Lassen Sie uns darüber sprechen, was Wärmeübertragung ist. Dieser Begriff wird als Prozess der Energieübertragung in der Materie verstanden. Es hat einen komplexen Mechanismus und wird durch die Wärmeleitungsgleichung beschrieben.
Sorten der Wärmeübertragung
Wie ist die Wärmeübertragung unterteilt? Wärmeleitfähigkeit, Konvektion, Strahlung - drei Arten der Energieübertragung, die in der Natur existieren.
Jeder von ihnen hat seine eigenen Besonderheiten, Merkmale und Anwendungen in der Technologie.
Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmemenge wird als die Menge verstandenkinetische Energie von Molekülen. Wenn sie kollidieren, können sie einen Teil ihrer Wärme auf kalte Partikel übertragen. Die Wärmeleitfähigkeit ist in Festkörpern am ausgeprägtesten, weniger typisch für Flüssigkeiten, absolut nicht typisch für gasförmige Substanzen.
Betrachten Sie als Beispiel, das die Fähigkeit von Feststoffen bestätigt, Wärme von einem Bereich auf einen anderen zu übertragen, das folgende Experiment.
Wenn an einem Stahldraht befestigtMetallknöpfe, dann bringen Sie das Ende des Drahtes zur brennenden Spirituslampe, allmählich fallen die Knöpfe von ihr ab. Beim Erhitzen beginnen sich die Moleküle mit einer höheren Geschwindigkeit zu bewegen und kollidieren häufiger miteinander. Es sind diese Partikel, die ihre Energie und Wärme an kältere Gebiete abgeben. Wenn in Flüssigkeiten und Gasen kein ausreichend schneller Wärmeabfluss bereitgestellt wird, führt dies zu einem starken Anstieg des Temperaturgradienten im heißen Bereich.
Wärmestrahlung
Beantwortung der Frage nach welcher Art von Wärmeübertragungbegleitet von der Übertragung von Energie ist es notwendig, diese Methode zu beachten. Bei der Strahlungsübertragung wird Energie durch elektromagnetische Strahlung übertragen. Diese Option wird bei Temperaturen ab 4000 K beobachtet und durch die Wärmeleitfähigkeitsgleichung beschrieben. Der Absorptionskoeffizient hängt von der chemischen Zusammensetzung, der Temperatur und der Dichte eines bestimmten Gases ab.
Die Wärmeübertragung von Luft hat eine bestimmte Grenze,mit einer Zunahme des Energieflusses tritt eine Zunahme des Temperaturgradienten auf, eine Zunahme des Absorptionskoeffizienten. Nachdem der Wert des Temperaturgradienten den adiabatischen Gradienten überschreitet, tritt Konvektion auf.
Was ist Wärmeübertragung? Dies ist der physikalische Prozess der Energieübertragung von einem heißen auf ein kaltes Objekt durch direkten Kontakt oder durch eine Trennwand, die die Materialien trennt.
Wenn die Körper eines Systems unterschiedliche Temperaturen haben, findet der Energieübertragungsprozess statt, bis ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen ihnen hergestellt ist.
Wärmeübertragungsfunktionen
Was ist Wärmeübertragung?Was sind die Merkmale dieses Phänomens? Es ist unmöglich, es vollständig zu stoppen. Können Sie nur die Durchflussrate reduzieren? Wird Wärmeübertragung in Natur und Technik genutzt? Es ist der Wärmeaustausch, der viele Naturphänomene begleitet und charakterisiert: die Entwicklung von Planeten und Sternen, meteorologische Prozesse auf der Oberfläche unseres Planeten. Beispielsweise ermöglicht der Wärmeübertragungsprozess zusammen mit dem Massenaustausch die Analyse der Verdunstungskühlung, -trocknung und -diffusion. Es wird zwischen zwei Wärmeenergieträgern durch eine feste Wand durchgeführt, die als Grenzfläche zwischen Körpern fungiert.
Die Wärmeübertragung in Natur und Technologie ist eine Möglichkeit, den Zustand eines einzelnen Körpers zu charakterisieren und die Eigenschaften eines thermodynamischen Systems zu analysieren.
Fourier-Gesetz
Es wird das Gesetz der Wärmeleitfähigkeit genannt, daes bezieht die Gesamtleistung des Wärmeverlusts, die Temperaturdifferenz mit der Querschnittsfläche des Parallelepipeds, seiner Länge und auch mit dem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten. Beispielsweise ist dieser Indikator für ein Vakuum praktisch Null. Der Grund für dieses Phänomen liegt in der minimalen Konzentration von Materialpartikeln in einem Vakuum, das Wärme übertragen kann. Trotz dieser Eigenschaft gibt es im Vakuum eine Variante der Energieübertragung durch Strahlung. Wir werden die Anwendung der Wärmeübertragung auf der Basis einer Thermoskanne betrachten. Die Wände werden doppelt ausgeführt, um den Reflexionsprozess zu erhöhen. Zwischen ihnen wird Luft abgepumpt, während der Wärmeverlust verringert wird.
Konvektion
Auf die Frage, was Wärmeübertragung ist,Betrachten Sie den Prozess der Wärmeübertragung in Flüssigkeiten oder Gasen durch spontanes oder erzwungenes Mischen. Bei erzwungener Konvektion wird die Bewegung der Materie durch den Einfluss äußerer Kräfte verursacht: Lüfterflügel, Pumpe. Eine ähnliche Option wird in Situationen verwendet, in denen die natürliche Konvektion nicht wirksam ist.
Ein natürlicher Prozess wird in Fällen beobachtet, in denenwenn bei ungleichmäßiger Erwärmung die unteren Schichten der Substanz erwärmt werden. Ihre Dichte nimmt ab, sie steigen auf. Die oberen Schichten hingegen kühlen ab, werden schwer und sinken ab. Ferner wird der Vorgang mehrmals wiederholt, und unter Rühren wird eine Selbstorganisation in der Struktur der Wirbel beobachtet, wobei aus Konvektionszellen ein regelmäßiges Gitter gebildet wird.
Aufgrund der natürlichen Konvektion bilden sich Wolken, atmosphärische Niederschläge fallen und tektonische Platten bewegen sich. Durch Konvektion auf der Sonne wird Granulat gebildet.
Die korrekte Verwendung der Wärmeübertragung garantiert minimalen Wärmeverlust und maximalen Verbrauch.
Die Essenz der Konvektion
Um die Konvektion zu erklären, können Sie das Gesetz verwendenArchimedes sowie Wärmeausdehnung von Feststoffen und Flüssigkeiten. Mit steigender Temperatur nimmt das Volumen der Flüssigkeit zu, die Dichte nimmt ab. Unter dem Einfluss der Kraft von Archimedes neigt eine leichtere (erhitzte) Flüssigkeit nach oben und kalte (dichte) Schichten fallen ab und erwärmen sich allmählich.
Wenn sich die Flüssigkeit von oben erwärmt, eine warme Flüssigkeitbleibt in seiner ursprünglichen Position, so dass keine Konvektion beobachtet wird. Genau so findet der Flüssigkeitskreislauf statt, der mit der Übertragung von Energie von beheizten in kalte Bereiche einhergeht. In Gasen erfolgt die Konvektion durch einen ähnlichen Mechanismus.
Aus thermodynamischer Sicht Konvektionwerden als eine Variante der Wärmeübertragung angesehen, bei der die Übertragung der inneren Energie in getrennten Strömen von ungleichmäßig erhitzten Substanzen erfolgt. Ein ähnliches Phänomen tritt in der Natur und im Alltag auf. Beispielsweise werden Heizkörper in einer Mindesthöhe vom Boden in der Nähe der Fensterbank installiert.
Die kalte Luft wird dann von der Batterie erwärmtsteigt allmählich auf, wo es sich mit kalten Luftmassen vermischt, die vom Fenster herabsteigen. Konvektion führt zu einer gleichmäßigen Temperatur im Raum.
Häufige Beispiele für atmosphärischeKonvektionswinde: Monsun, Brise. Luft, die sich über einigen Fragmenten der Erde erwärmt, kühlt sich über anderen ab, wodurch sie zirkuliert, Feuchtigkeit und Energie übertragen werden.
Merkmale der natürlichen Konvektion
Es wird von mehreren Faktoren gleichzeitig beeinflusst.Zum Beispiel beeinflussen die tägliche Bewegung der Erde, Meeresströmungen und Oberflächenreliefs die Geschwindigkeit der natürlichen Konvektion. Es ist die Konvektion, die die Grundlage für den Austritt aus den Kratern des Vulkans und der Rauchrohre, die Bildung von Bergen und das Hochfliegen verschiedener Vögel bildet.
Abschließend
Wärmestrahlung ist elektromagnetischProzess mit einem kontinuierlichen Spektrum, das von Materie emittiert wird, entsteht aufgrund innerer Energie. Zur Berechnung der Wärmestrahlung wird in der Physik ein Schwarzkörpermodell verwendet. Wärmestrahlung wird nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben. Die Strahlungsleistung eines solchen Körpers steht in direktem Verhältnis zur Oberfläche und Körpertemperatur, bezogen auf die vierte Leistung.
Wärmeleitfähigkeit ist in allen Körpern möglich, diehaben eine ungleichmäßige Temperaturverteilung. Die Essenz des Phänomens liegt in der Änderung der kinetischen Energie von Molekülen und Atomen, die die Körpertemperatur bestimmt. In einigen Fällen wird die Wärmeleitfähigkeit als quantitative Fähigkeit einer bestimmten Substanz angesehen, Wärme zu leiten.
Wärmeaustauschprozesse in großem Maßstab beschränken sich nicht nur auf die Erwärmung der Erdoberfläche durch Sonnenstrahlung.
Schwerwiegende Konvektionsströme in der Erdatmosphäregekennzeichnet durch Veränderungen der Wetterbedingungen auf dem ganzen Planeten. Bei Temperaturunterschieden in der Atmosphäre zwischen Polar- und Äquatorregion entstehen Konvektionsströme: Strahlströme, Passatwinde, Kalt- und Warmfronten.
Wärmeübertragung vom Erdkern zur Oberflächeverursacht Vulkanausbrüche, die Entstehung von Geysiren. In vielen Regionen wird Geothermie zur Stromerzeugung, Heizung von Wohn- und Industriegebäuden genutzt.
Es ist Wärme, die zum obligatorischen Teilnehmer wirdviele Fertigungstechnologien. Zum Beispiel die Verarbeitung und das Schmelzen von Metallen, die Herstellung von Lebensmitteln, die Raffination von Öl, der Betrieb von Motoren - all dies wird nur in Gegenwart von Wärmeenergie durchgeführt.
