Vrste prijenosa topline: koeficijent prijenosa topline

Svako materijalno tijelo ima takve karakteristike kao što je toplina, koja može povećati i smanjivati. Toplina nije materijalna tvar: kao dio unutarnje energije materije, proizlazi iz gibanja i interakcije molekula. Budući da se toplina različitih tvari može razlikovati, događa se proces prijenosa topline iz toplije tvari u tvar s manje topline. Taj se proces naziva prijenos topline. Glavne vrste prijenosa topline i mehanizmi njihovog djelovanja bit će razmotreni u ovom članku.

Određivanje prijenosa topline

Prijelaz topline ili proces prijenosa temperature može se pojaviti i unutar tvari i od jedne tvari do druge. Istodobno intenzitet razmjene topline u velikoj mjeri ovisi o fizikalnim svojstvima tvari, temperaturi tvari (ako nekoliko tvari sudjeluje u izmjeni topline) i zakonima fizike. Prijelaz topline je proces koji uvijek prolazi jednostrano. Glavno načelo razmjene topline je to što najviše grijano tijelo uvijek daje toplinu objektu s nižom temperaturom. Na primjer, kada se glačanje odjeće, vruće glačalo daje toplinu na hlače, a ne obrnuto. Prijelaz topline je fenomen koji ovisi o vremenskom indeksu koji karakterizira nepovratnu propagaciju topline u prostoru.

Mehanizmi prijenosa topline

Mehanizmi toplinske interakcije tvari mogu imati različite oblike. Postoje tri vrste razmjene topline u prirodi:

1. Toplinska vodljivost - mehanizam međumolekularnog prijenosa topline iz jednog dijela tijela u drugi ili drugog objekta. Nekretnina se temelji na temperaturi nehomogenosti u ispitanim tvari.
2. Konvekcija - izmjena topline između tekućina (tekućina, zrak).
3. Izlaganje zračenju je prijenos topline iz grijanih tijela grijanih energijom (izvora) u obliku elektromagnetskih valova konstantnim spektrom.

Detaljnije razmotrite navedene vrste izmjene topline.

Toplinska vodljivost

Najčešće dolazi do toplinske provodljivosti u krutinama. Ako se pod utjecajem nekih čimbenika pojavljuju regije s različitim temperaturama na istoj tvari, toplinska energija iz više zagrijane sekcije će proći na hladnu. U nekim slučajevima, ovaj fenomen se može promatrati čak i vizualno. Na primjer, ako uzmemo metalnu šipku, recimo iglu i zagrijavamo ga, a nakon nekog vremena vidjet ćemo kako se toplinska energija prenosi kroz iglu, stvarajući sjaj u određenom području. Na mjestu gdje je temperatura veća, sjaj je svjetliji, a obrnuto, t je niži, tamniji je. Toplinska provodljivost se također može promatrati između dva tijela (šalicu vrućeg čaja i ruku)

Intenzitet prijenosa protoka topline ovisi o mnogim čimbenicima, od kojih je francuski matematičar omjer Fourier otkrio. Ti faktori uključuju prvi temperaturni gradijent (omjer razlike temperature na krajevima šipke na udaljenosti od jednog kraja do drugog), na površinu presjeka tijela, a toplinska vodljivost (sve tvari se razlikuje, ali najviše promatra u metalima). Najznačajniji koeficijent toplinske provodljivosti opažen je u bakru i aluminiju. Ne čudi da se ta dva metala češće koriste u proizvodnji električnih žica. Prema Fourierovom zakonu, vrijednost protoka topline može se povećati ili smanjiti promjenom jednog od ovih parametara.

Konvekcijske vrste prijenosa topline

Konvekcija, svojstvena uglavnom za plinove i tekućine, ima dvije komponente: intermolekularnu toplinsku vodljivost i gibanje (razmnožavanje) medija. Mehanizam djelovanja konvekcije događa se kako slijedi: kada se povećava temperatura tekućine tvari svoje molekule, počinje aktivnije kretanje i povećava volumen tvari u odsutnosti prostornih ograničenja. Posljedica tog postupka bit će smanjenje gustoće tvari i njegovo kretanje prema gore. Izvanredan primjer konvekcije je kretanje zraka grijanog zrakom od akumulatora do stropa.

Postoje slobodne i prisilne vrste konvektora za izmjenu topline. Prijelaz topline i masovno kretanje u slobodnom tipu nastaje zbog heterogenosti tvari, tj. Vruća tekućina naraste iznad hladnoće, bez utjecaja na vanjske sile (na primjer, grijanje prostora kroz centralno grijanje). Kada prisilnim masovni pokret nastaje pod djelovanjem vanjskih sila poput miješanja čajnu žličicu.

Zagrijavanje topline

Prijelaz topline od zračenja ili zračenja može doći bez kontakta s drugim objektom ili supstancom, pa je i moguće u prostor bez zraka (vakuum). Prijelaz topline od zračenja je u svim tijelima u većoj ili manjoj mjeri inherentan i manifestira se u obliku elektromagnetskih valova kontinuiranim spektrom. Svijetli primjer su sunčeve zrake. Mehanizam djelovanja je sljedeći: tijelo neprekidno emitira određenu količinu topline u okolnom prostoru. Kada ta energija udari drugi predmet ili supstancu, dio se apsorbira, drugi dio prolazi, a treći se odražava u okolišu. Svaki objekt može i zračiti toplinom i apsorbirati, dok tamne supstance mogu apsorbirati više topline nego one svjetlosti.

Kombinirani mehanizmi prijenosa topline

U prirodi, vrste procesa izmjene topline rijetko se susreću odvojeno. Mnogo češće se mogu promatrati zajedno. U termodinamici te kombinacije imaju čak i imena, recimo, toplinska provodljivost + konvekcija je konvektivni prijenos topline, a toplinska vodljivost + toplinsko zračenje naziva se zračenje-vodljivi prijenos topline. Osim toga, postoje takve kombinirane vrste izmjene topline kao što su:

• Prijenos topline - kretanje toplinske energije između plina ili tekućine i čvrste tvari.
• Prijenos topline je prijenos t iz jedne stvari u drugu preko mehaničke prepreke.
• Konvektivno-zračenje izmjene topline oblikuje se kombiniranjem konvekcije i toplinskog zračenja.

Vrste razmjene topline u prirodi (primjeri)

Prijelaz topline u prirodi igra veliku ulogu i nije ograničen na zagrijavanje globusa od sunčanih zraka. Opsežne struje konvekcije, kao što su kretanje zračnih masa, u velikoj mjeri određuju vrijeme na cijelom našem planetu.

Toplinska vodljivost Zemljine jezgre dovodi do pojave gejzirima i erupcije vulkanskih stijena. Ovo je samo mali dio primjeri prijenosa topline na globalnoj razini. Zajedno čine oblike konvektivnog prijenosa topline i zračenja vodljivih oblika prijenosa topline potrebne za održavanje života na našem planetu.

Korištenje izmjene topline u antropološkim aktivnostima

Toplina je važan dio gotovo svih proizvodnih procesa. Teško je reći kakvu vrstu izmjene topline osoba koristi najviše u nacionalnom gospodarstvu. Vjerojatno sva tri u isto vrijeme. Zahvaljujući procesima prijenosa topline, dolazi do taljenja metala, proizvodnje ogromnog broja robe, od svakodnevnih predmeta do svemirskih brodova.

Izrazito važna za civilizaciju su toplinski agregati koji mogu pretvoriti toplinu u korisnu silu. Među njima možemo nazvati benzin, dizel, kompresor, turbinske jedinice. Za svoj rad koriste različite vrste izmjene topline.