Låt oss prata om vad värmeöverföring är. Denna term förstås som processen för energiöverföring i materia. Den har en komplex mekanism och beskrivs av värmeledningsekvationen.
Sorter av värmeöverföring
Hur delas värmeöverföringen upp? Värmeledningsförmåga, konvektion, strålning är tre sätt att överföra energi som finns i naturen.
Var och en av dem har sina egna särdrag, funktioner, applikationer inom teknik.
Värmeledningsförmåga
Mängden värme förstås som mängdenmolekylers kinetiska energi. När de kolliderar kan de överföra en del av värmen till kalla partiklar. Värmeledningsförmågan är mest uttalad i fasta ämnen, mindre typiska för vätskor, absolut inte typiska för gasformiga ämnen.
Som ett exempel som bekräftar förmågan hos fasta ämnen att överföra värme från ett område till ett annat, överväga följande experiment.
Om den är fäst vid en ståltrådmetallknappar, ta sedan änden av tråden till den brinnande spritlampan, så småningom kommer knapparna från den att falla av. Vid uppvärmning börjar molekylerna röra sig med högre hastighet och kolliderar oftare med varandra. Det är dessa partiklar som ger energi och värme till kallare områden. Om ett tillräckligt snabbt utflöde av värme inte säkerställs i vätskor och gaser leder detta till en kraftig ökning av temperaturgradienten i det heta området.
Värmestrålning
Besvara frågan om vilken typ av värmeöverföringåtföljd av överföring av energi är det nödvändigt att notera denna metod. Strålningsöverföring innebär överföring av energi genom elektromagnetisk strålning. Detta alternativ observeras vid temperaturer från 4000K, beskrivs av värmeledningsförmåga ekvationen. Absorptionskoefficienten beror på kemisk sammansättning, temperatur, densitet hos en viss gas.
Luftens värmeöverföring har en viss gräns,med en ökning av energiflödet uppstår en ökning av temperaturgradienten, en ökning av absorptionskoefficienten. Efter att temperaturgradientens värde överstiger adiabatisk gradient inträffar konvektion.
Vad är värmeöverföring? Detta är den fysiska processen att överföra energi från ett hett föremål till ett kallt genom direktkontakt eller genom en partition som separerar materialen.
Om kropparna i ett system har olika temperaturer, sker processen för energiöverföring tills termodynamisk jämvikt upprättas mellan dem.
Värmeöverföringsfunktioner
Vad är värmeöverföring?Vilka är egenskaperna hos detta fenomen? Det är omöjligt att stoppa det helt, kan du bara minska flödeshastigheten? Används värmeöverföring i naturen och tekniken? Det är värmeväxling som åtföljer och karakteriserar många naturfenomen: utvecklingen av planeter och stjärnor, meteorologiska processer på vår planet. Till exempel, tillsammans med massutbyte, möjliggör värmeöverföringsprocessen analys av evaporativ kylning, torkning, diffusion. Det utförs mellan två bärare av termisk energi genom en solid vägg, som fungerar som ett gränssnitt mellan kroppar.
Värmeöverföring i natur och teknik är ett sätt att karakterisera tillståndet hos en enskild kropp, analysera egenskaperna hos ett termodynamiskt system.
Fouriers lag
Det kallas lagen om värmeledningsförmåga, eftersomden relaterar den totala effekten av värmeförlust, temperaturskillnaden med parallellpipets tvärsnittsarea, dess längd och även värmekonduktivitetskoefficienten. Till exempel, för ett vakuum är denna indikator praktiskt taget noll. Anledningen till detta fenomen ligger i den lägsta koncentrationen av materialpartiklar i ett vakuum som kan överföra värme. Trots denna funktion finns det i vakuum en variant av energiöverföring genom strålning. Vi kommer att överväga tillämpningen av värmeöverföring på basis av en termos. Väggarna är dubbla för att öka reflektionsprocessen. Luft pumpas ut mellan dem samtidigt som värmeförlusten minskar.
Konvektion
På frågan vad är värmeöverföring,överväga processen för värmeöverföring i vätskor eller gaser genom spontan eller tvångsblandning. Vid tvingad konvektion orsakas materiens rörelse av påverkan av externa krafter: fläktblad, pump. Ett liknande alternativ används i de situationer där naturlig konvektion inte är effektiv.
En naturlig process observeras i fall därnär ämnets nedre skikt värms upp med ojämn uppvärmning. Deras densitet minskar, de stiger upp. De övre lagren, tvärtom, svalnar, blir tunga och sjunker ner. Vidare upprepas processen flera gånger, och under omrörning observeras självorganisering i virvlarnas struktur, ett regelbundet gitter bildas från konvektionsceller.
På grund av naturlig konvektion bildas moln, atmosfärisk nederbörd faller och tektoniska plattor rör sig. Det är genom konvektion på solen som granuler bildas.
Korrekt användning av värmeöverföring garanterar minimal värmeförlust, maximal förbrukning.
Kärnan i konvektion
För att förklara konvektion kan du använda lagenArchimedes, liksom termisk expansion av fasta ämnen och vätskor. När temperaturen stiger ökar vätskans volym, densiteten minskar. Under påverkan av Archimedes styrka tenderar en lättare (uppvärmd) vätska uppåt och kalla (täta) lager faller ner och värms upp gradvis.
Om vätskan värms upp ovanifrån, en varm vätskaförblir i sin ursprungliga position, så ingen konvektion observeras. Detta är exakt hur vätskecykeln äger rum, vilket åtföljs av överföring av energi från uppvärmda områden till kalla områden. I gaser sker konvektion med en liknande mekanism.
Ur termodynamisk synvinkel konvektionbetraktas som en variant av värmeöverföring, där överföringen av intern energi sker i separata flöden av ämnen som värms upp ojämnt. Ett liknande fenomen förekommer i naturen och i vardagen. Till exempel installeras värmeelement i minsta höjd från golvet, nära fönsterbrädan.
Den kalla luften värms upp av batterietstiger gradvis upp, där den blandas med kalla luftmassor som faller ner från fönstret. Konvektion leder till en jämn temperatur i rummet.
Vanliga exempel på atmosfärkonvektionsvindar: monsuner, vindar. Luft som värms upp över vissa fragment av jorden, svalnar över andra, vilket resulterar i att den cirkulerar, fukt och energi överförs.
Funktioner av naturlig konvektion
Det påverkas av flera faktorer samtidigt.Till exempel påverkar jordens dagliga rörelse, havsströmmar, ytavlastning hastigheten för naturlig konvektion. Det är konvektion som är grunden för utgången från vulkanens och rökrörens kratrar, bildandet av berg, de olika fåglarnas höjning.
Sammanfattningsvis
Värmestrålning är elektromagnetiskprocess med ett kontinuerligt spektrum, som emitteras av materia, uppstår på grund av intern energi. För att utföra beräkningar av värmestrålning används en svart kroppsmodell i fysik. Värmestrålning beskrivs med hjälp av Stefan-Boltzmann-lagen. Strålningskraften hos en sådan kropp står i direkt proportion till ytan och kroppstemperaturen, tagen till den fjärde effekten.
Värmeledningsförmåga är möjlig i alla kroppar somhar en ojämn temperaturfördelning. Kärnan i fenomenet ligger i förändringen i kinetisk energi hos molekyler och atomer, som bestämmer kroppens temperatur. I vissa fall anses värmeledningsförmåga den kvantitativa förmågan hos ett givet ämne att leda värme.
Storskaliga värmeväxlingsprocesser är inte begränsade till att värma upp jordytan genom solstrålning.
Allvarliga konvektionsströmmar i jordens atmosfärkännetecknas av förändringar i väderförhållanden över hela planeten. Med temperaturskillnader i atmosfären mellan polära och ekvatoriella områden uppstår konvektionsströmmar: jetströmmar, passatvindar, kalla och varma fronter.
Värmeöverföring från jordens kärna till ytanorsakar vulkanutbrott, uppkomst av gejsrar. I många regioner används geotermisk energi för att generera el, värma bostads- och industrilokaler.
Det är värme som blir en obligatorisk deltagaremånga tillverkningstekniker. Till exempel bearbetning och smältning av metaller, tillverkning av livsmedelsprodukter, raffinering av olja, drift av motorer - allt detta utförs endast i närvaro av termisk energi.
