Нека поговорим за това какво е топлопреминаване. Този термин се отнася до процеса на пренос на енергия в материята. Характеризира се със сложен механизъм, описан от уравнението за топлина.
Разновидности на топлопренасяне
Как се класифицира преносът на топлина? Топлопроводимост, конвекция, излъчване са трите начина на пренос на енергия, които съществуват в природата.
Всеки от тях има свои отличителни характеристики, характеристики, приложения в технологиите.
Топлопроводимост
Количеството топлина се разбира като сума от кинетичната енергия на молекулите. Когато се сблъскат, те са в състояние да прехвърлят част от топлината си на студени частици. Топлопроводимостта се проявява максимално в твърди вещества, по-малко типична за течности, абсолютно нетипична за газообразни вещества.
Като пример, който потвърждава способността на твърдите вещества да пренасят топлина от една област в друга, разгледайте следния експеримент.
Ако фиксирате метални копчета върху стоманена тел, след това донесете края на телта до горяща спиртна лампа, постепенно бутоните ще започнат да падат от нея. Когато се нагряват, молекулите започват да се движат с по-бърза скорост, по-честосе сблъскват един с друг. Именно тези частици дават своята енергия и топлина на по-студените региони. Ако течностите и газовете не осигуряват достатъчно бързо изтичане на топлина, това води до рязко увеличаване на температурния градиент в горещия регион.
Топлинно излъчване
Отговаряйки на въпроса какъв вид топлопренос е придружен от пренос на енергия, е необходимо да се отбележи този конкретен метод. Преносът на излъчване включва пренос на енергия чрез електромагнитно излъчване. Този вариант се наблюдава при температура от 4000 К и се описва с уравнението за топлопроводимост. Коефициентът на абсорбция зависи от химичния състав, температурата, плътността на определен газ.
Топлопреносът на въздуха има определена граница, с увеличаване на енергийния поток, температурният градиент се увеличава, коефициентът на абсорбция се увеличава. След като стойността на температурния градиент надвиши адиабатния градиент, ще настъпи конвекция.
Какво е топлопренос? Това е физическият процес на прехвърляне на енергия от горещ обект към студен чрез директен контакт или чрез преграда, която разделя материалите.
Ако телата на една и съща система имат различни температури, тогава процесът на пренос на енергия протича, докато се установи термодинамично равновесие между тях.
Функции за пренос на топлина
Какво е топлопренос? Какви са особеностите на това явление? Не можете да го спрете напълно, можете самонамали скоростта му? Използва ли се пренос на топлина в природата и технологиите? Именно топлообменът придружава и характеризира много природни явления: еволюцията на планетите и звездите, метеорологичните процеси на повърхността на нашата планета. Например, заедно с масообмена, процесът на пренос на топлина ви позволява да анализирате изпарителното охлаждане, сушене, дифузия. Осъществява се между два носителя на топлинна енергия през твърда стена, която действа като интерфейс между телата.
Преносът на топлина в природата и технологиите е начин за характеризиране на състоянието на отделно тяло, анализиране на свойствата на термодинамична система.
Закон на Фурие
Нарича се закон за топлопроводимост, тъй като свързва общата мощност на топлинните загуби, температурната разлика с площта на напречното сечение на паралелепипеда, неговата дължина, а също и с коефициента на топлопроводимост. Например, за вакуум този индикатор е почти нула. Причината за това явление е минималната концентрация на материални частици във вакуум, който може да пренася топлина. Въпреки тази особеност, във вакуума има вариант на пренос на енергия чрез радиация. Помислете за използването на топлопреминаване на базата на термос. Стените му са направени двойни, за да се увеличи процеса на отражение. Въздухът се изпомпва между тях, като същевременно се намаляват топлинните загуби.
Конвекция
Отговаряйки на въпроса какво е топлопреминаване, помислете за процеса на пренос на топлина в течностиили в газове чрез спонтанно или принудително смесване. В случай на принудителна конвекция движението на материята се причинява от действието на външни сили: лопатки на вентилатора, помпа. Подобен вариант се използва в ситуации, когато естествената конвекция не е ефективна.
Естествен процес се наблюдава в случаите, когато при неравномерно нагряване долните слоеве на веществото се нагряват. Плътността им намалява, те се издигат. Горните слоеве, напротив, се охлаждат, стават по-тежки и потъват. Освен това процесът се повтаря няколко пъти и по време на смесването се наблюдава самоорганизация в структурата на вихри, образува се правилна решетка от конвекционните клетки.
Поради естествената конвекция се образуват облаци, валежите падат и тектонските плочи се движат. Именно чрез конвекция се образуват гранули на Слънцето.
Правилното използване на топлопреноса гарантира минимални топлинни загуби, максимална консумация.
Същността на конвекцията
За да обясните конвекцията, можете да използвате закона на Архимед, както и термичното разширение на твърди тела и течности. С повишаване на температурата обемът на течността се увеличава и плътността намалява. Под въздействието на силата на Архимед по-леката (нагрята) течност се насочва нагоре, а студените (плътни) слоеве падат надолу, като постепенно се затоплят.
Когато течността се нагрява отгоре, топлата течност остава в първоначалното си положение, така че не се наблюдава конвекция. Ето как работи цикълъттечност, която е придружена от пренос на енергия от топли райони към студени места. В газовете конвекцията протича по подобен механизъм.
От термодинамична гледна точка, конвекцията се разглежда като вариант на пренос на топлина, при който преносът на вътрешна енергия се осъществява от отделни потоци от вещества, нагрявани неравномерно. Подобно явление се среща в природата и в ежедневието. Например радиаторите за отопление се монтират на минимална височина от пода, близо до перваза на прозореца.
Студеният въздух се затопля от батерията, след което постепенно се издига нагоре, където се смесва със студените въздушни маси, спускащи се от прозореца. Конвекцията води до установяване на равномерна температура в помещението.
Сред често срещаните примери за атмосферна конвекция са ветровете: мусони, бриз. Въздухът, който се нагрява над някои фрагменти от Земята, се охлажда над други, в резултат на което циркулира, пренасят се влага и енергия.
Характеристики на естествената конвекция
Влияе се от няколко фактора едновременно. Например скоростта на естествената конвекция се влияе от ежедневното движение на Земята, морските течения и топографията на повърхността. Именно конвекцията е основата за излизане от кратери на вулкани и димни тръби, образуване на планини, извисяване на различни птици.
В заключение
Термичното излъчване е електромагнитен процес с непрекъснат спектър, който се излъчва от материята, възниква поради вътрешна енергия. За да се извършат изчисления на топлинното излъчване, вФизиката използва модела на черното тяло. Опишете топлинното излъчване, като използвате закона на Стефан-Болцман. Силата на излъчване на такова тяло е право пропорционална на повърхността и температурата на тялото, взети в четвърта степен.
Топлопроводимостта е възможна във всички тела, които имат неравномерно разпределение на температурата. Същността на явлението е промяната в кинетичната енергия на молекулите и атомите, която определя температурата на тялото. В някои случаи топлопроводимостта се счита за количествената способност на определено вещество да провежда топлина.
Мащабните процеси на обмен на топлинна енергия не се ограничават до нагряване на земната повърхност от слънчева радиация.
Тежките конвекционни течения в земната атмосфера се характеризират с промени в метеорологичните условия по цялата планета. При температурни разлики в атмосферата между полярните и екваториалните райони възникват конвекционни потоци: струйни потоци, пасати, студени и топли фронтове.
Пренасянето на топлина от земното ядро към повърхността причинява вулканични изригвания, появата на гейзери. В много региони геотермалната енергия се използва за генериране на електроенергия, топлина в жилищни и промишлени помещения.
Топлотата става задължителен участник в много производствени технологии. Например, обработката и топенето на метали, производството на храни, рафинирането на петрол, работата на двигателите - всичко това се извършва само при наличието на топлинна енергия.
