Pakalbėkime apie tai, kas yra šilumos perdavimas. Šis terminas reiškia energijos perdavimo materijoje procesą. Jai būdingas sudėtingas mechanizmas, apibūdinamas šilumos lygtimi.
Šilumos perdavimo rūšys
Kaip klasifikuojamas šilumos perdavimas? Šilumos laidumas, konvekcija, spinduliavimas yra trys gamtoje egzistuojantys energijos perdavimo būdai.
Kiekvienas iš jų turi savo išskirtines ypatybes, ypatybes, taikomąsias technologijas.
Šiluminis laidumas
Šilumos kiekis suprantamas kaip molekulių kinetinės energijos suma. Susidūrę jie gali dalį šilumos perduoti š altoms dalelėms. Šilumos laidumas maksimaliai pasireiškia kietose medžiagose, mažiau būdingas skysčiams, visiškai nebūdingas dujinėms medžiagoms.
Kaip pavyzdį, patvirtinantį kietųjų kūnų gebėjimą perkelti šilumą iš vienos srities į kitą, apsvarstykite šį eksperimentą.
Jei pritvirtinsite metalinius mygtukus ant plieninės vielos, tada vielos galą pritraukite prie degančios spiritinės lempos, pamažu mygtukai nuo jos pradės kristi. Kaitinant, molekulės pradeda judėti didesniu greičiu, dažniaususidurti vienas su kitu. Būtent šios dalelės savo energiją ir šilumą atiduoda š altesniems regionams. Jei skysčiai ir dujos neužtikrina pakankamai greito šilumos nutekėjimo, tai smarkiai padidina temperatūros gradientą karštame regione.
Šilumos spinduliuotė
Atsakant į klausimą, kokio tipo šilumos perdavimą lydi energijos perdavimas, būtina atkreipti dėmesį į šį konkretų metodą. Spinduliavimo perdavimas apima energijos perdavimą elektromagnetine spinduliuote. Šis variantas stebimas 4000 K temperatūroje ir apibūdinamas šilumos laidumo lygtimi. Absorbcijos koeficientas priklauso nuo tam tikrų dujų cheminės sudėties, temperatūros, tankio.
Oro šilumos perdavimas turi tam tikrą ribą, didėjant energijos srautui, didėja temperatūros gradientas, didėja absorbcijos koeficientas. Kai temperatūros gradiento vertė viršija adiabatinį gradientą, įvyks konvekcija.
Kas yra šilumos perdavimas? Tai fizinis energijos perdavimo iš karšto objekto į š altą procesas tiesioginiu kontaktu arba per pertvarą, skiriančią medžiagas.
Jei tos pačios sistemos kūnų temperatūra skiriasi, tada energijos perdavimo procesas vyksta tol, kol tarp jų susidaro termodinaminė pusiausvyra.
Šilumos perdavimo funkcijos
Kas yra šilumos perdavimas? Kokios šio reiškinio ypatybės? Jūs negalite to visiškai sustabdyti, galite tiksumažinti jo greitį? Ar šilumos perdavimas naudojamas gamtoje ir technikoje? Būtent šilumos perdavimas lydi ir apibūdina daugelį gamtos reiškinių: planetų ir žvaigždžių evoliuciją, meteorologinius procesus mūsų planetos paviršiuje. Pavyzdžiui, kartu su masės mainais šilumos perdavimo procesas leidžia analizuoti garavimo aušinimą, džiovinimą, difuziją. Ji atliekama tarp dviejų šiluminės energijos nešėjų per vientisą sieną, kuri veikia kaip sąsaja tarp kūnų.
Šilumos perdavimas gamtoje ir technologijose – tai būdas apibūdinti individualaus kūno būklę, analizuoti termodinaminės sistemos savybes.
Furjė dėsnis
Jis vadinamas šilumos laidumo dėsniu, nes susieja bendrą šilumos nuostolių galią, temperatūrų skirtumą su gretasienio skerspjūvio plotu, jo ilgiu, taip pat su šilumos laidumo koeficientu. Pavyzdžiui, vakuumui šis rodiklis yra beveik nulis. Šio reiškinio priežastis – minimali medžiagų dalelių koncentracija vakuume, galinti pernešti šilumą. Nepaisant šios savybės, vakuume yra energijos perdavimo spinduliuote variantas. Apsvarstykite galimybę naudoti šilumos perdavimą termoso pagrindu. Jo sienos yra dvigubos, kad būtų padidintas atspindžio procesas. Tarp jų išpumpuojamas oras, sumažinant šilumos nuostolius.
Konvekcija
Atsakydami į klausimą, kas yra šilumos perdavimas, apsvarstykite šilumos perdavimo skysčiuose procesąarba dujose savaiminio arba priverstinio maišymo būdu. Esant priverstinei konvekcijai, medžiagos judėjimą sukelia išorinių jėgų veikimas: ventiliatoriaus mentės, siurblys. Panaši parinktis naudojama tais atvejais, kai natūrali konvekcija nėra efektyvi.
Natūralus procesas stebimas tais atvejais, kai, netolygiai kaitinant, įkaista apatiniai medžiagos sluoksniai. Jų tankis mažėja, jie pakyla. Viršutiniai sluoksniai, priešingai, atvėsta, tampa sunkesni ir nusileidžia. Toliau procesas kartojamas kelis kartus, o maišymo metu stebimas savaiminis susitvarkymas į sūkurių struktūrą, iš konvekcinių ląstelių susidaro taisyklinga gardelė.
Dėl natūralios konvekcijos susidaro debesys, iškrenta krituliai, juda tektoninės plokštės. Konvekcijos būdu ant Saulės susidaro granulės.
Tinkamas šilumos perdavimo naudojimas užtikrina minimalius šilumos nuostolius, maksimalų suvartojimą.
Konvekcijos esmė
Norėdami paaiškinti konvekciją, galite naudoti Archimedo dėsnį, taip pat kietųjų kūnų ir skysčių šiluminį plėtimąsi. Kylant temperatūrai, skysčio tūris didėja, o tankis mažėja. Veikiamas Archimedo jėgos, lengvesnis (šildomas) skystis linksta aukštyn, o š alti (tankūs) sluoksniai krenta žemyn, palaipsniui sušyla.
Kai skystis kaitinamas iš viršaus, šiltas skystis išlieka pradinėje padėtyje, todėl konvekcija nepastebima. Taip veikia ciklasskysčio, kurį lydi energijos perdavimas iš šiltų vietų į š altas vietas. Dujose konvekcija vyksta pagal panašų mechanizmą.
Termodinamikos požiūriu konvekcija laikoma šilumos perdavimo atmaina, kai vidinės energijos perdavimas vyksta atskirais netolygiai kaitinamų medžiagų srautais. Panašus reiškinys vyksta gamtoje ir kasdieniame gyvenime. Pavyzdžiui, šildymo radiatoriai montuojami minimaliame aukštyje nuo grindų, šalia palangės.
Š altas oras pašildomas akumuliatoriaus, po to palaipsniui kyla aukštyn, kur susimaišo su š alto oro masėmis, besileidžiančiomis pro langą. Konvekcija lemia vienodą temperatūrą patalpoje.
Tarp įprastų atmosferos konvekcijos pavyzdžių yra vėjai: musonai, vėjai. Oras, įkaistantis virš kai kurių Žemės skeveldrų, atšąla nuo kitų, dėl to cirkuliuoja, perduodama drėgmė ir energija.
Natūralios konvekcijos ypatybės
Tai vienu metu įtakoja keli veiksniai. Pavyzdžiui, natūralios konvekcijos greičiui įtakos turi kasdienis Žemės judėjimas, jūros srovės ir paviršiaus topografija. Būtent konvekcija yra ugnikalnių kraterių ir dūmų vamzdžių išėjimo, kalnų formavimosi, įvairių paukščių sklandymo pagrindas.
Pabaigoje
Šiluminė spinduliuotė yra nepertraukiamo spektro elektromagnetinis procesas, kurį skleidžia medžiaga, atsirandanti dėl vidinės energijos. Norint atlikti šiluminės spinduliuotės skaičiavimus, inFizika naudoja juodojo kūno modelį. Apibūdinkite šiluminę spinduliuotę pagal Stefano-Boltzmanno dėsnį. Tokio kūno spinduliuotės galia yra tiesiogiai proporcinga kūno paviršiaus plotui ir temperatūrai, paimta į ketvirtą laipsnį.
Šiluminis laidumas galimas bet kuriuose kūnuose, kurių temperatūros pasiskirstymas yra netolygus. Reiškinio esmė – molekulių ir atomų kinetinės energijos pokytis, lemiantis kūno temperatūrą. Kai kuriais atvejais šilumos laidumas laikomas kiekybiniu tam tikros medžiagos gebėjimu praleisti šilumą.
Didelio masto šiluminės energijos mainų procesai neapsiriboja žemės paviršiaus šildymu saulės spinduliuote.
Stiprioms konvekcinėms srovėms žemės atmosferoje būdingi oro sąlygų pokyčiai visoje planetoje. Dėl poliarinio ir pusiaujo regionų atmosferos temperatūrų skirtumų atsiranda konvekciniai srautai: reaktyviniai srautai, pasatai, š altasis ir šiltasis frontai.
Šilumos perdavimas iš žemės šerdies į paviršių sukelia ugnikalnių išsiveržimus, geizerių atsiradimą. Daugelyje regionų geoterminė energija naudojama elektrai gaminti, gyvenamosioms ir pramoninėms patalpoms šildyti.
Būtent šiluma tampa privalomu daugelio gamybos technologijų dalyviu. Pavyzdžiui, metalų apdirbimas ir lydymas, maisto produktų gamyba, naftos perdirbimas, variklių eksploatavimas – visa tai atliekama tik esant šiluminei energijai.
