Hajde da razgovaramo o tome šta je prenos toplote. Ovaj termin se odnosi na proces prijenosa energije u materiji. Karakteriše ga složen mehanizam, opisan toplotnom jednadžbom.
Vrte prijenosa topline
Kako je klasifikovan prenos toplote? Provođenje toplote, konvekcija, zračenje su tri načina prenosa energije koja postoje u prirodi.
Svaka od njih ima svoje karakteristične karakteristike, karakteristike, primjenu u tehnologiji.
Toplotna provodljivost
Količina toplote se shvata kao zbir kinetičke energije molekula. Kada se sudare, oni su u stanju da prenesu deo svoje toplote na hladne čestice. Toplotna provodljivost se maksimalno manifestuje u čvrstim materijama, manje tipična za tečnosti, apsolutno nije tipična za gasovite materije.
Kao primjer koji potvrđuje sposobnost čvrstih tijela da prenesu toplinu s jednog područja na drugo, razmotrite sljedeći eksperiment.
Ako pričvrstite metalne dugmad na čeličnu žicu, a zatim dovedete kraj žice do goruće špiritusne lampe, dugmad će postepeno početi da otpadaju sa nje. Kada se zagreju, molekuli počinju da se kreću većom brzinom, češćesudaraju jedno s drugim. Upravo te čestice daju svoju energiju i toplotu hladnijim krajevima. Ako tečnosti i gasovi ne obezbeđuju dovoljno brz odliv toplote, to dovodi do naglog povećanja temperaturnog gradijenta u toplom regionu.
Toplotno zračenje
Odgovarajući na pitanje koji tip prijenosa topline prati prijenos energije, potrebno je napomenuti upravo ovaj metod. Prijenos zračenja uključuje prijenos energije elektromagnetnim zračenjem. Ova varijanta je uočena na temperaturi od 4000 K i opisana je jednadžbom provođenja toplote. Koeficijent apsorpcije zavisi od hemijskog sastava, temperature, gustine određenog gasa.
Prenos toplote vazduha ima određenu granicu, sa povećanjem protoka energije povećava se temperaturni gradijent, povećava se koeficijent apsorpcije. Nakon što vrijednost gradijenta temperature prijeđe adijabatski gradijent, doći će do konvekcije.
Šta je prijenos topline? Ovo je fizički proces prijenosa energije sa vrućeg predmeta na hladan direktnim kontaktom ili kroz pregradu koja razdvaja materijale.
Ako tijela istog sistema imaju različite temperature, tada dolazi do procesa prijenosa energije dok se između njih ne uspostavi termodinamička ravnoteža.
Funkcije prijenosa topline
Šta je prijenos topline? Koje su karakteristike ovog fenomena? Ne možete to potpuno zaustaviti, možete samosmanjiti njegovu brzinu? Koristi li se prijenos topline u prirodi i tehnologiji? Upravo prijenos topline prati i karakterizira mnoge prirodne pojave: evolucija planeta i zvijezda, meteorološki procesi na površini naše planete. Na primjer, zajedno s izmjenom mase, proces prijenosa topline omogućava vam da analizirate hlađenje isparavanjem, sušenje, difuziju. Izvodi se između dva nosioca toplotne energije kroz čvrsti zid, koji deluje kao interfejs između tela.
Prenos toplote u prirodi i tehnologiji je način karakterizacije stanja pojedinačnog tela, analizirajući svojstva termodinamičkog sistema.
Furierov zakon
Zove se zakon provođenja toplote, jer povezuje ukupnu snagu gubitka toplote, temperaturnu razliku sa površinom poprečnog preseka paralelepipeda, njegovom dužinom, a takođe i sa koeficijentom toplotne provodljivosti. Na primjer, za vakuum, ovaj indikator je gotovo nula. Razlog za ovu pojavu je minimalna koncentracija materijalnih čestica u vakuumu koji može nositi toplinu. Uprkos ovoj osobini, u vakuumu postoji varijanta prenosa energije zračenjem. Razmislite o korištenju prijenosa topline na bazi termosa. Njegovi zidovi su dvostruki kako bi se povećao proces refleksije. Vazduh se ispumpava između njih, uz smanjenje gubitka toplote.
konvekcija
Odgovarajući na pitanje šta je prijenos topline, razmotrite proces prijenosa topline u tekućinamaili u gasovima spontanim ili prisilnim miješanjem. U slučaju prisilne konvekcije, kretanje materije je uzrokovano djelovanjem vanjskih sila: lopatica ventilatora, pumpe. Slična opcija se koristi u situacijama kada prirodna konvekcija nije efikasna.
Prirodni proces se opaža u onim slučajevima kada se, uz neravnomjerno zagrijavanje, zagrijavaju donji slojevi tvari. Gustoća im se smanjuje, dižu se. Gornji slojevi se, naprotiv, hlade, otežavaju i tonu. Nadalje, proces se ponavlja nekoliko puta, a tokom miješanja se uočava samoorganizacija u strukturu vrtloga, formira se pravilna rešetka od konvekcijskih ćelija.
Usled prirodne konvekcije nastaju oblaci, padavine padaju i tektonske ploče se pomeraju. Konvekcijom se formiraju granule na Suncu.
Pravilna upotreba prijenosa topline osigurava minimalne gubitke topline, maksimalnu potrošnju.
Suština konvekcije
Da biste objasnili konvekciju, možete koristiti Arhimedov zakon, kao i termičko širenje čvrstih tela i tečnosti. Kako temperatura raste, volumen tečnosti se povećava, a gustina se smanjuje. Pod uticajem Arhimedove sile, lakša (zagrejana) tečnost teži prema gore, a hladni (gusti) slojevi padaju dole, postepeno se zagrevajući.
Kada se tečnost zagreva odozgo, topla tečnost ostaje u svom prvobitnom položaju, tako da se ne primećuje konvekcija. Ovako funkcionira ciklustečnost, koja je praćena prijenosom energije iz toplih područja u hladna mjesta. U plinovima se konvekcija odvija prema sličnom mehanizmu.
Sa termodinamičke tačke gledišta, konvekcija se smatra varijantom prenosa toplote, u kojoj se prenos unutrašnje energije odvija odvojenim tokovima neravnomerno zagrejanih supstanci. Slična pojava se javlja u prirodi iu svakodnevnom životu. Na primjer, radijatori se postavljaju na minimalnoj visini od poda, blizu prozorske daske.
Hladni vazduh se zagreva baterijom, zatim se postepeno diže, gde se meša sa hladnim vazdušnim masama koje se spuštaju sa prozora. Konvekcija dovodi do uspostavljanja ujednačene temperature u prostoriji.
Među uobičajenim primjerima atmosferske konvekcije su vjetrovi: monsuni, povjetarac. Vazduh koji se zagreva nad nekim delovima Zemlje hladi se nad drugima, usled čega cirkuliše, prenosi se vlaga i energija.
Karakteristike prirodne konvekcije
Na to utiče nekoliko faktora odjednom. Na primjer, na brzinu prirodne konvekcije utječu dnevno kretanje Zemlje, morske struje i topografija površine. Upravo je konvekcija osnova za izlazak iz kratera vulkana i dimnih cijevi, formiranje planina, uzdizanje raznih ptica.
U zaključku
Termičko zračenje je elektromagnetski proces sa kontinuiranim spektrom, koji emituje materija, nastaje zbog unutrašnje energije. Da bi se izvršili proračuni toplotnog zračenja, uFizika koristi model crnog tijela. Opišite toplotno zračenje koristeći Stefan-Boltzmannov zakon. Snaga zračenja takvog tijela je direktno proporcionalna površini i temperaturi tijela, uzeta u četvrti stepen.
Toplotna provodljivost je moguća u svim tijelima koja imaju neujednačenu raspodjelu temperature. Suština fenomena je promjena kinetičke energije molekula i atoma, koja određuje temperaturu tijela. U nekim slučajevima, toplotna provodljivost se smatra kvantitativnom sposobnošću određene supstance da provodi toplotu.
Procesi razmjene toplotne energije velikih razmjera nisu ograničeni na zagrijavanje zemljine površine sunčevim zračenjem.
Jake konvekcijske struje u zemljinoj atmosferi karakteriziraju promjene vremenskih uslova širom planete. Sa temperaturnim razlikama u atmosferi između polarnog i ekvatorijalnog područja, nastaju konvekcijski tokovi: mlazni tokovi, pasati, hladni i topli frontovi.
Prenos toplote iz Zemljinog jezgra na površinu izaziva vulkanske erupcije, pojavu gejzira. U mnogim regijama geotermalna energija se koristi za proizvodnju električne energije, grijanje stambenih i industrijskih prostora.
Toplota postaje obavezni učesnik u mnogim proizvodnim tehnologijama. Na primjer, prerada i topljenje metala, proizvodnja hrane, prerada nafte, rad motora - sve se to izvodi samo uz prisustvo toplinske energije.
