Promluvme si o tom, co je přenos tepla. Tento termín označuje proces přenosu energie ve hmotě. Vyznačuje se složitým mechanismem popsaným rovnicí tepla.
Růdy přenosu tepla
Jak se klasifikuje přenos tepla? Vedení tepla, konvekce a záření jsou tři způsoby přenosu energie, které v přírodě existují.
Každý z nich má své vlastní charakteristické vlastnosti, vlastnosti, aplikace v technologii.
Tepelná vodivost
Množství tepla je chápáno jako součet kinetické energie molekul. Když se srazí, jsou schopny předat část svého tepla studeným částicím. Tepelná vodivost se maximálně projevuje v pevných látkách, méně typická pro kapaliny, absolutně netypická pro plynné látky.
Jako příklad, který potvrzuje schopnost pevných látek přenášet teplo z jedné oblasti do druhé, zvažte následující experiment.
Připevníte-li kovové knoflíky na ocelové lanko, pak konec drátu přivedete k hořící lihové lampě, postupně z ní začnou knoflíky odpadávat. Při zahřátí se molekuly začnou pohybovat rychleji, častějisrazit se navzájem. Právě tyto částice dodávají svou energii a teplo chladnějším oblastem. Pokud kapaliny a plyny neposkytují dostatečně rychlý odtok tepla, vede to k prudkému nárůstu teplotního gradientu v horké oblasti.
Tepelné záření
Při odpovědi na otázku, jaký typ přenosu tepla je doprovázen přenosem energie, je nutné poznamenat právě tento způsob. Přenos zářením zahrnuje přenos energie elektromagnetickým zářením. Tato varianta je pozorována při teplotě 4000 K a je popsána rovnicí vedení tepla. Absorpční koeficient závisí na chemickém složení, teplotě, hustotě určitého plynu.
Přenos tepla vzduchu má určitou hranici, s nárůstem toku energie se zvyšuje teplotní gradient, zvyšuje se koeficient absorpce. Poté, co hodnota teplotního gradientu překročí adiabatický gradient, dojde ke konvekci.
Co je přenos tepla? Toto je fyzikální proces přenosu energie z horkého předmětu na studený přímým kontaktem nebo přes přepážku, která odděluje materiály.
Pokud mají tělesa stejného systému různé teploty, dochází k procesu přenosu energie, dokud se mezi nimi neustaví termodynamická rovnováha.
Funkce přenosu tepla
Co je přenos tepla? Jaké jsou rysy tohoto fenoménu? Nemůžete to úplně zastavit, můžete jensnížit jeho rychlost? Využívá se přenos tepla v přírodě a technice? Právě přenos tepla doprovází a charakterizuje mnohé přírodní jevy: vývoj planet a hvězd, meteorologické procesy na povrchu naší planety. Například spolu s výměnou hmoty vám proces přenosu tepla umožňuje analyzovat odpařovací chlazení, sušení, difúzi. Provádí se mezi dvěma nositeli tepelné energie přes pevnou stěnu, která funguje jako rozhraní mezi tělesy.
Přenos tepla v přírodě a technologii je způsob, jak charakterizovat stav individuálního těla, analyzovat vlastnosti termodynamického systému.
Fourierův zákon
Nazývá se zákon vedení tepla, protože spojuje celkový výkon tepelných ztrát, teplotní rozdíl s plochou průřezu kvádru, jeho délkou a také s koeficientem tepelné vodivosti. Například pro vakuum je tento indikátor téměř nulový. Důvodem tohoto jevu je minimální koncentrace hmotných částic ve vakuu, které mohou přenášet teplo. I přes tuto vlastnost existuje ve vakuu varianta přenosu energie zářením. Zvažte použití přenosu tepla na základě termosky. Jeho stěny jsou dvojité, aby se zvýšil proces odrazu. Vzduch se mezi nimi odčerpává a zároveň snižuje tepelné ztráty.
Konvekce
Při odpovědi na otázku, co je to přenos tepla, zvažte proces přenosu tepla v kapalináchnebo v plynech spontánním nebo nuceným mísením. V případě nucené konvekce je pohyb hmoty způsoben působením vnějších sil: lopatky ventilátoru, čerpadlo. Podobná možnost se používá v situacích, kdy přirozená konvekce není účinná.
Přirozený proces je pozorován v těch případech, kdy při nerovnoměrném zahřívání dochází k zahřívání spodních vrstev látky. Jejich hustota klesá, stoupají. Horní vrstvy naopak ochlazují, těžknou a klesají. Dále se proces několikrát opakuje a při míchání je pozorována samoorganizace do struktury vírů, z konvekčních buněk se vytváří pravidelná mřížka.
Vlivem přirozené konvekce se tvoří mraky, padají srážky a pohybují se tektonické desky. Právě konvekcí se na Slunci tvoří granule.
Správné využití přenosu tepla zajišťuje minimální tepelné ztráty, maximální spotřebu.
Podstata konvekce
K vysvětlení konvekce můžete použít Archimedův zákon a také tepelnou roztažnost pevných látek a kapalin. Se stoupající teplotou se objem kapaliny zvětšuje a hustota klesá. Pod vlivem Archimedovy síly má lehčí (zahřátá) kapalina tendenci stoupat a studené (husté) vrstvy padají dolů a postupně se ohřívají.
Když je kapalina zahřívána shora, teplá kapalina zůstává ve své původní poloze, takže není pozorována žádná konvekce. Takto funguje cyklustekutiny, což je doprovázeno přenosem energie z teplých oblastí do chladných míst. V plynech probíhá konvekce podle podobného mechanismu.
Z termodynamického hlediska je konvekce považována za variantu přenosu tepla, při které k přenosu vnitřní energie dochází samostatnými toky nerovnoměrně ohřívaných látek. Podobný jev se vyskytuje v přírodě i v každodenním životě. Například radiátory topení jsou instalovány v minimální výšce od podlahy, blízko parapetu.
Studený vzduch se ohřívá pomocí baterie, pak postupně stoupá nahoru, kde se mísí se studenými vzduchovými masami sestupujícími z okna. Konvekce vede k nastolení jednotné teploty v místnosti.
Mezi běžné příklady atmosférické konvekce patří větry: monzuny, vánek. Vzduch, který se ohřívá nad některými částmi Země, se nad jinými ochlazuje, v důsledku čehož cirkuluje, přenáší se vlhkost a energie.
Vlastnosti přirozené konvekce
Ovlivňuje ho několik faktorů najednou. Například rychlost přirozené konvekce je ovlivněna každodenním pohybem Země, mořskými proudy a povrchovou topografií. Je to konvekce, která je základem pro výstup z kráterů sopky a kouřových trubek, vytváření hor, stoupání různých ptáků.
Na závěr
Tepelné záření je elektromagnetický proces se spojitým spektrem, který je vyzařován hmotou, vzniká díky vnitřní energii. Aby bylo možné provést výpočty tepelného záření, vFyzika používá model černého tělesa. Popište tepelné záření pomocí Stefanova-Boltzmannova zákona. Síla záření takového tělesa je přímo úměrná ploše povrchu a teplotě tělesa, přepočteno na čtvrtou mocninu.
Tepelná vodivost je možná v jakýchkoli tělesech, která mají nerovnoměrné rozložení teploty. Podstatou jevu je změna kinetické energie molekul a atomů, která určuje teplotu tělesa. V některých případech je tepelná vodivost považována za kvantitativní schopnost určité látky vést teplo.
Rozsáhlé procesy výměny tepelné energie se neomezují pouze na ohřev zemského povrchu slunečním zářením.
Silné konvekční proudy v zemské atmosféře jsou charakterizovány změnami povětrnostních podmínek na celé planetě. S teplotními rozdíly v atmosféře mezi polárními a rovníkovými oblastmi vznikají konvekční toky: tryskové proudy, pasáty, studená a teplá fronta.
Přenos tepla ze zemského jádra na povrch způsobuje sopečné erupce, výskyt gejzírů. V mnoha regionech se geotermální energie používá k výrobě elektřiny, vytápění obytných a průmyslových prostor.
Právě teplo se stává povinným účastníkem mnoha výrobních technologií. Například zpracování a tavení kovů, výroba potravin, rafinace ropy, provoz motorů - to vše se provádí pouze za přítomnosti tepelné energie.
