Lämpöenergia on termi, jota käytämme kuvaamaan kohteen molekyylien aktiivisuustasoa. Lisääntynyt viritys liittyy tavalla tai toisella lämpötilan nousuun, kun taas kylmissä kohteissa atomit liikkuvat paljon hitaammin.
Esimerkkejä lämmönsiirrosta löytyy kaikki alta - luonnosta, tekniikasta ja arjesta.
Esimerkkejä lämmönsiirrosta
Suurin esimerkki lämmönsiirrosta on aurinko, joka lämmittää maapalloa ja kaikkea sen päällä olevaa. Jokapäiväisessä elämässä voit löytää paljon samanlaisia vaihtoehtoja, vain paljon vähemmän globaalissa mielessä. Joten mitä esimerkkejä lämmönsiirrosta jokapäiväisessä elämässä?
Tässä on joitain niistä:
- Kaasu- tai sähköliesi ja esimerkiksi paistinpannu munien paistamiseen.
- Ajoneuvojen polttoaineet, kuten bensiini, antavat lämpöenergiaa moottorille.
- Mukana tuleva leivänpaahdin muuttaa leivänpalan paahtoleipää. Se liittyy säteileväänpaahtoleivän lämpöenergia, joka imee kosteutta pois leivästä ja tekee siitä rapeaa.
- Kuuma kupillinen höyryävää kaakaota lämmittää käsiä.
- Kaikki liekit tulitikkujen liekeistä massiivisiin metsäpaloihin.
- Kun jäätä laitetaan vesilasiin, vedestä tuleva lämpöenergia sulattaa sen, eli vesi itse on energian lähde.
- Kotisi patteri- tai lämmitysjärjestelmä tarjoaa lämpöä pitkien ja kylmien talvikuukausien aikana.
- Perinteiset uunit ovat kiertoilman lähteitä, jonka seurauksena niihin asetettu ruoka lämpenee ja kypsennysprosessi alkaa.
- Esimerkkejä lämmönsiirrosta voi havaita omassa kehossasi ottamalla jääpalan käteesi.
- Lämpöenergiaa on tasaisesti kissan sisällä, mikä voi lämmittää omistajan polvia.
Lämpö on liikettä
Lämpövirrat ovat jatkuvassa liikkeessä. Tärkeimmät keinot niiden välittämiseen voidaan kutsua sopimukseksi, säteilyksi ja johtumiseksi. Katsotaanpa näitä käsitteitä tarkemmin.
Mitä on johtavuus?
Ehkä monet ovat huomanneet useammin kuin kerran, että samassa huoneessa lattian koskettamisen tunteet voivat olla täysin erilaisia. Matolla on mukavaa ja lämmintä kävellä, mutta paljain jaloin vessaan mentäessä tulee heti tuntuva kylmyys iloiseksi. Ei siellä, missä on lattialämmitys.
Joten miksi laatoitettu pinta jäätyy? Kaikki johtuu siitälämmönjohtokyky. Se on yksi kolmesta lämmönsiirron tyypistä. Aina kun kaksi erilämpöistä kohdetta koskettavat toisiaan, lämpöenergia kulkee niiden välillä. Esimerkkejä lämmönsiirrosta tässä tapauksessa ovat: metallilevystä pitäminen kiinni, jonka toinen pää on asetettu kynttilän liekin päälle, ajan myötä voit tuntea polttavaa ja kipua ja sillä hetkellä, kun kosketat rautaa kiehuvaa vettä sisältävän kattilan kahva, voit polttaa.
Johtavuustekijät
Hyvä tai huono johtavuus riippuu useista tekijöistä:
- Esineiden valmistusmateriaalin tyyppi ja laatu.
- Kahden kosketuksessa olevan kohteen pinta-ala.
- Kahden kohteen välinen lämpötilaero.
- Tuotteiden paksuus ja koko.
Yhtälön muodossa se näyttää tältä: Lämmönsiirtonopeus esineeseen on yhtä suuri kuin materiaalin lämmönjohtavuus, josta esine on tehty, kertaa kosketuspinnan pinta-ala, kertaa lämpötilaero kahden kohteen välillä ja jaettuna materiaalin paksuudella. Se on yksinkertaista.
Esimerkkejä johtavuudesta
Lämmön suoraa siirtymistä kohteesta toiseen kutsutaan johtumiseksi, ja aineita, jotka johtavat hyvin lämpöä, kutsutaan johtimiksi. Jotkut materiaalit ja aineet eivät selviä hyvin tästä tehtävästä, niitä kutsutaan eristeiksi. Näitä ovat puu, muovi, lasikuitu ja jopa ilma. Kuten tiedät, isolaattorit eivät itse asiassa pysäytä virtausta.lämpöä, mutta vain hidasta sitä asteeseen tai toiseen.
Konvektio
Tällaista lämmönsiirtoa, kuten konvektiota, tapahtuu kaikissa nesteissä ja kaasuissa. Tällaisia esimerkkejä lämmönsiirrosta löytyy luonnosta ja arjesta. Kun neste lämpenee, pohjassa olevat molekyylit saavat energiaa ja liikkuvat nopeammin, mikä johtaa tiheyden laskuun. Lämpimät nestemolekyylit alkavat liikkua ylöspäin, kun taas jäähdytysneste (tiheämpi neste) alkaa vajota. Kun viileät molekyylit ovat saavuttaneet pohjan, ne saavat jälleen osuutensa energiasta ja pyrkivät jälleen huipulle. Jakso jatkuu niin kauan kuin pohjassa on lämmönlähde.
Esimerkkejä lämmönsiirrosta luonnossa voidaan antaa näin: erikoisvarustetun polttimen avulla lämmin ilma, joka täyttää ilmapallon tilan, voi nostaa koko rakenteen riittävän korkealle, asia on että lämmin ilma on kevyempää kuin kylmä ilma.
Säteily
Kun istut tulen ääressä, sinua lämmittää siitä tuleva lämpö. Sama tapahtuu, jos tuot kämmenen palavan hehkulampun luo koskematta siihen. Tulet myös lämpimäksi. Suurimmat esimerkit lämmönsiirrosta arjessa ja luonnossa ovat aurinkoenergia. Auringon lämpö kulkee päivittäin 146 miljoonaa kilometriä tyhjää tilaa aina itse Maahan asti. Se on kaikkien planeetallamme nykyisten elämänmuotojen ja järjestelmien liikkeellepaneva voima. Ilman tätä välitystapaa olisimme suurissa vaikeuksissa, ja maailma ei olisi samanlainen kuin me.tunnemme hänet.
Säteily on lämmönsiirtoa sähkömagneettisten a altojen avulla, olivatpa ne sitten radioa altoja, infrapunaa, röntgensäteitä tai jopa näkyvää valoa. Kaikki esineet lähettävät ja imevät säteilyenergiaa, myös ihminen itse, mutta kaikki esineet ja aineet eivät selviä tästä tehtävästä yhtä hyvin. Esimerkkejä arjen lämmönsiirrosta voidaan harkita käyttämällä tavanomaista antennia. Pääsääntöisesti hyvin säteilevä myös imeytyy hyvin. Mitä tulee Maahan, se vastaanottaa energiaa auringosta ja antaa sen sitten takaisin avaruuteen. Tätä säteilyenergiaa kutsutaan maanpäälliseksi säteilyksi, ja se tekee elämästä planeetalla mahdollisen.
Esimerkkejä lämmönsiirrosta luonnossa, arjessa, tekniikassa
Energian, erityisesti lämmön, siirtyminen on kaikkien insinöörien keskeinen tutkimusalue. Säteily tekee maapallosta asumiskelpoisen ja tuottaa uusiutuvaa aurinkoenergiaa. Konvektio on mekaniikan perusta, se vastaa ilmavirrasta rakennuksissa ja ilmanvaihdosta taloissa. Johtavuuden ansiosta voit lämmittää kattilan yksinkertaisesti laittamalla sen tuleen.
Lukuisat esimerkit lämmönsiirrosta tekniikassa ja luonnossa ovat ilmeisiä ja niitä löytyy kaikki alta maailmasta. Lähes kaikilla niillä on tärkeä rooli erityisesti konetekniikan alalla. Esimerkiksi rakennuksen ilmanvaihtojärjestelmää suunniteltaessa insinöörit laskevat lämmönsiirron sitä ympäröivästä rakennuksesta sekä sisäisen lämmönsiirron. Lisäksi he valitsevat materiaalit, jotka minimoivat tai maksimoivat lämmönsiirron.yksittäisten komponenttien avulla tehokkuuden optimoimiseksi.
Haihtuminen
Kun nesteen (kuten veden) atomit tai molekyylit altistuvat suurelle määrälle kaasua, niillä on taipumus joutua spontaanisti kaasumaiseen tilaan tai haihtua. Tämä johtuu siitä, että molekyylit liikkuvat jatkuvasti eri suuntiin satunnaisilla nopeuksilla ja törmäävät toisiinsa. Näiden prosessien aikana osa niistä saa riittävän kineettistä energiaa karkottaakseen itsensä lämmönlähteestä.
Kaikilla molekyyleillä ei kuitenkaan ole aikaa haihtua ja muuttua vesihöyryksi. Kaikki riippuu lämpötilasta. Vesi lasissa siis haihtuu hitaammin kuin liedellä lämmitetyssä pannussa. Veden kiehuminen lisää suuresti molekyylien energiaa, mikä puolestaan nopeuttaa haihtumisprosessia.
Peruskäsitteet
- Johtavuus on lämmön siirtymistä aineen läpi atomien tai molekyylien suorassa kosketuksessa.
- Konvektio on lämmön siirtymistä kaasun (kuten ilman) tai nesteen (kuten veden) kierron kautta.
- Säteily on absorboituneen ja heijastuneen lämmön määrän välinen ero. Tämä ominaisuus riippuu suuresti väristä, mustat esineet imevät enemmän lämpöä kuin kevyet esineet.
- Haihtuminen on prosessi, jossa nestemäisessä tilassa olevat atomit tai molekyylit saavat tarpeeksi energiaa muuttuakseen kaasuksi tai höyryksi.
- Kasvihuonekaasut ovat kaasuja, jotka vangitsevat auringon lämmön maapallon ilmakehään ja tuottavat kasvihuonekaasua. Vaikutus. On olemassa kaksi pääluokkaa - vesihöyry ja hiilidioksidi.
- Uusiutuvat energialähteet ovat rajattomat resurssit, jotka täydentyvät nopeasti ja luonnollisesti. Näitä ovat esimerkiksi seuraavat esimerkit lämmönsiirrosta luonnossa ja tekniikassa: tuulet ja aurinkoenergia.
- Lämmönjohtavuus on nopeus, jolla materiaali siirtää lämpöenergiaa itsensä läpi.
- Lämpötasapaino on tila, jossa kaikki järjestelmän osat ovat samassa lämpötilatilassa.
Käytännön sovellus
Luontoiset esimerkit lämmönsiirrosta luonnossa ja tekniikassa (kuvat yllä) osoittavat, että näitä prosesseja tulee tutkia hyvin ja palvella lopullisesti. Insinöörit soveltavat tietämystään lämmönsiirron periaatteista, tutkivat uusia teknologioita, jotka liittyvät uusiutuvien luonnonvarojen käyttöön ja ovat ympäristöä vähemmän haitallisia. Tärkeintä on ymmärtää, että energiansiirto avaa loputtomasti mahdollisuuksia suunnitteluratkaisuille ja muulle.
