Ce este transferul de căldură? Transferul de căldură în natură și tehnologie

Să vorbim despre transferul de căldură. Prin acest termen ne referim la procesul de transfer de energie în materie. Se caracterizează printr-un mecanism complex, descris de ecuația conductivității termice.

Tipuri de transfer termic

Cum se divide transferul de căldură? Conductibilitatea termică, convecția, radiația sunt trei moduri de transfer de energie care există în natură.

Fiecare dintre ele are propriile caracteristici, caracteristici, aplicații în tehnologie.

Conductivitate termică

Prin cantitatea de căldură înțelegem sumaenergia cinetică a moleculelor. Ei pot transmite o parte din căldura lor particulelor reci într-o coliziune. Conductivitatea termică este maximă manifestată în solide, mai puțin caracteristică lichidelor, absolut neprincipală pentru substanțele gazoase.

Ca un exemplu, confirmând capacitatea substanțelor solide de a transfera căldură de la un sit la altul, luați în considerare următorul experiment.

Dacă firul de oțel este fixatbutoanele de metal, apoi aduceți capătul firului la lampa de aprindere, treptat, butoanele de la acesta încep să cadă. Atunci când sunt încălzite, moleculele încep să se miște într-un ritm mai rapid, adesea se ciocnesc unul cu celălalt. Este vorba de aceste particule care renunță la energia și căldura lor în regiunile mai reci. Dacă lichidul și gazul nu asigură o ieșire de căldură suficient de rapidă, aceasta conduce la o creștere accentuată a gradientului de temperatură în zona caldă.

Radiația termică

Răspunzând la întrebarea despre ce fel de transfer de căldurăînsoțit de transferul de energie, este necesar să notăm această metodă. Transferul de radiații implică transmiterea energiei prin radiații electromagnetice. Această variantă este observată la o temperatură de 4000 K, descrisă de ecuația conductivității termice. Coeficientul de absorbție depinde de compoziția chimică, temperatura și densitatea unui gaz specific.

Transferul de căldură al aerului are o anumită limită,Cu o creștere a fluxului de energie, gradientul de temperatură crește, coeficientul de absorbție crește. După ce valoarea gradientului de temperatură depășește gradientul adiabatic, va apărea convecția.

Ce este transferul de căldură? Acesta este procesul fizic de transfer de energie de la un obiect fierbinte la un obiect rece prin contact direct sau printr-o partiție care separă materialele.

Dacă corpurile unui sistem au temperaturi diferite, atunci procesul de transfer de energie are loc până când se stabilește un echilibru termodinamic între ele.

Caracteristici de transfer termic

Ce este transferul de căldură? Care sunt caracteristicile acestui fenomen? Nu se poate opri complet, putem reduce doar rata de curgere? Transferul de căldură este utilizat în natură și în tehnologie? Este schimbul de căldură care însoțește și caracterizează numeroase fenomene naturale: evoluția planetelor și a stelelor, procese meteorologice de pe suprafața planetei noastre. De exemplu, împreună cu schimbul de masă, procesul de transfer de căldură permite analiza evaporării răcirii, uscării, difuziei. Se efectuează între doi purtători de energie termică printr-un perete solid care acționează ca interfața corpurilor.

Transferul de căldură în natură și în tehnologie este o modalitate de a caracteriza starea unui corp individual, analizând proprietățile unui sistem termodinamic.

Legea Fourier

Se numește legea conducerii căldurii, pentru cărelaționează puterea totală a pierderilor de căldură, diferența de temperatură cu suprafața paralelipipedului, lungimea sa și, de asemenea, cu coeficientul de conductivitate termică. De exemplu, pentru vid, acest indicator este practic zero. Motivul pentru acest fenomen este concentrația minimă a particulelor de material într-un vid care poate transporta căldură. În ciuda unei caracteristici similare, în vid există o variantă de transfer de energie prin radiație. Aplicarea transferului de căldură va fi luată în considerare pe baza termos. Pereții acestuia sunt făcuți dublu pentru a mări procesul de reflexie. Între ei a pompat aerul, reducând în același timp pierderea de căldură.

convectie

Răspunzând la întrebarea despre transferul de căldură,Să luăm în considerare procesul de transfer de căldură în lichide sau gaze prin amestecare spontană sau forțată. În cazul convecției forțate, mișcarea substanței este cauzată de acțiunea forțelor exterioare: lamele ventilatorului, pompa. O opțiune similară este folosită în acele situații în care convecția naturală nu este eficientă.

În aceste cazuri se observă un proces natural,atunci când, cu încălzire inegală, straturile inferioare ale materiei sunt încălzite. Densitatea lor scade, cresc. Straturile superioare, pe de altă parte, sunt răcite, mai grele, mai jos. Mai mult, procesul este repetat în mod repetat, iar în timpul amestecării se constată auto-organizarea în structura vîrtejurilor, formând o rețea obișnuită din celulele de convecție.

Datorită convecției naturale, se formează nori, se precipită precipitații atmosferice, se efectuează mișcarea plăcilor tectonice. Prin convecție pe soare se formează granulele.

Utilizarea corectă a transferului de căldură garantează pierderea minimă de căldură, consumul maxim.

Esența convecției

Pentru a explica convecția, se poate folosi legeaArhimede și dilatarea termică a solidelor și lichidelor. Pe măsură ce crește temperatura, volumul lichidului crește, densitatea scade. Sub influența forțelor tinde în sus Arhimede brichetă (încălzită) un lichid, și straturile reci (dense) se încadrează în jos încălzit gradat.

În cazul încălzirii lichidului de sus, un lichid caldrămâne în poziția inițială, astfel încât nu este observată convecția. Acesta este modul în care fluidul curge, care este însoțit de transferul de energie din zonele încălzite în locuri reci. În gaze, convecția are loc printr-un mecanism similar.

Din punct de vedere termodinamic, convecțieeste considerat ca întruchipare de transfer de căldură, în care transferul energiei interne este fluxuri separate de substanțe fiind încălzite inegal. Un fenomen similar apare în natură și în viața de zi cu zi. De exemplu, radiatoarele de încălzire sunt instalate la o înălțime minimă de la podea, lângă pervazul ferestrei.

Aerul rece este apoi încălzit de bateriese ridică treptat, unde se amestecă cu masele de aer rece, care sunt coborâte de pe fereastră. Convecția conduce la stabilirea unei temperaturi uniforme în cameră.

Printre exemplele comune ale atmosfereivânturile de convecție: musoni, brize. Aerul care se încălzește peste anumite fragmente ale Pământului se răcește pe alții, ca urmare a circulației sale, iar umezeala și energia sunt transferate.

Caracteristici ale convecției naturale

Mai mulți factori îl afectează imediat. De exemplu, afectează rata de convecție naturală mișcarea diurn a pământului, curenții marini, de relief de suprafață. Este baza convecției de cratere si formarea de fum țeavă fierbinte, abur păsări diferite.

În concluzie

Radiația termică este electromagneticăproces cu un spectru continuu, care este emis de materie, provine din energia internă. Pentru a efectua calculele radiației termice, se utilizează un model de corp negru în fizică. Radiația termică este descrisă prin legea lui Stefan-Boltzmann. Puterea radiațiilor unui astfel de corp este direct proporțională cu aria de suprafață și temperatura corpului luată până la a patra putere.

Conductivitatea termică este posibilă în orice organismau o distribuție neomogenă a temperaturii. Esența fenomenului constă în schimbarea energiei cinetice a moleculelor și a atomilor, care determină temperatura corpului. În unele cazuri, conducta de căldură este considerată o capacitate cantitativă a unei anumite substanțe de a conduce căldură.

Procesele de scară a schimbului de energie termică nu se limitează la încălzirea suprafeței pământului prin radiația solară.

Curenți de convecție grave în atmosfera Pământuluise caracterizează prin schimbări pe întreaga planetă a condițiilor meteorologice. Atunci când temperatura scade în atmosferă între regiunile polare și ecuatoriale se produc curenți convectivi: curenții jetului, vânturile comerciale, fronturile reci și calde.

Transferul căldurii de la miezul pământului la suprafațăprovoacă erupții vulcanice, apariția de gheizere. În multe regiuni, energia geotermală este utilizată pentru generarea energiei electrice, pentru încălzirea clădirilor rezidențiale și industriale.

Căldura devine un participant obligatoriumulte tehnologii de producție. De exemplu, prelucrarea și topirea metalelor, producția de alimente, rafinarea petrolului, funcționarea motorului - toate acestea se fac numai în prezența energiei termice.