Što je prijenos topline? Prijenos topline u prirodi i tehnologiji

Razgovarajmo o tome koji je toplinski prijenos. Ovim pojmom podrazumijevamo proces prijenosa energije u materiji. Karakterizira ga složeni mehanizam, opisan jednadžbom provodljivosti topline.

Vrste prijenosa topline

Kako je prijenos topline podijeljen? Toplinska vodljivost, konvekcija, zračenje su tri načina prijenosa energije koji postoje u prirodi.

Svaki od njih ima svoje osobitosti, značajke, primjene u tehnologiji.

Toplinska vodljivost

Prema količini topline se misli na zbroj kinetičke energije molekula. Oni mogu prenijeti dio svoje topline na hladne čestice u sudaru. Toplinska vodljivost maksimalno se očituje u krutinama, manje karakterističnim za tekućine, apsolutno nije karakteristična za plinovite tvari.

Kao primjer, potvrđivanje sposobnosti krutih tvari za prijenos topline s jednog mjesta na drugo, razmotrite sljedeći eksperiment.

Ako čelične žice pričvrstite metalne gumbe, a zatim dovesti do kraja spaljivanja Duha svjetiljke žice postupno tipke će otpasti od njega. Kada se zagrijava, molekule počinju kretati većom brzinom, vjerojatno u lice jedni druge. To je ove čestice prenijeti svoju energiju za zagrijavanje i hladnijim područjima. Ako su tekućine i plinovi ne daje dovoljno brzo otjecanje topline, to dovodi do velikog povećanja temperaturnom gradijentu u vrućem regiji.

Toplinsko zračenje

Odgovarajući na pitanje o vrsti prijenosa topline prati prijenos energije, potrebno je upamtiti ovu metodu. Prijenos zračenja uključuje prijenos energije elektromagnetskim zračenjem. Ova varijanta je promatrana na temperaturi od 4000 K, opisana jednadžbom toplinske vodljivosti. Apsorpcijski koeficijent ovisi o kemijskom sastavu, temperaturi i gustoći određenog plina.

prijenos topline zrak ima određenu granicu, povećanje protoka energije dolazi do rasta temperaturni gradijent, povećavaju koeficijent apsorpcije. Nakon što vrijednost gradijenta temperature prijeđe adiabatski gradijent, konvekcija će se pojaviti.

Što je prijenos topline? Ovo je fizički proces prijenosa energije iz vrućeg objekta na hladni objekt izravnim kontaktom ili kroz pregradu koja razdvaja materijale.

Ako tijela jednog sustava imaju različite temperature, proces prijenosa energije odvija se sve dok se između njih ne uspostavlja termodinamička ravnoteža.

Značajke prijenosa topline

Što je prijenos topline? Koje su značajke ovog fenomena? Ne može se potpuno zaustaviti, možemo li samo smanjiti njezinu brzinu protoka? Je li prijenos topline korišten u prirodi i tehnologiji? To je u pratnji topline i opisuje mnoge prirodne pojave: evolucija planeta i zvijezda, meteoroloških procesa na površini našeg planeta. Na primjer, zajedno s izmjenom mase, proces prijenosa topline omogućuje analizu hlađenja, sušenja i difuzije isparavanja. Odvija se između dva nosača toplinske energije kroz čvrstu stijenu koja djeluje kao sučelje tijela.

Prijelaz topline u prirodu i tehnologiju je način karakterizacije stanja pojedinog tijela, analizom svojstava termodinamičkog sustava.

Fourierov zakon

To se zove zakon provođenja topline, jer se veže na puni kapacitet od gubitka topline, temperaturne razlike s površinom poprečnog presjeka u obliku paralelopipeda, svoje dužine, kao i toplinske vodljivosti. Na primjer, lik za vakuum je gotovo na nulu. Razlog tome jest najmanja koncentracija u vakuumu materijala čestica koje se prenose toplinu. Usprkos tako značajke postoji u vakuumu prijenos energije u varijanti zračenja. Smatramo korištenje prijenosa topline na temelju termos. Zidovi ne dvostruko povećati proces refleksije. Izmedu njih je evakuiran, a smanjenje gubitka topline.

konvekcija

Odgovarajući na pitanje o tome što je prijenos topline, razmotrite postupak prijenosa topline u tekućinama ili plinovima spontanim ili prisilnim miješanjem. U slučaju prisilne konvekcije, kretanje tvari je uzrokovano djelovanjem vanjskih sila: lopatice ventilatora, crpke. Slična se opcija koristi u onim situacijama gdje prirodna konvekcija nije učinkovita.

Prirodni se proces promatra u onim slučajevima kada, tijekom neujednačenog zagrijavanja, niži slojevi materije se zagrijavaju. Njihova se gustoća smanjuje, oni se popne. S druge strane, gornji slojevi su hlađeni, teži, niži. Nadalje, postupak se ponavlja, a miješanjem se u strukturi vrtloga uočava samoorganizacija, redovita rešetka se formira iz konvekcijskih stanica.

Zbog prirodne konvekcije nastaju oblaci, taloženje atmosferskog taloženja, provodi se gibanje tektonskih ploča. To je konvekcijom na suncu koje granulira oblik.

Pravilna upotreba prijenosa topline jamči minimalni gubitak topline, maksimalnu potrošnju.

Bit konvekcije

Da bi objasnili konvekciju, može se koristiti i Arhimedov zakon, a isto tako toplinsko širenje krutina i tekućina. Kako temperatura raste, volumen tekućine se povećava, gustoća se smanjuje. Pod utjecajem Arhimedove snage, upaljač (zagrijan) tekućina teži prema gore, a hladni (gusti) slojevi pada, postupno zagrijavaju.

Ako se tekućina grije odozgo, topla tekućina ostaje u početnom položaju, tako da se konvekcija ne promatra. Na taj način teče tekućina koja prati prijenos energije iz grijanih područja na hladna mjesta. U plinovima se konvekcija pojavljuje sličnim mehanizmom.

Iz termodinamičkog gledišta, konvekcija se smatra varijantom prijenosa topline u kojoj se prijenos unutarnje energije odvija odvojenim tokovima tvari koje se ne zagrijavaju neravnomjerno. Sličan fenomen pojavljuje se u prirodi iu svakodnevnom životu. Na primjer, grijači radijatori postavljeni su na najmanju visinu od poda, u blizini prozorskog pragova.

Bateriju zagrijava hladni zrak, zatim se postepeno podiže, gdje se miješa s hladnim masama zraka koji dolaze s prozora. Konvekcija dovodi do uspostavljanja jedinstvene temperature u sobi.

Među uobičajenim primjerima atmosferske konvekcije jesu vjetrovi: monsuni, povjetarci. Zrak koji se zagrijava na određene dijelove Zemlje hladi nad drugima, zbog čega se njegova cirkulacija javlja, a vlaga i energija se prenose.

Značajke prirodne konvekcije

Nekoliko čimbenika utječe na to odjednom. Na primjer, dnevno kretanje Zemlje, morske struje i površinski reljef utječu na brzinu prirodne konvekcije. To je konvekcija koja je osnova izlaza iz kratera vulkana i cijevi dima, formiranje planina, plutajućih ptica.

U zaključku

Toplinsko zračenje je elektromagnetski proces s kontinuiranim spektrom, koji emitira materija, proizlazi iz unutarnje energije. Za izračunavanje toplinskog zračenja, u fizici se koristi crni model tijela. Termičko zračenje opisano je pomoću Stefan-Boltzmannovog zakona. Snaga zračenja takvog tijela je izravno proporcionalna površini i tjelesnoj temperaturi koja se uzima u četvrtu snagu.

Toplinska provodljivost je moguća u svim tijelima koja imaju neujednačenu temperaturu raspodjele. Bit fenomena sastoji se u promjeni kinetičke energije molekula i atoma, koja određuje temperaturu tijela. U nekim slučajevima, provođenje topline se smatra kvantitativnom sposobnošću određene tvari da provede toplinu.

Procesi izmjene topline nisu ograničeni na zagrijavanje površine Zemlje pomoću sunčevog zračenja.

Ozbiljni konvekcijske struje u zemljinoj atmosferi, karakterizira promjena diljem svijeta vremenskim uvjetima. Kada temperatura padne u atmosferi između polarnih i ekvatorijalnim područjima konvekcijske tokovi nastaju: mlaznih struja, pasati, hladnih i toplih fronti.

Prijenos topline iz jezgre zemlje na površinu uzrokuje vulkanske erupcije, pojavu gejzista. U mnogim regijama geotermalna energija se koristi za proizvodnju električne energije, toplinu stambenih i industrijskih prostora.

Toplina postaje obvezni sudionik mnogih proizvodnih tehnologija. Na primjer, prerada i taljenje metala, proizvodnja hrane, prerada nafte, pogon motora - sve to radi samo u prisutnosti toplinske energije.