recimo, toplotna prevodnost + konvekcija je konvektivni prenos toplote, toplotna prevodnost + toplotno sevanje pa se imenuje prenos s toplotno prevodnostjo. Poleg tega obstajajo takšne kombinirane vrste izmenjave toplote kot:

• Prenos toplote - gibanje toplotne energije med plinom ali tekočino in trdno snovjo.
• Prenos toplote je prenos t iz ene snovi v drugo prek mehanske ovire.
• Konvektivno sevanje toplote se tvori s kombiniranjem konvekcijskega in toplotnega sevanja.

Vrste izmenjave toplote v naravi (primeri)

Prenos toplote v naravi ima ogromno vlogo in ni omejen na ogrevanje sveta s sončnimi žarki. Obsežni konvekcijski tokovi, kot je gibanje zračnih mas, v veliki meri določajo vreme na našem celotnem planetu.

Toplotna prevodnost zemeljskega jedra povzroči nastanek gejzirjev in izbruh vulkanskih kamnin. To je le majhen del primeri prenosa toplote na svetovni ravni. Skupaj tvorijo tipe konvektivnega prenosa toplote in prenosne toplotne prevodnosti, potrebne za vzdrževanje življenja na našem planetu.

Uporaba izmenjave toplote v antropoloških dejavnostih

Toplota je pomemben del skoraj vseh proizvodnih procesov. Težko je povedati, kakšna izmenjava toplote človek uporablja največ v nacionalnem gospodarstvu. Verjetno vsi trije sočasno. Zahvaljujoč procesom prenosa toplote obstaja taljenje kovin, proizvodnja velikega števila blaga, od vsakodnevnih predmetov do vesoljskih ladij.

Za civilizacijo so izjemno pomembni termični agregati, ki lahko pretvorijo toplotno energijo v uporabno silo. Med njimi lahko imenujemo bencin, dizel, kompresor, turbinske enote. Za svoje delo uporabljajo različne vrste izmenjave toplote.