Θερμική ενέργεια είναι ο όρος που χρησιμοποιούμε για να περιγράψουμε το επίπεδο δραστηριότητας των μορίων σε ένα αντικείμενο. Η αυξημένη διέγερση συνδέεται, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, με αύξηση της θερμοκρασίας, ενώ στα ψυχρά αντικείμενα, τα άτομα κινούνται πολύ πιο αργά.
Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας μπορούν να βρεθούν παντού - στη φύση, την τεχνολογία και την καθημερινή ζωή.
Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας
Το μεγαλύτερο παράδειγμα μεταφοράς θερμότητας είναι ο ήλιος, ο οποίος θερμαίνει τον πλανήτη Γη και ό,τι βρίσκεται πάνω του. Στην καθημερινή ζωή, μπορείτε να βρείτε πολλές παρόμοιες επιλογές, μόνο με πολύ λιγότερο σφαιρική έννοια. Λοιπόν, ποια είναι μερικά παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στην καθημερινή ζωή;
Εδώ είναι μερικά από αυτά:
- Σόμπα υγραερίου ή ηλεκτρική και, για παράδειγμα, ένα τηγάνι για το τηγάνισμα αυγών.
- Τα καύσιμα αυτοκινήτου, όπως η βενζίνη, παρέχουν θερμική ενέργεια στον κινητήρα.
- Η τοστιέρα που περιλαμβάνεται μετατρέπει ένα κομμάτι ψωμί σε φρυγανιά. Συνδέεται με την ακτινοβολίαη θερμική ενέργεια του τοστ, που αφαιρεί την υγρασία από το ψωμί και το κάνει τραγανό.
- Ένα ζεστό φλιτζάνι κακάο στον ατμό ζεσταίνει τα χέρια.
- Οποιαδήποτε φλόγα, από φλόγες σπίρτων έως τεράστιες δασικές πυρκαγιές.
- Όταν τοποθετείται πάγος σε ένα ποτήρι νερό, η θερμική ενέργεια από το νερό τον λιώνει, δηλαδή το ίδιο το νερό είναι πηγή ενέργειας.
- Το καλοριφέρ ή το σύστημα θέρμανσης στο σπίτι σας παρέχει ζεστασιά κατά τους μεγάλους, κρύους μήνες του χειμώνα.
- Οι συμβατικοί φούρνοι είναι πηγές συναγωγής, με αποτέλεσμα το φαγητό που τοποθετείται σε αυτούς να θερμαίνεται και να ξεκινά η διαδικασία μαγειρέματος.
- Μπορείτε να παρατηρήσετε παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στο ίδιο σας το σώμα, παίρνοντας ένα κομμάτι πάγου στο χέρι σας.
- Η θερμική ενέργεια βρίσκεται ακόμη και μέσα στη γάτα, η οποία μπορεί να ζεστάνει τα γόνατα του ιδιοκτήτη.
Η θερμότητα είναι κίνηση
Οι ροές θερμότητας βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Οι κύριοι τρόποι μετάδοσής τους μπορούν να ονομαστούν σύμβαση, ακτινοβολία και αγωγιμότητα. Ας δούμε αυτές τις έννοιες με περισσότερες λεπτομέρειες.
Τι είναι η αγωγιμότητα;
Ίσως, πολλοί έχουν παρατηρήσει περισσότερες από μία φορές ότι στο ίδιο δωμάτιο οι αισθήσεις από το άγγιγμα του δαπέδου μπορεί να είναι εντελώς διαφορετικές. Είναι ωραίο και ζεστό να περπατάς στο χαλί, αλλά αν μπεις στο μπάνιο με γυμνά πόδια, μια αισθητή δροσιά δίνει αμέσως μια αίσθηση ευθυμίας. Όχι όπου υπάρχει ενδοδαπέδια θέρμανση.
Λοιπόν γιατί παγώνει η επιφάνεια με πλακάκια; Όλα είναι επειδήθερμική αγωγιμότητα. Είναι ένας από τους τρεις τύπους μεταφοράς θερμότητας. Κάθε φορά που δύο αντικείμενα διαφορετικών θερμοκρασιών έρχονται σε επαφή μεταξύ τους, η θερμική ενέργεια θα περάσει μεταξύ τους. Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας σε αυτήν την περίπτωση περιλαμβάνουν τα εξής: κρατώντας ένα μεταλλικό πιάτο, το άλλο άκρο του οποίου τοποθετείται πάνω από τη φλόγα ενός κεριού, με την πάροδο του χρόνου, μπορεί να αισθανθείτε κάψιμο και πόνο και τη στιγμή που αγγίζετε το σίδερο λαβή μιας κατσαρόλας με βραστό νερό, μπορεί να καείτε.
Συντελεστές αγωγιμότητας
Η καλή ή κακή αγωγιμότητα εξαρτάται από διάφορους παράγοντες:
- Το είδος και η ποιότητα του υλικού από το οποίο κατασκευάζονται τα αντικείμενα.
- Η επιφάνεια δύο αντικειμένων σε επαφή.
- Διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο αντικειμένων.
- Πάχος και μέγεθος αντικειμένων.
Σε μορφή εξίσωσης, μοιάζει με αυτό: Ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας σε ένα αντικείμενο είναι ίσος με τη θερμική αγωγιμότητα του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένο το αντικείμενο, επί το εμβαδόν επιφάνειας στην επαφή, επί τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο αντικειμένων, και διαιρείται με το πάχος του υλικού. Είναι απλό.
Παραδείγματα αγωγιμότητας
Η άμεση μεταφορά θερμότητας από ένα αντικείμενο σε άλλο ονομάζεται αγωγιμότητα και οι ουσίες που μεταφέρουν καλά τη θερμότητα ονομάζονται αγωγοί. Ορισμένα υλικά και ουσίες δεν αντιμετωπίζουν καλά αυτό το έργο, ονομάζονται μονωτές. Αυτά περιλαμβάνουν ξύλο, πλαστικό, υαλοβάμβακα και ακόμη και αέρα. Όπως γνωρίζετε, οι απομονωτές δεν σταματούν στην πραγματικότητα τη ροή.θερμότητα, αλλά απλώς επιβραδύνετε τον έναν ή τον άλλο βαθμό.
Συναγωγή
Αυτός ο τύπος μεταφοράς θερμότητας, όπως και η μεταφορά, συμβαίνει σε όλα τα υγρά και τα αέρια. Μπορείτε να βρείτε τέτοια παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύση και στην καθημερινή ζωή. Καθώς το υγρό θερμαίνεται, τα μόρια στον πυθμένα αποκτούν ενέργεια και κινούνται πιο γρήγορα, με αποτέλεσμα τη μείωση της πυκνότητας. Τα μόρια του θερμού υγρού αρχίζουν να κινούνται προς τα πάνω ενώ το ψυκτικό υγρό (το πιο πυκνό υγρό) αρχίζει να βυθίζεται. Αφού τα δροσερά μόρια φτάσουν στον πυθμένα, λαμβάνουν και πάλι το μερίδιο ενέργειας που τους αναλογεί και πάλι τείνουν προς την κορυφή. Ο κύκλος συνεχίζεται όσο υπάρχει πηγή θερμότητας στο κάτω μέρος.
Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύση μπορούν να δοθούν ως εξής: με τη βοήθεια ενός ειδικά εξοπλισμένου καυστήρα, ο ζεστός αέρας, που γεμίζει το χώρο ενός μπαλονιού, μπορεί να ανυψώσει ολόκληρη τη δομή σε αρκετά υψηλό ύψος. ότι ο ζεστός αέρας είναι ελαφρύτερος από τον κρύο αέρα.
Ακτινοβολία
Όταν κάθεσαι μπροστά σε μια φωτιά, σε ζεσταίνει η ζεστασιά που πηγάζει από αυτήν. Το ίδιο συμβαίνει αν φέρετε την παλάμη σας σε μια φλεγόμενη λάμπα χωρίς να την αγγίξετε. Θα νιώσετε επίσης ζεστασιά. Τα μεγαλύτερα παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στην καθημερινή ζωή και τη φύση οδηγούνται από την ηλιακή ενέργεια. Κάθε μέρα, η θερμότητα του ήλιου περνά μέσα από 146 εκατομμύρια χιλιόμετρα κενού χώρου μέχρι την ίδια τη Γη. Είναι η κινητήρια δύναμη πίσω από όλες τις μορφές και τα συστήματα ζωής που υπάρχουν στον πλανήτη μας σήμερα. Χωρίς αυτόν τον τρόπο μετάδοσης, θα ήμασταν σε μεγάλο πρόβλημα και ο κόσμος δεν θα ήταν ο ίδιος με εμάς.τον ξέρουμε.
Ακτινοβολία είναι η μεταφορά θερμότητας με χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, είτε είναι ραδιοκύματα, είτε υπέρυθρες, ακτίνες Χ ή ακόμα και ορατό φως. Όλα τα αντικείμενα εκπέμπουν και απορροφούν ενέργεια ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένου του ίδιου του ατόμου, αλλά δεν αντιμετωπίζουν όλα τα αντικείμενα και τις ουσίες εξίσου καλά αυτό το έργο. Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στην καθημερινή ζωή μπορούν να θεωρηθούν χρησιμοποιώντας μια συμβατική κεραία. Κατά κανόνα, αυτό που ακτινοβολεί καλά είναι επίσης καλό στην απορρόφηση. Όσο για τη Γη, λαμβάνει ενέργεια από τον ήλιο και στη συνέχεια τη δίνει πίσω στο διάστημα. Αυτή η ενέργεια ακτινοβολίας ονομάζεται επίγεια ακτινοβολία και είναι που κάνει δυνατή τη ζωή στον πλανήτη.
Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύση, καθημερινή ζωή, τεχνολογία
Η μετάδοση ενέργειας, ιδιαίτερα η θερμική, είναι ένας θεμελιώδης τομέας μελέτης για όλους τους μηχανικούς. Η ακτινοβολία καθιστά τη Γη κατοικήσιμη και παρέχει ανανεώσιμη ηλιακή ενέργεια. Η μεταφορά είναι η βάση της μηχανικής, είναι υπεύθυνη για τη ροή του αέρα στα κτίρια και την ανταλλαγή αέρα στα σπίτια. Η αγωγιμότητα σάς επιτρέπει να ζεστάνετε μια κατσαρόλα βάζοντάς την απλά στη φωτιά.
Πολλά παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στην τεχνολογία και τη φύση είναι προφανή και βρίσκονται σε όλο τον κόσμο μας. Σχεδόν όλοι παίζουν σημαντικό ρόλο, ειδικά στον τομέα της μηχανολογίας. Για παράδειγμα, όταν σχεδιάζουν το σύστημα εξαερισμού ενός κτιρίου, οι μηχανικοί υπολογίζουν τη μεταφορά θερμότητας από το κτίριο γύρω από αυτό, καθώς και την εσωτερική μεταφορά θερμότητας. Επιπλέον, επιλέγουν υλικά που ελαχιστοποιούν ή μεγιστοποιούν τη μεταφορά θερμότητας.μέσω μεμονωμένων στοιχείων για βελτιστοποίηση της απόδοσης.
Εξάτμιση
Όταν τα άτομα ή τα μόρια ενός υγρού (όπως το νερό) εκτίθενται σε σημαντικό όγκο αερίου, τείνουν να εισέλθουν αυθόρμητα σε αέρια κατάσταση ή να εξατμιστούν. Αυτό συμβαίνει γιατί τα μόρια κινούνται συνεχώς προς διαφορετικές κατευθύνσεις με τυχαίες ταχύτητες και συγκρούονται μεταξύ τους. Κατά τη διάρκεια αυτών των διεργασιών, μερικά από αυτά λαμβάνουν κινητική ενέργεια αρκετή για να απωθούνται από την πηγή θερμότητας.
Ωστόσο, δεν έχουν όλα τα μόρια χρόνο να εξατμιστούν και να γίνουν υδρατμοί. Όλα εξαρτώνται από τη θερμοκρασία. Έτσι, το νερό σε ένα ποτήρι θα εξατμίζεται πιο αργά από ότι σε ένα τηγάνι που έχει θερμανθεί στη σόμπα. Το βραστό νερό αυξάνει σημαντικά την ενέργεια των μορίων, η οποία με τη σειρά της επιταχύνει τη διαδικασία εξάτμισης.
Βασικές έννοιες
- Αγωγιμότητα είναι η μεταφορά θερμότητας μέσω μιας ουσίας με άμεση επαφή ατόμων ή μορίων.
- Μεταφορά είναι η μεταφορά θερμότητας μέσω της κυκλοφορίας ενός αερίου (όπως ο αέρας) ή ενός υγρού (όπως το νερό).
- Ακτινοβολία είναι η διαφορά μεταξύ της ποσότητας θερμότητας που απορροφάται και ανακλάται. Αυτή η ικανότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το χρώμα, τα μαύρα αντικείμενα απορροφούν περισσότερη θερμότητα από τα ελαφριά αντικείμενα.
- Εξάτμιση είναι η διαδικασία με την οποία άτομα ή μόρια σε υγρή κατάσταση αποκτούν αρκετή ενέργεια για να γίνουν αέριο ή ατμός.
- Τα αέρια του θερμοκηπίου είναι αέρια που παγιδεύουν τη θερμότητα του ήλιου στην ατμόσφαιρα της Γης, παράγοντας ένα αέριο του θερμοκηπίου. Αποτέλεσμα. Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες - υδρατμοί και διοξείδιο του άνθρακα.
- Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι απεριόριστοι πόροι που αναπληρώνονται γρήγορα και φυσικά. Αυτά περιλαμβάνουν τα ακόλουθα παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύση και την τεχνολογία: άνεμοι και ηλιακή ενέργεια.
- Θερμική αγωγιμότητα είναι ο ρυθμός με τον οποίο ένα υλικό μεταφέρει θερμική ενέργεια μέσω του εαυτού του.
- Η θερμική ισορροπία είναι μια κατάσταση στην οποία όλα τα μέρη του συστήματος βρίσκονται στο ίδιο καθεστώς θερμοκρασίας.
Πρακτική εφαρμογή
Πολλά παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύση και την τεχνολογία (εικόνες παραπάνω) υποδεικνύουν ότι αυτές οι διαδικασίες πρέπει να μελετηθούν καλά και να εξυπηρετηθούν για τα καλά. Οι μηχανικοί εφαρμόζουν τις γνώσεις τους για τις αρχές της μεταφοράς θερμότητας, ερευνούν νέες τεχνολογίες που σχετίζονται με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και είναι λιγότερο καταστροφικές για το περιβάλλον. Το κλειδί είναι να κατανοήσουμε ότι η μεταφορά ενέργειας ανοίγει ατελείωτες δυνατότητες για λύσεις μηχανικής και πολλά άλλα.
