Co je přenos tepla? Přenos tepla v přírodě a technologii

Promluvme si o tom, jaký přenos tepla je. Tímto termínem rozumíme proces přenosu energie v hmotě. Je charakterizován komplexním mechanismem, který je popsán rovnicí tepelné vodivosti.

Typy přenosu tepla

Jak se rozděluje přenos tepla? Tepelná vodivost, konvekce, záření jsou tři způsoby přenosu energie, které existují v přírodě.

Každá z nich má své vlastní charakteristické rysy, vlastnosti, aplikace v technologii.

Tepelná vodivost

Množstvím tepla se rozumí součet kinetické energie molekul. Mohou přenášet část svého tepla na studené částice při srážce. Tepelná vodivost se maximálně projevuje v tuhých látkách, méně charakteristických pro kapaliny, což absolutně není charakteristické pro plynné látky.

Jako příklad, potvrzující schopnost pevných látek přenášet teplo z jednoho místa do druhého, zvažte následující experiment.

Pokud je kovový drát upevněn kovovými knoflíky, pak přitiskněte konec drátu k hořícímu nástěnnému lampičce, postupně začnou klesat tlačítka. Po zahřátí se molekuly začnou pohybovat rychleji, často se vzájemně srážejí. Tyto částice se vzdávají své energie a tepla chladnějším oblastem. Pokud kapalina a plyn neposkytují dostatečně rychlý odtok tepla, vede to k prudkému zvýšení teplotního gradientu v horké oblasti.

Tepelné záření

Odpověď na otázku, jaký typ přenosu tepla je doprovázen přenosem energie, je nutné tuto metodu poznamenat. Radiační přenos zahrnuje přenos energie elektromagnetickým zářením. Tato varianta je pozorována při teplotě 4000 K, popsané rovnicí tepelné vodivosti. Absorpční koeficient závisí na chemickém složení, teplotě a hustotě určitého plynu.

Přenos tepla vzduchu má určitý limit, protože se zvyšuje tok energie, zvyšuje se teplotní gradient, zvyšuje se koeficient absorpce. Jakmile hodnota teplotního gradientu překročí adiabatický gradient, dojde k konvekce.

Co je přenos tepla? To je fyzický proces přenášení energie z horkého předmětu na studený předmět přímým kontaktem nebo přes přepážku, která odděluje materiály.

Pokud mají tělesa jednoho systému rozdílné teploty, proces přenosu energie probíhá, dokud se mezi nimi nestane termodynamická rovnováha.

Funkce přenosu tepla

Co je přenos tepla? Jaké jsou vlastnosti tohoto jevu? Nemůže to být úplně zastaveno, můžeme jen snížit jeho průtok? Je přenos tepla používán v přírodě a technologii? Je to výměna tepla, která doprovází a charakterizuje mnoho přírodních jevů: vývoj planet a hvězd, meteorologické procesy na povrchu naší planety. Například spolu s výměnou tepla proces přenosu tepla umožňuje analyzovat odpařování chlazení, sušení, difúzi. Provádí se mezi dvěma nosiči tepelné energie přes pevnou stěnu, která působí jako rozhraní těles.

Přenos tepla v přírodě a technologii je způsob, jak charakterizovat stav jednotlivých těles, analyzovat vlastnosti termodynamického systému.

Fourierův zákon

Nazývá se zákon o vedení tepla, protože se vztahuje k celkové síle tepelných ztrát, teplotnímu rozdílu s plochou rovnoběžnosti, délce a také koeficientu tepelné vodivosti. Například pro vákuum je tento indikátor prakticky nulový. Důvodem tohoto jevu je minimální koncentrace hmotných částic ve vakuu, které mohou přenášet teplo. Navzdory podobnému rysu je ve vakuu varianta přenosu energie zářením. Použití přenosu tepla bude zvažováno na základě thermos. Stěny jsou dvojité, aby se zvýšil proces odrazu. Mezi nimi vyčerpával vzduch a současně snížil tepelné ztráty.

Konvekce

Při zodpovězení otázky týkající se přenosu tepla zvážit proces přenosu tepla v kapalinách nebo plynech spontánním nebo nuceným mísením. V případě nucené konvekce je pohyb látky způsoben působením vnějších sil: lopatky ventilátoru, čerpadlo. Podobná možnost se používá v situacích, kdy přirozená konvekce není účinná.

Přírodní proces je pozorován v těch případech, kdy se během nerovnoměrného ohřevu zahřívají spodní vrstvy hmoty. Jejich hustota klesá, jdou nahoru. Horní vrstvy jsou na druhé straně ochlazeny, těžší, nižší dolů. Dále se proces opakuje a při míchání se v struktuře vírů pozoruje samoorganizace, z konvekčních buněk se vytváří pravidelná mřížka.

Kvůli přirozenému proudění se vytváří mraky, srážení atmosférických srážek, pohyb tektonických desek. Konvekce slunce vytváří granule.

Správné využití přenosu tepla zaručuje minimální tepelné ztráty, maximální spotřebu.

Esence konvekce

Pro vysvětlení konvekce lze použít Archimedův zákon a také tepelná roztažnost pevných látek a kapalin. Jak teplota stoupá, objem kapaliny se zvyšuje, hustota klesá. Pod vlivem síly Archimedes je světlejší (zahřátá) kapalina směřující vzhůru a chladné (husté) vrstvy spadnou a postupně se zahřívají.

Pokud se kapalina ohřeje shora, teplá kapalina zůstává v počáteční poloze, takže není pozorována konvekce. Takto proudí tekutina, což je doprovázeno přenosem energie z vytápěných oblastí do chladných míst. V plynech dochází ke konvekci podobným mechanismem.

Z termodynamického hlediska je konvekce považována za variant přenosu tepla, při níž přenos vnitřní energie prochází oddělenými proudy nerovnoměrně ohřívaných látek. Podobný jev se vyskytuje i v přírodě av každodenním životě. Např. Topné radiátory jsou instalovány v minimální výšce od podlahy, v blízkosti okenního parapetu.

Studený vzduch je ohříván akumulátorem, poté postupně stoupá, kde se mísí s masivy studeného vzduchu, které sestupují z okna. Konvekce vede k vytvoření rovnoměrné teploty v místnosti.

Mezi obvyklé příklady atmosférické konvekce patří větry: monzuny, vánky. Vzduch, který se ohřívá nad určitými úlomky Země, ochlazuje ostatní, čímž dochází k jeho oběhu a přenáší se vlhkost a energie.

Vlastnosti přirozené konvekce

Několik faktorů to ovlivní najednou. Například denní pohyb Země, mořské proudy a povrchová reliéf ovlivňují rychlost přirozené konvekce. Je to konvekce, která je základem výstupu z kráterů sopky a dýmů, tvorby hory, plutí různých ptáků.

Na závěr

Tepelné záření je elektromagnetický proces s nepřetržitým spektrem, který je vyzařován hmotou, vychází z vnitřní energie. K provedení výpočtů tepelného záření se ve fyzice používá model černého těla. Tepelné záření je popsáno pomocí zákona Stefan-Boltzmann. Síla záření takového těla je přímo úměrná ploše povrchu a tělesné teplotě, která je přivedena ke čtvrtému výkonu.

Tepelná vodivost je možná u všech těles, které mají nerovnoměrné rozložení teploty. Podstatou tohoto jevu je změna kinetické energie molekul a atomů, která určuje teplotu těla. V některých případech je vedení tepla považováno za kvantitativní schopnost určité látky provádět teplo.

Způsoby výměny tepelné energie v měřítku nejsou omezeny na ohřev zemského povrchu slunečním zářením.

Vážné konvekční proudy v zemské atmosféře jsou charakterizovány změnami na celé planetě povětrnostních podmínek. Když dojde k poklesu teploty v atmosféře mezi polární a rovníkové oblasti, vzniknou konvektivní proudy: proudové proudy, větry, chladné a teplé fronty.

Přenos tepla z jádra Země na povrch způsobuje vulkanické erupce, vznik gejzírů. V mnoha oblastech se geotermální energie využívá k výrobě elektřiny, k vytápění obytných a průmyslových prostor.

Teplo se stává povinným účastníkem mnoha výrobních technologií. Například zpracování a tavení kovů, výroba potravin, rafinace ropy, provoz motoru - to vše se děje pouze za přítomnosti tepelné energie.