Toplotna energija je termin koji koristimo da opišemo nivo aktivnosti molekula u objektu. Povećana ekscitacija je, na ovaj ili onaj način, povezana s povećanjem temperature, dok se u hladnim objektima atomi kreću mnogo sporije.
Primjeri prijenosa topline mogu se naći svuda - u prirodi, tehnologiji i svakodnevnom životu.
Primjeri prijenosa topline
Najveći primjer prijenosa topline je sunce, koje zagrijava planetu Zemlju i sve na njoj. U svakodnevnom životu možete pronaći mnogo sličnih opcija, samo u mnogo manje globalnom smislu. Dakle, koji su neki primjeri prijenosa topline u svakodnevnom životu?
Evo nekih od njih:
- Plinski ili električni šporet i, na primjer, tiganj za prženje jaja.
- Automobilska goriva kao što je benzin daju toplotnu energiju motoru.
- Uključeni toster pretvara komad hljeba u tost. Povezuje se sa zračenjemtoplinska energija tosta, koja izvlači vlagu iz kruha i čini ga hrskavim.
- Vruća šolja kakaa koji se diže grije ruke.
- Bilo koji plamen, od plamena šibica do velikih šumskih požara.
- Kada se led stavi u čašu vode, toplotna energija iz vode ga topi, odnosno sama voda je izvor energije.
- Radijator ili sistem grijanja u vašem domu pružaju toplinu tokom dugih, hladnih zimskih mjeseci.
- Konvencionalne rerne su izvori konvekcije, usled čega se hrana stavljena u njih zagreva i počinje proces kuvanja.
- Primeri prenosa toplote se mogu posmatrati u sopstvenom telu, uzimajući komad leda u ruku.
- Toplotna energija je čak i unutar mačke, koja može zagrijati koljena vlasnika.
Toplota je kretanje
Tokovi toplote su u stalnom kretanju. Glavni načini njihovog prijenosa mogu se nazvati konvencijom, zračenjem i provođenjem. Pogledajmo ove koncepte detaljnije.
Šta je provodljivost?
Možda su mnogi više puta primijetili da u istoj prostoriji senzacije od dodirivanja poda mogu biti potpuno različite. Lepo je i toplo hodati po tepihu, ali ako u kupatilo uđete bosi, primetna hladnoća odmah daje osećaj vedrine. Ne tamo gdje postoji podno grijanje.
Pa zašto se popločana površina smrzava? Sve je zatotoplotna provodljivost. To je jedna od tri vrste prenosa toplote. Kad god su dva objekta različite temperature u kontaktu jedan s drugim, toplinska energija će proći između njih. Primjeri prijenosa topline u ovom slučaju uključuju sljedeće: držanje za metalnu ploču, čiji je drugi kraj postavljen iznad plamena svijeće, tokom vremena možete osjetiti peckanje i bol, a u trenutku kada dodirnete željezo drška lonca ključale vode, možete se opeći.
Faktori provodljivosti
Dobra ili loša provodljivost zavisi od nekoliko faktora:
- Vrsta i kvalitet materijala od kojeg su predmeti napravljeni.
- Površina dva objekta u kontaktu.
- Razlika u temperaturi između dva objekta.
- Debljina i veličina predmeta.
U obliku jednačine, to izgleda ovako: Brzina prijenosa topline na objekt jednaka je toplotnoj provodljivosti materijala od kojeg je predmet napravljen, puta površina na kontaktu, puta temperaturne razlike između dva objekta, i podijeljeno debljinom materijala. Jednostavno je.
Primjeri provodljivosti
Direktan prenos toplote sa jednog objekta na drugi naziva se provodljivost, a supstance koje dobro provode toplotu nazivaju se provodnici. Neki materijali i tvari se ne nose dobro s ovim zadatkom, nazivaju se izolatorima. To uključuje drvo, plastiku, stakloplastike, pa čak i zrak. Kao što znate, izolatori zapravo ne zaustavljaju protok.toplote, ali jednostavno je usporite na ovaj ili onaj stepen.
konvekcija
Ova vrsta prenosa toplote, poput konvekcije, se dešava u svim tečnostima i gasovima. Takve primjere prijenosa topline možete pronaći u prirodi i svakodnevnom životu. Kako se tekućina zagrijava, molekuli na dnu dobivaju energiju i kreću se brže, što rezultira smanjenjem gustoće. Molekuli tople tečnosti počinju da se kreću prema gore dok rashladna tečnost (gustija tečnost) počinje da tone. Nakon što hladni molekuli stignu do dna, oni ponovo primaju svoj dio energije i opet teže ka vrhu. Ciklus se nastavlja sve dok postoji izvor toplote na dnu.
Primjeri prijenosa topline u prirodi mogu se navesti na sljedeći način: uz pomoć posebno opremljenog gorionika, topli zrak, ispunjavajući prostor balona, može podići cijelu konstrukciju na dovoljno visoku visinu, stvar je da je topli vazduh lakši od hladnog vazduha.
Zračenje
Kada sjedite ispred vatre, grije vas toplina koja iz nje izbija. Ista stvar se dešava ako prinesete dlan upaljenoj sijalici, a da je ne dodirnete. Takođe ćete se osećati toplo. Najveće primjere prijenosa topline u svakodnevnom životu i prirodi vodi sunčeva energija. Svakog dana sunčeva toplota prođe kroz 146 miliona km praznog prostora sve do same Zemlje. To je pokretačka snaga svih oblika i sistema života koji danas postoje na našoj planeti. Bez ovog načina prenošenja bili bismo u velikoj nevolji, a svijet ne bi bio isti kao mi.znamo ga.
Zračenje je prenos toplote pomoću elektromagnetnih talasa, bilo radio talasa, infracrvenih, rendgenskih zraka ili čak vidljive svetlosti. Svi predmeti emituju i upijaju energiju zračenja, uključujući i samu osobu, ali se svi predmeti i tvari ne nose jednako dobro s ovim zadatkom. Primjeri prijenosa topline u svakodnevnom životu mogu se uzeti u obzir korištenjem konvencionalne antene. Po pravilu, ono što dobro zrači dobro je i upija. Što se tiče Zemlje, ona prima energiju od Sunca, a zatim je vraća u svemir. Ova energija zračenja se zove zemaljsko zračenje, i ono je ono što čini život na planeti mogućim.
Primjeri prijenosa topline u prirodi, svakodnevnom životu, tehnologiji
Prenos energije, posebno toplotne, je osnovna oblast proučavanja svih inženjera. Radijacija čini Zemlju nastanjivom i obezbjeđuje obnovljivu sunčevu energiju. Konvekcija je osnova mehanike, odgovorna je za strujanje zraka u zgradama i razmjenu zraka u kućama. Provodljivost vam omogućava da zagrijete lonac jednostavnim stavljanjem na vatru.
Brojni primjeri prijenosa topline u tehnologiji i prirodi su očigledni i nalaze se širom svijeta. Gotovo svi oni imaju važnu ulogu, posebno u oblasti mašinstva. Na primjer, prilikom projektovanja ventilacionog sistema zgrade, inženjeri izračunavaju prenos toplote iz zgrade oko nje, kao i unutrašnji prenos toplote. Osim toga, odabiru materijale koji minimiziraju ili maksimiziraju prijenos topline.kroz pojedinačne komponente za optimizaciju efikasnosti.
Evaporacija
Kada su atomi ili molekuli tečnosti (kao što je voda) izloženi značajnoj zapremini gasa, oni imaju tendenciju da spontano uđu u gasovito stanje ili da ispare. To je zato što se molekuli neprestano kreću u različitim smjerovima nasumičnim brzinama i sudaraju se jedni s drugima. Tokom ovih procesa, neki od njih primaju kinetičku energiju dovoljnu da se odbiju od izvora toplote.
Međutim, nemaju svi molekuli vremena da ispare i postanu vodena para. Sve zavisi od temperature. Dakle, voda u čaši će sporije ispariti nego u tiganju zagrijanoj na šporetu. Kipuća voda uvelike povećava energiju molekula, što zauzvrat ubrzava proces isparavanja.
Osnovni koncepti
- Konduktivnost je prijenos topline kroz supstancu direktnim kontaktom atoma ili molekula.
- Konvekcija je prenos toplote kroz cirkulaciju gasa (kao što je vazduh) ili tečnosti (kao što je voda).
- Zračenje je razlika između količine apsorbirane i reflektirane topline. Ova sposobnost u velikoj meri zavisi od boje, crni objekti apsorbuju više toplote od svetlih objekata.
- Evaporacija je proces kojim atomi ili molekuli u tečnom stanju dobijaju dovoljno energije da postanu gas ili para.
- Gasovi staklene bašte su gasovi koji zadržavaju sunčevu toplotu u Zemljinoj atmosferi, proizvodeći gas staklene bašte. Efekat. Postoje dvije glavne kategorije - vodena para i ugljični dioksid.
- Obnovljivi izvori energije su neograničeni resursi koji se brzo i prirodno obnavljaju. Ovo uključuje sljedeće primjere prijenosa topline u prirodi i tehnologiji: vjetrovi i sunčeva energija.
- Toplotna provodljivost je brzina kojom materijal prenosi toplotnu energiju kroz sebe.
- Termička ravnoteža je stanje u kojem su svi dijelovi sistema u istom temperaturnom režimu.
Praktična primjena
Brojni primjeri prijenosa topline u prirodi i tehnologiji (slike iznad) ukazuju na to da ove procese treba dobro proučiti i služiti im zauvek. Inženjeri primjenjuju svoja znanja o principima prijenosa topline, istražuju nove tehnologije koje su povezane s korištenjem obnovljivih izvora i manje su destruktivne za okoliš. Ključ je u razumijevanju da prijenos energije otvara beskrajne mogućnosti za inženjerska rješenja i više.
