Puhutaanpa siitä, mitä lämmönsiirto on. Tämä termi viittaa energian siirtoprosessiin aineessa. Sille on ominaista monimutkainen mekanismi, jota kuvaa lämpöyhtälö.
Lämmönsiirron lajikkeet
Miten lämmönsiirto luokitellaan? Lämmönjohtavuus, konvektio, säteily ovat kolme luonnossa esiintyvää energiansiirtotapaa.
Jokaisella niistä on omat erityispiirteensä, piirteensä ja sovelluksensa tekniikassa.
Lämmönjohtavuus
Lämmön määrä ymmärretään molekyylien kineettisen energian summana. Kun ne törmäävät, ne pystyvät siirtämään osan lämmöstään kylmille hiukkasille. Lämmönjohtavuus ilmenee maksimaalisesti kiinteissä aineissa, vähemmän tyypillinen nesteille, ei ollenkaan tyypillinen kaasumaisille aineille.
Esimerkkinä, joka vahvistaa kiinteiden aineiden kyvyn siirtää lämpöä alueelta toiselle, harkitse seuraavaa koetta.
Jos kiinnität metallinapit teräslangaan ja tuot sitten langan pään palavaan alkoholilamppuun, painikkeet alkavat vähitellen pudota siitä. Kuumennettaessa molekyylit alkavat liikkua nopeammin, useammintörmäävät toisiinsa. Nämä hiukkaset antavat energiansa ja lämpönsä kylmemmille alueille. Jos nesteet ja kaasut eivät tuota riittävän nopeaa lämmön ulosvirtausta, tämä johtaa lämpötilagradientin voimakkaaseen nousuun kuumalla alueella.
Lämpösäteily
Vastattaessa kysymykseen, minkä tyyppiseen lämmönsiirtoon liittyy energiansiirto, on huomioitava tämä menetelmä. Säteilynsiirto tarkoittaa energian siirtoa sähkömagneettisen säteilyn avulla. Tämä muunnelma havaitaan 4000 K:n lämpötilassa ja sitä kuvaa lämmönjohtavuusyhtälö. Absorptiokerroin riippuu tietyn kaasun kemiallisesta koostumuksesta, lämpötilasta ja tiheydestä.
Ilman lämmönsiirrolla on tietty raja, kun energiavirtaus kasvaa, lämpötilagradientti kasvaa, absorptiokerroin kasvaa. Kun lämpötilagradientin arvo ylittää adiabaattisen gradientin, tapahtuu konvektiota.
Mitä lämmönsiirto on? Tämä on fyysinen prosessi, jossa energiaa siirretään kuumasta esineestä kylmään suoralla kosketuksella tai materiaalit erottavan väliseinän kautta.
Jos saman järjestelmän kappaleilla on erilaiset lämpötilat, energiansiirtoprosessi tapahtuu, kunnes niiden välille syntyy termodynaaminen tasapaino.
Lämmönsiirtoominaisuudet
Mitä lämmönsiirto on? Mitkä ovat tämän ilmiön piirteet? Et voi lopettaa sitä kokonaan, voit vainvähentää sen nopeutta? Käytetäänkö lämmönsiirtoa luonnossa ja tekniikassa? Se on lämmönsiirto, joka seuraa ja luonnehtii monia luonnonilmiöitä: planeettojen ja tähtien kehitystä, meteorologisia prosesseja planeettamme pinnalla. Esimerkiksi yhdessä massanvaihdon kanssa lämmönsiirtoprosessi antaa sinun analysoida haihtuvaa jäähdytystä, kuivausta, diffuusiota. Se suoritetaan kahden lämpöenergian kantajan välillä kiinteän seinän kautta, joka toimii rajapintana kappaleiden välillä.
Lämmönsiirto luonnossa ja teknologiassa on tapa karakterisoida yksittäisen kehon tilaa, analysoida termodynaamisen järjestelmän ominaisuuksia.
Fourier'n laki
Se on nimeltään lämmönjohtavuuden laki, koska se yhdistää lämpöhäviön kokonaistehon, lämpötilaeron suuntaissärmiön poikkileikkauspinta-alaan, sen pituuteen ja myös lämmönjohtavuuskertoimeen. Esimerkiksi tyhjiössä tämä indikaattori on melkein nolla. Syynä tähän ilmiöön on materiaalihiukkasten pienin pitoisuus tyhjiössä, joka voi kuljettaa lämpöä. Tästä ominaisuudesta huolimatta tyhjiössä on olemassa muunnos energiansiirrosta säteilyn avulla. Harkitse lämmönsiirron käyttöä termospullon pohj alta. Sen seinät on tehty kaksinkertaisiksi heijastusprosessin lisäämiseksi. Niiden välistä pumpataan ilmaa, mikä vähentää lämpöhäviötä.
Konvektio
Vastaaksesi kysymykseen, mitä lämmönsiirto on, harkitse lämmönsiirtoprosessia nesteissätai kaasuissa spontaanilla tai pakkosekoituksella. Pakotetun konvektion tapauksessa aineen liike johtuu ulkoisten voimien vaikutuksesta: tuulettimen siivet, pumppu. Samanlaista vaihtoehtoa käytetään tilanteissa, joissa luonnollinen konvektio ei ole tehokas.
Luonnollinen prosessi havaitaan niissä tapauksissa, joissa aineen alemmat kerrokset kuumenevat epätasaisella kuumennuksella. Niiden tiheys laskee, ne nousevat. Yläkerrokset päinvastoin jäähtyvät, painavat ja vajoavat alas. Lisäksi prosessi toistetaan useita kertoja ja sekoituksen aikana havaitaan itseorganisoituminen pyörteiden rakenteeseen, konvektiosoluista muodostuu säännöllinen hila.
Luonnon konvektiosta johtuen pilviä muodostuu, sataa ja tektoniset levyt liikkuvat. Auringon pinnalle muodostuu konvektiosta rakeita.
Lämmönsiirron oikea käyttö takaa minimaalisen lämpöhäviön ja maksimaalisen kulutuksen.
Konvektion ydin
Konvektion selittämiseen voit käyttää Archimedesin lakia sekä kiinteiden aineiden ja nesteiden lämpölaajenemista. Lämpötilan noustessa nesteen tilavuus kasvaa ja tiheys pienenee. Arkhimedes-voiman vaikutuksesta kevyempi (kuumentunut) neste pyrkii ylöspäin, ja kylmät (tiheät) kerrokset putoavat alas ja lämpenevät vähitellen.
Kun nestettä kuumennetaan ylhäältä, lämmin neste jää alkuperäiseen asentoonsa, joten konvektiota ei havaita. Näin sykli toimiinestettä, johon liittyy energian siirto lämpimiltä alueilta kylmiin paikkoihin. Kaasuissa konvektio tapahtuu samanlaisen mekanismin mukaisesti.
Termodynaamisesta näkökulmasta konvektiota pidetään lämmönsiirron muunnelmana, jossa sisäisen energian siirto tapahtuu erillisillä, epätasaisesti kuumennetuilla ainevirroilla. Samanlainen ilmiö esiintyy luonnossa ja jokapäiväisessä elämässä. Esimerkiksi lämmityspatterit asennetaan vähimmäiskorkeudelle lattiasta, ikkunalaudan lähelle.
Akku lämmittää kylmää ilmaa ja nousee sitten vähitellen ylös, missä se sekoittuu ikkunasta laskeutuvien kylmien ilmamassojen kanssa. Konvektio johtaa tasaisen lämpötilan muodostumiseen huoneeseen.
Yleisiä esimerkkejä ilmakehän konvektiosta ovat tuulet: monsuunit, tuulet. Joidenkin maanosien päällä lämpenevä ilma jäähtyy toisten yli, minkä seurauksena se kiertää, kosteutta ja energiaa siirtyy.
Luonnollisen konvektion ominaisuudet
Siihen vaikuttavat useat tekijät kerralla. Esimerkiksi luonnollisen konvektion nopeuteen vaikuttavat Maan päivittäinen liike, merivirrat ja pinnan topografia. Konvektio on perusta tulivuoren kraattereista ja savuputkista poistumiselle, vuorten muodostumiselle ja eri lintujen nousulle.
Lopuksi
Lämpösäteily on jatkuvan spektrin sähkömagneettista prosessia, jota aineen emittoiminen tapahtuu sisäisen energian vuoksi. Suorittaaksesi lämpösäteilyn laskelmia, inFysiikka käyttää blackbody-mallia. Kuvaile lämpösäteilyä Stefan-Boltzmannin lain avulla. Tällaisen kappaleen säteilyteho on suoraan verrannollinen kehon pinta-alaan ja lämpötilaan, otettuna neljänteen potenssiin.
Lämmönjohtavuus on mahdollista kaikissa kappaleissa, joiden lämpötilajakauma on epätasainen. Ilmiön ydin on molekyylien ja atomien liike-energian muutos, joka määrää kehon lämpötilan. Joissakin tapauksissa lämmönjohtavuutta pidetään tietyn aineen kvantitatiivisena kyvynä johtaa lämpöä.
Laajamaiset lämpöenergian vaihtoprosessit eivät rajoitu maan pinnan lämmittämiseen auringon säteilyn vaikutuksesta.
Maan ilmakehän voimakkaille konvektiovirroille on ominaista sääolosuhteiden muutokset koko planeetalla. Ilmakehän lämpötilaerot napa- ja päiväntasaajan välillä synnyttävät konvektiovirtoja: suihkuvirtauksia, pasaatituulia, kylmää ja lämmintä rintamaa.
Lämmön siirtyminen maan ytimestä pintaan aiheuttaa tulivuorenpurkauksia, geysirien ilmaantumista. Maalämpöä käytetään monilla alueilla sähköntuotantoon, asuin- ja teollisuustilojen lämmitykseen.
Lämmöstä tulee pakollinen osallistuja monissa tuotantotekniikoissa. Esimerkiksi metallien jalostus ja sulatus, elintarvikkeiden valmistus, öljynjalostus, moottoreiden käyttö - kaikki tämä tapahtuu vain lämpöenergian läsnä ollessa.
