Parunāsim par siltuma pārnesi. Saskaņā ar šo terminu saprot enerģijas pārneses procesu jautājumā. To raksturo sarežģīts mehānisms, ko raksturo siltuma vienādojums.
Siltuma pārneses šķirnes
Kā notiek siltuma padeve? Siltumvadītspēja, konvekcija, radiācija - trīs enerģijas pārnešanas metodes, kas pastāv dabā.
Katram no tiem ir savas atšķirīgās īpašības, funkcijas un pielietojumi tehnikā.
Siltumvadītspēja
Saskaņā ar siltuma daudzumu izprot summumolekulu kinētiskā enerģija. Sadursmes gadījumā viņi spēj nodot daļu savas siltuma aukstajām daļiņām. Siltumvadītspēja visvairāk izteikta cietvielās, mazāk raksturīga šķidrumiem, kas absolūti nav īpatnējas gāzveida vielām.
Kā piemēru, kas apstiprina cieto vielu spēju siltuma pārnesi no vienas teritorijas uz otru, apsveriet šādu eksperimentu.
Ja uz tērauda stieples, lai to novērstumetāla pogas, tad novietojiet vadu galu uz dedzinošu spuldzes, pakāpeniski pogas no tā sāk nokrist. Sildot, molekulas sāk kustēties ar lielāku ātrumu, biežāk tās saduras viens ar otru. Tās ir daļiņas, kas atmest enerģiju un siltumu aukstākām vietām. Ja šķidrumos un gāzēs nav pietiekami strauja siltuma aizplūšana, tas karstā reģionā strauji palielina temperatūras gradientu.
Siltuma starojums
Atbildot uz jautājumu par to, kāda veida siltuma pārnesepievienojot enerģijas nodošanu, ir jāņem vērā šī metode. Radiācijas transmisija ietver enerģijas pārraidi ar elektromagnētisko starojumu. Šī opcija tiek novērota temperatūrā 4000K, ko apraksta ar siltumvadītspējas vienādojumu. Absorbcijas koeficients ir atkarīgs no konkrētās gāzes ķīmiskā sastāva, temperatūras, blīvuma.
Gaisa siltuma padevei ir noteikta robeža,ar enerģijas plūsmas palielināšanos notiek temperatūras gradienta palielināšanās, palielinot absorbcijas koeficientu. Kad temperatūras gradients pārsniedz adiabātisko gradientu, parādīsies konvekcija.
Kas ir siltuma pārnese? Tas ir fiziskais process, kad enerģija tiek pārnesta no karstā objekta uz aukstumu caur tiešu kontaktu vai caur starpsienu, kas atdala materiālus.
Ja vienas sistēmas ķermeņiem ir atšķirīgas temperatūras, tad enerģijas pārneses process notiek līdz brīdim, kad starp tām tiek noteikta termodinamiskā līdzsvara pakāpe.
Siltuma pārneses īpašības
Kas ir siltuma pārnese?Kādas ir šīs parādības iezīmes? To nevar pilnībā pārtraukt, jūs varat tikai samazināt plūsmas ātrumu? Vai siltuma pārnesi izmanto dabā un tehnoloģijā? Tā ir siltumapmaiņa, kas pavada un raksturo daudzas dabas parādības: planētu un zvaigžņu attīstību, meteoroloģiskos procesus uz mūsu planētas virsmas. Piemēram, kopā ar masas apmaiņu siltuma pārneses process ļauj analizēt iztvaikošanas dzesēšanu, žāvēšanu, difūziju. Tas tiek veikts starp diviem siltumenerģijas nesējiem, izmantojot cieto sienu, kas darbojas kā saskarne starp ķermeņiem.
Siltuma padeve dabā un tehnoloģijā ir veids, kā raksturot atsevišķas ķermeņa stāvokli, analizējot termodinamiskās sistēmas īpašības.
Furjē likums
To sauc par siltuma vadīšanas likumu, jotā piesaista kopējo siltuma zudumu, temperatūras starpību ar paralēlskaldņu šķērsgriezuma laukumu, tā garumu, kā arī siltumvadītspējas koeficientu. Piemēram, vakuuma gadījumā šis rādītājs ir gandrīz nulle. Šīs parādības iemesls ir materiālu daļiņu minimālā koncentrācija vakuumā, kas var nodot siltumu. Neskatoties uz šo funkciju, vakuumā ir enerģijas pārneses variants ar starojumu. Siltuma pārneses piemērošana tiek apsvērta, pamatojoties uz termosu. Sienas padara to dubultā, lai palielinātu pārdomas. Starp tiem tiek izvadīts gaiss, vienlaikus samazinot siltuma zudumus.
Konvekcija
Atbildot uz jautājumu par to, kāds ir siltuma pārnesums,Apsveriet siltuma pārneses procesu šķidrumos vai gāzēs, spontāni vai piespiedu sajaukšanai. Piespiedu konvekcijas gadījumā vielas kustību izraisa ārējo spēku ietekme: ventilatora asmeņi, sūknis. Līdzīgu iespēju izmanto situācijās, kad dabiskā konvekcija nav efektīva.
Dabas process tiek novērots gadījumosja ir nevienmērīga sildīšana, vielas apakšējos slāņus karsē. To blīvums samazinās, tie palielinās. Augšējie slāņi, gluži pretēji, atdzesē, aug smagi, nolaižas. Tad process tiek atkārtots vairākas reizes, un, maisot, tiek novērota pašorganizācija vortices struktūrā, no konvekcijas šūnām veidojas regulāra režģis.
Pateicoties dabiskajai konvekcijai, veidojas mākoņi, nokrišņi nokrīt un tektoniskās plāksnes pārvietojas. Granulas veidojas, pateicoties konvekcijai uz Sauli.
Pareiza siltuma pārneses izmantošana nodrošina minimālu siltuma zudumu, maksimālo patēriņu.
Konvekcijas būtība
Jūs varat izmantot likumu, lai izskaidrotu konvekciju.Arhimēda, kā arī cietvielu un šķidrumu termiskā izplešanās. Pieaugot temperatūrai, šķidruma tilpums palielinās, blīvums samazinās. Arhimēda spēka ietekmē vieglāks (sakarsētais) šķidrums mēdz augt, un aukstie (blīvie) slāņi nokrīt, pakāpeniski iesildoties.
В случае прогрева жидкости сверху теплая жидкость paliek sākotnējā stāvoklī, tāpēc konvekcija netiek novērota. Tas notiek šķidruma cirkulācijā, ko papildina enerģijas pārnešana no apsildāmām vietām uz aukstām vietām. Gāzēs konvekcija notiek saskaņā ar līdzīgu mehānismu.
No termodinamiskā viedokļa konvekcijatiek uzskatīti par siltuma pārneses variantu, kurā iekšējās enerģijas pārnese notiek atsevišķās nevienmērīgi uzkarsētu vielu plūsmās. Līdzīga parādība notiek dabā un ikdienas dzīvē. Piemēram, apkures radiatori ir uzstādīti minimālā augstumā no grīdas, netālu no palodzes.
Pēc tam auksts gaiss uzsilda akumulatorupamazām paceļas augšup, kur tas sajaucas ar aukstā gaisa masām, kas krīt no loga. Konvekcija noved pie vienotas temperatūras noteikšanas telpā.
Bieži atmosfēras piemērikonvekcija, ko mēs nesam vējš: musons, vēsmas. Gaiss, kas tiek uzkarsēts virs dažiem Zemes fragmentiem, tiek atdzesēts pār citiem, kā rezultātā tas cirkulē, un mitrums un enerģija tiek nodota.
Dabiskās konvekcijas iezīmes
To ietekmē vairāki faktori vienlaikus. Piemēram, Zemes ikdienas kustība, jūras straumes, virsmas reljefs ietekmē dabiskās konvekcijas ātrumu. Tieši konvekcija ir pamats izejai no vulkāna krāteriem un dūmu caurulēm, kalnu veidošanai, dažādu putnu planēšanai.
Noslēgumā
Siltuma starojums ir elektromagnētisksprocess ar nepārtrauktu spektru, ko izstaro matērija, rodas iekšējās enerģijas dēļ. Lai veiktu siltuma starojuma aprēķinus, fizikā tiek izmantots melnā ķermeņa modelis. Termiskais starojums tiek aprakstīts, izmantojot Stefana-Boltmana likumu. Šāda ķermeņa starojuma jauda ir tieši proporcionāla virsmas laukumam un ķermeņa temperatūrai, ņemot vērā ceturto jaudu.
Siltumvadītspēja ir iespējama visos ķermeņos, kastemperatūras sadalījums ir nevienmērīgs. Fenomena būtība slēpjas molekulu un atomu kinētiskās enerģijas izmaiņās, kas nosaka ķermeņa temperatūru. Dažos gadījumos siltuma vadītspēja tiek uzskatīta par noteiktas vielas kvantitatīvo spēju vadīt siltumu.
Liela mēroga siltumenerģijas apmaiņas procesi neaprobežojas tikai ar zemes virsmas sildīšanu ar saules starojumu.
Nopietnas konvekcijas strāvas zemes atmosfērāko raksturo laika apstākļu izmaiņas visā planētā. Ar temperatūras atšķirībām atmosfērā starp polārajiem un ekvatoriālajiem reģioniem rodas konvekcijas plūsmas: strūklas strāvas, tirdzniecības vēji, aukstas un siltas frontes.
Siltuma pārnese no zemes kodola uz virsmuizraisa vulkāna izvirdumus, geizeru parādīšanos. Daudzos reģionos ģeotermālo enerģiju izmanto elektroenerģijas ražošanai, dzīvojamo un rūpniecisko telpu apsildīšanai.
Tas ir siltums, kas kļūst par obligātu dalībniekudaudzas ražošanas tehnoloģijas. Piemēram, metālu apstrāde un kausēšana, pārtikas produktu ražošana, eļļas rafinēšana, dzinēju darbība - tas viss tiek veikts tikai siltumenerģijas klātbūtnē.
