Ας μιλήσουμε για το τι είναι η μεταφορά θερμότητας. Αυτός ο όρος αναφέρεται στη διαδικασία μεταφοράς ενέργειας στην ύλη. Χαρακτηρίζεται από έναν πολύπλοκο μηχανισμό, που περιγράφεται από την εξίσωση θερμότητας.
Ποικιλίες μεταφοράς θερμότητας
Πώς ταξινομείται η μεταφορά θερμότητας; Αγωγή θερμότητας, μεταφορά, ακτινοβολία είναι οι τρεις τρόποι μεταφοράς ενέργειας που υπάρχουν στη φύση.
Καθένα από αυτά έχει τα δικά του χαρακτηριστικά, χαρακτηριστικά, εφαρμογές στην τεχνολογία.
Θερμική αγωγιμότητα
Η ποσότητα θερμότητας νοείται ως το άθροισμα της κινητικής ενέργειας των μορίων. Όταν συγκρούονται, είναι σε θέση να μεταφέρουν μέρος της θερμότητάς τους σε ψυχρά σωματίδια. Η θερμική αγωγιμότητα εκδηλώνεται στο μέγιστο βαθμό στα στερεά, λιγότερο τυπική για τα υγρά, απολύτως μη τυπική για τις αέριες ουσίες.
Ως παράδειγμα που επιβεβαιώνει την ικανότητα των στερεών να μεταφέρουν θερμότητα από τη μια περιοχή στην άλλη, εξετάστε το ακόλουθο πείραμα.
Αν στερεώσετε μεταλλικά κουμπιά σε ένα χαλύβδινο σύρμα, στη συνέχεια φέρτε το άκρο του σύρματος σε μια αναμμένη λυχνία, σταδιακά τα κουμπιά θα αρχίσουν να πέφτουν από αυτό. Όταν θερμαίνονται, τα μόρια αρχίζουν να κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα, πιο συχνάσυγκρούονται μεταξύ τους. Αυτά τα σωματίδια είναι που δίνουν την ενέργεια και τη θερμότητά τους σε ψυχρότερες περιοχές. Εάν τα υγρά και τα αέρια δεν παρέχουν επαρκώς γρήγορη εκροή θερμότητας, αυτό οδηγεί σε απότομη αύξηση της διαβάθμισης θερμοκρασίας στη θερμή περιοχή.
Θερμική ακτινοβολία
Απαντώντας στο ερώτημα τι είδους μεταφορά θερμότητας συνοδεύεται από μεταφορά ενέργειας, είναι απαραίτητο να σημειώσουμε τη συγκεκριμένη μέθοδο. Η μεταφορά ακτινοβολίας περιλαμβάνει τη μεταφορά ενέργειας με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αυτή η παραλλαγή παρατηρείται σε θερμοκρασία 4000 K και περιγράφεται από την εξίσωση αγωγιμότητας θερμότητας. Ο συντελεστής απορρόφησης εξαρτάται από τη χημική σύσταση, τη θερμοκρασία, την πυκνότητα ενός συγκεκριμένου αερίου.
Η μεταφορά θερμότητας του αέρα έχει ένα ορισμένο όριο, με αύξηση της ροής ενέργειας, η κλίση θερμοκρασίας αυξάνεται, ο συντελεστής απορρόφησης αυξάνεται. Αφού η τιμή της διαβάθμισης θερμοκρασίας υπερβεί την αδιαβατική βαθμίδα, θα συμβεί συναγωγή.
Τι είναι η μεταφορά θερμότητας; Αυτή είναι η φυσική διαδικασία μεταφοράς ενέργειας από ένα ζεστό αντικείμενο σε ένα κρύο με άμεση επαφή ή μέσω ενός χωρίσματος που χωρίζει τα υλικά.
Αν τα σώματα του ίδιου συστήματος έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες, τότε η διαδικασία μεταφοράς ενέργειας λαμβάνει χώρα μέχρι να επιτευχθεί θερμοδυναμική ισορροπία μεταξύ τους.
Λειτουργίες μεταφοράς θερμότητας
Τι είναι η μεταφορά θερμότητας; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά αυτού του φαινομένου; Δεν μπορείς να το σταματήσεις τελείως, μόνο μπορείςνα μειώσει την ταχύτητά του; Χρησιμοποιείται η μεταφορά θερμότητας στη φύση και την τεχνολογία; Είναι η μεταφορά θερμότητας που συνοδεύει και χαρακτηρίζει πολλά φυσικά φαινόμενα: την εξέλιξη των πλανητών και των άστρων, τις μετεωρολογικές διεργασίες στην επιφάνεια του πλανήτη μας. Για παράδειγμα, μαζί με την ανταλλαγή μάζας, η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας σάς επιτρέπει να αναλύσετε την ψύξη με εξάτμιση, την ξήρανση, τη διάχυση. Διεξάγεται μεταξύ δύο φορέων θερμικής ενέργειας μέσω ενός συμπαγούς τοίχου, το οποίο λειτουργεί ως διαχωριστικό μεταξύ των σωμάτων.
Η μεταφορά θερμότητας στη φύση και την τεχνολογία είναι ένας τρόπος χαρακτηρισμού της κατάστασης ενός μεμονωμένου σώματος, αναλύοντας τις ιδιότητες ενός θερμοδυναμικού συστήματος.
Νόμος του Φουριέ
Ονομάζεται νόμος της αγωγιμότητας της θερμότητας, επειδή συνδέει τη συνολική ισχύ της απώλειας θερμότητας, τη διαφορά θερμοκρασίας με το εμβαδόν διατομής του παραλληλεπιπέδου, το μήκος του και επίσης με τον συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας. Για παράδειγμα, για ένα κενό, αυτός ο δείκτης είναι σχεδόν μηδέν. Ο λόγος για αυτό το φαινόμενο είναι η ελάχιστη συγκέντρωση σωματιδίων υλικού σε ένα κενό που μπορεί να μεταφέρει θερμότητα. Παρά αυτό το χαρακτηριστικό, στο κενό υπάρχει μια παραλλαγή μεταφοράς ενέργειας με ακτινοβολία. Εξετάστε τη χρήση της μεταφοράς θερμότητας με βάση ένα θερμός. Οι τοίχοι του είναι διπλοί για να αυξηθεί η διαδικασία ανάκλασης. Ο αέρας διοχετεύεται μεταξύ τους, ενώ μειώνεται η απώλεια θερμότητας.
Συναγωγή
Απαντώντας στην ερώτηση τι είναι μεταφορά θερμότητας, εξετάστε τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας σε υγράή σε αέρια με αυθόρμητη ή αναγκαστική ανάμειξη. Στην περίπτωση της εξαναγκασμένης μεταφοράς, η κίνηση της ύλης προκαλείται από τη δράση εξωτερικών δυνάμεων: πτερύγια ανεμιστήρα, αντλία. Μια παρόμοια επιλογή χρησιμοποιείται σε καταστάσεις όπου η φυσική μεταφορά δεν είναι αποτελεσματική.
Παρατηρείται μια φυσική διαδικασία σε εκείνες τις περιπτώσεις που, με ανομοιόμορφη θέρμανση, θερμαίνονται τα κατώτερα στρώματα της ουσίας. Η πυκνότητά τους μειώνεται, ανεβαίνουν. Τα ανώτερα στρώματα, αντίθετα, κρυώνουν, γίνονται βαρύτερα και βυθίζονται. Επιπλέον, η διαδικασία επαναλαμβάνεται αρκετές φορές και κατά τη διάρκεια της ανάμειξης παρατηρείται αυτοοργάνωση στη δομή των στροβίλων, σχηματίζεται ένα κανονικό πλέγμα από τα κελιά μεταφοράς.
Λόγω φυσικής μεταφοράς, σχηματίζονται σύννεφα, πέφτουν βροχοπτώσεις και κινούνται τεκτονικές πλάκες. Είναι με μεταφορά που σχηματίζονται κόκκοι στον Ήλιο.
Η σωστή χρήση της μεταφοράς θερμότητας εξασφαλίζει ελάχιστη απώλεια θερμότητας, μέγιστη κατανάλωση.
Η ουσία της μεταφοράς
Για να εξηγήσετε τη μεταφορά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον νόμο του Αρχιμήδη, καθώς και τη θερμική διαστολή στερεών και υγρών. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο όγκος του υγρού αυξάνεται και η πυκνότητα μειώνεται. Υπό την επίδραση της δύναμης του Αρχιμήδη, ένα ελαφρύτερο (θερμασμένο) υγρό τείνει προς τα πάνω και τα ψυχρά (πυκνά) στρώματα πέφτουν προς τα κάτω, θερμαίνοντας σταδιακά.
Όταν το υγρό θερμαίνεται από πάνω, το ζεστό υγρό παραμένει στην αρχική του θέση, επομένως δεν παρατηρείται μεταφορά. Έτσι λειτουργεί ο κύκλοςυγρό, το οποίο συνοδεύεται από μεταφορά ενέργειας από θερμές περιοχές σε ψυχρά μέρη. Στα αέρια, η μεταφορά συμβαίνει σύμφωνα με έναν παρόμοιο μηχανισμό.
Από θερμοδυναμική άποψη, η συναγωγή θεωρείται μια παραλλαγή της μεταφοράς θερμότητας, στην οποία η μεταφορά της εσωτερικής ενέργειας λαμβάνει χώρα από ξεχωριστές ροές ουσιών που θερμαίνονται άνισα. Παρόμοιο φαινόμενο συμβαίνει στη φύση και στην καθημερινή ζωή. Για παράδειγμα, τα θερμαντικά σώματα τοποθετούνται σε ελάχιστο ύψος από το δάπεδο, κοντά στο περβάζι.
Ο κρύος αέρας θερμαίνεται από την μπαταρία, στη συνέχεια ανεβαίνει σταδιακά, όπου αναμιγνύεται με τις ψυχρές μάζες αέρα που κατεβαίνουν από το παράθυρο. Η μεταφορά οδηγεί στη δημιουργία ομοιόμορφης θερμοκρασίας στο δωμάτιο.
Μεταξύ των κοινών παραδειγμάτων ατμοσφαιρικής μεταφοράς είναι οι άνεμοι: μουσώνες, αεράκια. Ο αέρας που θερμαίνεται πάνω από ορισμένα κομμάτια της Γης ψύχεται έναντι άλλων, με αποτέλεσμα να κυκλοφορεί, να μεταφέρεται υγρασία και ενέργεια.
Χαρακτηριστικά φυσικής μεταφοράς
Επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, ο ρυθμός της φυσικής μεταφοράς επηρεάζεται από την καθημερινή κίνηση της Γης, τα θαλάσσια ρεύματα και την τοπογραφία της επιφάνειας. Είναι η μεταφορά που είναι η βάση για την έξοδο από τους κρατήρες ηφαιστείων και τους σωλήνες καπνού, το σχηματισμό βουνών, την εκτίναξη διαφόρων πουλιών.
Συμπερασματικά
Η θερμική ακτινοβολία είναι μια ηλεκτρομαγνητική διαδικασία με συνεχές φάσμα, το οποίο εκπέμπεται από την ύλη, συμβαίνει λόγω εσωτερικής ενέργειας. Για να πραγματοποιηθούν οι υπολογισμοί της θερμικής ακτινοβολίας, σεΗ Φυσική χρησιμοποιεί το μοντέλο του μαύρου σώματος. Περιγράψτε τη θερμική ακτινοβολία χρησιμοποιώντας το νόμο Stefan-Boltzmann. Η ισχύς ακτινοβολίας ενός τέτοιου σώματος είναι ευθέως ανάλογη με την επιφάνεια και τη θερμοκρασία του σώματος, λαμβανόμενη στην τέταρτη δύναμη.
Η θερμική αγωγιμότητα είναι δυνατή σε όλα τα σώματα που έχουν μη ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας. Η ουσία του φαινομένου είναι η αλλαγή της κινητικής ενέργειας των μορίων και των ατόμων, η οποία καθορίζει τη θερμοκρασία του σώματος. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η θερμική αγωγιμότητα θεωρείται η ποσοτική ικανότητα μιας συγκεκριμένης ουσίας να μεταφέρει τη θερμότητα.
Διαδικασίες ανταλλαγής θερμικής ενέργειας μεγάλης κλίμακας δεν περιορίζονται στη θέρμανση της επιφάνειας της γης από την ηλιακή ακτινοβολία.
Τα έντονα ρεύματα μεταφοράς στην ατμόσφαιρα της γης χαρακτηρίζονται από αλλαγές στις καιρικές συνθήκες σε ολόκληρο τον πλανήτη. Με τις διαφορές θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα μεταξύ της πολικής και της ισημερινής περιοχής, προκύπτουν ροές μεταφοράς: ρεύματα πίδακα, εμπορικοί άνεμοι, ψυχρά και θερμά μέτωπα.
Η μεταφορά θερμότητας από τον πυρήνα της γης στην επιφάνεια προκαλεί ηφαιστειακές εκρήξεις, την εμφάνιση γκέιζερ. Σε πολλές περιοχές, η γεωθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, θερμότητας κατοικιών και βιομηχανικών χώρων.
Είναι η θερμότητα που γίνεται υποχρεωτικός συμμετέχων σε πολλές τεχνολογίες παραγωγής. Για παράδειγμα, η επεξεργασία και η τήξη μετάλλων, η κατασκευή τροφίμων, η διύλιση λαδιού, η λειτουργία κινητήρων - όλα αυτά γίνονται μόνο με την παρουσία θερμικής ενέργειας.
