Hvad er varmeoverførsel? Varmeoverførsel i natur og teknologi

Lad os tale om, hvilken varmeoverførsel der er. Med dette udtryk forstås processen med energioverførsel i materiel. Det er karakteriseret ved en kompleks mekanisme, der beskrives ved ligningen af ​​varmeledningsevne.

Typer af varmeoverførsel

Hvordan er varmeoverførslen opdelt? Termisk ledningsevne, konvektion, stråling er tre former for energioverførsel, der eksisterer i naturen.

Hver af dem har sine egne karakteristiske egenskaber, funktioner, applikationer inden for teknologi.

Termisk ledningsevne

Ved mængden af ​​varme menes summenkinetisk energi af molekyler. De kan overføre en del af deres varme til kolde partikler i en kollision. Termisk ledningsevne er maksimalt manifesteret i faste stoffer, mindre karakteristiske for væsker, der absolut ikke er karakteristiske for gasformige stoffer.

Som et eksempel, at bekræfte solids evne til at overføre varme fra et sted til et andet, overveje følgende eksperiment.

Hvis ståltråden er fastmetal knapper, så bringe enden af ​​ledningen til den brændende åndelampe, efterhånden begynder knapperne fra det at falde af. Når de opvarmes, begynder molekylerne at bevæge sig hurtigere og kolliderer ofte med hinanden. Det er disse partikler, der giver op energi og varme til koldere områder. Hvis væske og gas ikke giver en tilstrækkelig hurtig varmeudstrømning, fører det til en kraftig stigning i temperaturgraden i det varme område.

Termisk stråling

Besvare spørgsmålet om hvilken form for varmeoverførselledsaget af overførsel af energi, er det nødvendigt at notere denne metode. Stråling overførsel indebærer overførsel af energi ved elektromagnetisk stråling. Denne variant observeres ved en temperatur på 4000 K, der beskrives ved ligningen af ​​termisk ledningsevne. Absorptionskoefficienten afhænger af den kemiske sammensætning, temperatur og densitet af en bestemt gas.

Varmeoverførsel af luft har en vis grænse,Med en stigning i energifluxen øges temperaturgraden, absorptionskoefficienten øges. Når værdien af ​​temperaturgradienten overstiger den adiabatiske gradient, vil konvektion forekomme.

Hvad er varmeoverførsel? Dette er den fysiske proces at overføre energi fra en varm genstand til et koldt objekt ved direkte kontakt eller gennem en skillevæg, der adskiller materialer.

Hvis organerne i et system har forskellige temperaturer, finder processen med energioverførsel sted, indtil termodynamisk ligevægt er etableret mellem dem.

Varmeoverføringsfunktioner

Hvad er varmeoverførsel? Hvad er træk ved dette fænomen? Det kan ikke stoppes helt, kan vi kun reducere strømningshastigheden? Er varmeoverførsel brugt i natur og teknologi? Det er den varmeveksling, der ledsager og karakteriserer mange naturlige fænomener: udviklingen af ​​planeter og stjerner, meteorologiske processer på overfladen af ​​vores planet. For eksempel sammen med masseudveksling tillader processen med varmeoverførsel at analysere fordampningskøling, tørring, diffusion. Det udføres mellem to bærere af termisk energi gennem en fast væg, der virker som grænsefladen af ​​organer.

Varmeoverførsel i naturen og teknologi er en måde at karakterisere tilstanden af ​​en individuel krop på, og analyserer egenskaberne ved et termodynamisk system.

Fourier loven

Det hedder loven om varmeledning, fordiden vedrører den samlede effekt af varmetab, temperaturforskellen med området af parallelepiped, dens længde og også med varmeledningsevneens koefficient. For eksempel er denne indikator for praktisk vakuum nul. Årsagen til dette fænomen er den mindste koncentration af materialepartikler i et vakuum, som kan bære varme. På trods af en lignende funktion er der i et vakuum en variant af energioverførsel ved stråling. Anvendelsen af ​​varmeoverførsel vil blive overvejet på basis af termoer. Væggene af den er lavet dobbelt for at øge refleksionsprocessen. Mellem dem pumpede luften ud og reducerede varmetabet.

konvektion

Besvare spørgsmålet om, hvad der er varmeoverførsel,Lad os overveje processen med varmeoverførsel i væsker eller gasser ved spontan eller tvungen blanding. I tilfælde af tvungen konvektion er stoffets bevægelse forårsaget af ydre kræfter: ventilatorbladene, pumpen. En lignende mulighed anvendes i de situationer, hvor naturlig konvektion ikke er effektiv.

I disse tilfælde observeres en naturlig proces,når opvarmning sker ved ikke-ensartet opvarmning af de lavere lag af materiale. Reducerer deres tæthed, de stiger op. De øverste lag, i modsætning, afkøles, er tunge, sænkes ned. Processen gentages flere gange, og observeret under omrøring i selvorganisering struktur af hvirvler af konvektion celle er dannet af en regelmæssig gitter.

På grund af naturlig konvektion udføres skyer, udfældning af atmosfærisk udfældning, bevægelse af tektoniske plader. Det er ved konvektion på solen, at granulerne dannes.

Korrekt brug af varmeoverførsel garanterer minimalt varmetab, maksimalt forbrug.

Essens af konvektion

For at forklare konvektion kan man bruge lovenArchimedes, såvel som den termiske udvidelse af faste stoffer og væsker. Når temperaturen stiger, stiger væskens volumen, densiteten falder. Under indflydelse af Archimedes 'kraft, tendens en lighter (opvarmet) væske opad, og kolde (tætte) lag falder ned og gradvist opvarmes.

I tilfælde af opvarmning af væsken ovenfra, en varm væskeforbliver i startpositionen, så konvektion observeres ikke. Således flyder væsken, som ledsages af overførsel af energi fra opvarmede områder til kolde steder. I gasser forekommer konvektion med en lignende mekanisme.

Fra termodynamisk synspunkt konvektionbetragtes som en variant af varmeoverførsel, hvor overførsel af intern energi foregår adskilte strømme af stoffer opvarmet ujævnt. Et lignende fænomen forekommer i naturen og i hverdagen. For eksempel installeres varmeapparater i en minimumshøjde fra gulvet, nær vinduesarmen.

Kold luft opvarmes af batterietgradvist stiger, hvor det blandes med kolde luftmasser, som sænkes fra vinduet. Konvektion fører til etablering af en ensartet temperatur i rummet.

Blandt de almindelige eksempler på atmosfæriskekonvektionsvind: monsuner, brise. Den luft, der opvarmes over visse jordens fragmenter, køler over andre, som følge heraf dets cirkulation finder sted, og fugt og energi overføres.

Egenskaber ved naturlig konvektion

Flere faktorer påvirker det på en gang. For eksempel påvirker Jordens daglige bevægelse, havstrømme og overfladeaflastning hastigheden af ​​naturlig konvektion. Det er grundlaget for konvektion af kratere og røgrør dannelse varme, dampende forskellige fugle.

Afslutningsvis

Termisk stråling er elektromagnetiskproces med et kontinuerligt spektrum, som udsendes af materie, stammer fra intern energi. For at udføre beregninger af termisk stråling anvendes en sort kropsmodel i fysik. Termisk stråling er beskrevet ved hjælp af Stefan-Boltzmann loven. Stråleffekten af ​​en sådan krop er direkte proportional med overfladearealet og kropstemperaturen, der tages til den fjerde effekt.

Termisk ledningsevne er mulig i ethvert organ somhar en inhomogen temperaturfordeling. Fænomenets essens består i at ændre den kinetiske energi af molekyler og atomer, som bestemmer kroppens temperatur. I nogle tilfælde betragtes varmeledning som en kvantitativ evne for et bestemt stof til at udføre varme.

Skaleprocesserne ved varmeenergiudveksling er ikke begrænset til opvarmning af jordens overflade ved solstråling.

Alvorlige konvektionsstrømme i Jordens atmosfæreer præget af ændringer på hele planeten af ​​vejrforholdene. Når temperaturen falder i atmosfæren mellem polære og ækvatoriale regioner konvektionsstrømninger opstår: jetstrømme, passatvinde, kolde og varme fronter.

Overførslen af ​​varme fra jordens kerne til overfladenforårsager vulkanudbrud, fremkomsten af ​​gejsere. I mange regioner bruges geotermisk energi til at generere elektricitet til opvarmning af boliger og industrielle lokaler.

Det er den varme, der bliver en obligatorisk deltagermange produktionsteknologier. For eksempel behandling og smeltning af metaller, fødevareproduktion, olieraffinering, motoroperation - alt dette sker kun i nærvær af termisk energi.