Thermische energie is de term die we gebruiken om het activiteitsniveau van moleculen in een object te beschrijven. Verhoogde excitatie wordt op de een of andere manier geassocieerd met een stijging van de temperatuur, terwijl in koude objecten atomen veel langzamer bewegen.
Voorbeelden van warmteoverdracht zijn overal te vinden - in de natuur, technologie en het dagelijks leven.
Voorbeelden van warmteoverdracht
Het grootste voorbeeld van warmteoverdracht is de zon, die de planeet Aarde en alles erop verwarmt. In het dagelijks leven kun je veel vergelijkbare opties vinden, alleen in een veel minder globale zin. Dus, wat zijn enkele voorbeelden van warmteoverdracht in het dagelijks leven?
Hier zijn er enkele:
- Gas- of elektrisch fornuis en bijvoorbeeld een koekenpan om eieren in te bakken.
- Autobrandstoffen zoals benzine leveren thermische energie aan de motor.
- De meegeleverde broodrooster verandert een stuk brood in toast. Het wordt geassocieerd met radiantde thermische energie van de toast, die vocht uit het brood trekt en het knapperig maakt.
- Een warme kop dampende cacao verwarmt de handen.
- Elke vlam, van lucifervlammen tot enorme bosbranden.
- Wanneer ijs in een glas water wordt geplaatst, smelt de thermische energie van het water het, dat wil zeggen, het water zelf is een energiebron.
- De radiator of het verwarmingssysteem in je huis zorgt voor warmte tijdens de lange, koude wintermaanden.
- Conventionele ovens zijn bronnen van convectie, waardoor het voedsel dat erin wordt geplaatst wordt verwarmd en het kookproces begint.
- Voorbeelden van warmteoverdracht zijn te zien in je eigen lichaam, terwijl je een stuk ijs in je hand neemt.
- Thermische energie zit zelfs in de kat, wat de knieën van de eigenaar kan verwarmen.
Warmte is beweging
Warmtestromen zijn constant in beweging. De belangrijkste manieren van hun overdracht kunnen conventie, straling en geleiding worden genoemd. Laten we deze concepten in meer detail bekijken.
Wat is geleidbaarheid?
Misschien hebben velen meer dan eens gemerkt dat in dezelfde kamer de sensaties van het aanraken van de vloer compleet anders kunnen zijn. Het is lekker warm om over het tapijt te lopen, maar als je met blote voeten de badkamer in gaat, geeft een merkbare koelte meteen een gevoel van vrolijkheid. Niet waar vloerverwarming is.
Dus waarom bevriest het betegelde oppervlak? Het is allemaal omdatwarmtegeleiding. Het is een van de drie soorten warmteoverdracht. Wanneer twee objecten met verschillende temperaturen met elkaar in contact komen, zal er thermische energie tussen hen passeren. Voorbeelden van warmteoverdracht zijn in dit geval: vasthouden aan een metalen plaat, waarvan het andere uiteinde boven de vlam van een kaars wordt geplaatst, na verloop van tijd kunt u een branderig gevoel en pijn voelen, en op het moment dat u het strijkijzer aanraakt handvat van een pan met kokend water, je kunt je verbranden.
Geleidingsfactoren
Goede of slechte geleidbaarheid hangt af van verschillende factoren:
- Het type en de kwaliteit van het materiaal waaruit de objecten zijn gemaakt.
- Het oppervlak van twee objecten in contact.
- Temperatuurverschil tussen twee objecten.
- Dikte en grootte van items.
In vergelijkingsvorm ziet het er als volgt uit: De snelheid van warmteoverdracht naar een object is gelijk aan de thermische geleidbaarheid van het materiaal waaruit het object is gemaakt, maal het oppervlak bij het contact, maal het temperatuurverschil tussen de twee objecten, en gedeeld door de dikte van het materiaal. Het is eenvoudig.
Voorbeelden van geleidbaarheid
De directe overdracht van warmte van het ene object naar het andere wordt geleiding genoemd, en stoffen die warmte goed geleiden, worden geleiders genoemd. Sommige materialen en stoffen kunnen deze taak niet goed aan, ze worden isolatoren genoemd. Deze omvatten hout, plastic, glasvezel en zelfs lucht. Zoals u weet, stoppen isolatoren de stroom niet echt.warmte, maar vertraag het gewoon tot een of andere graad.
Convectie
Dit type warmteoverdracht, zoals convectie, komt voor in alle vloeistoffen en gassen. Dergelijke voorbeelden van warmteoverdracht vindt u in de natuur en in het dagelijks leven. Naarmate de vloeistof opwarmt, krijgen de moleculen aan de onderkant energie en bewegen ze sneller, wat resulteert in een afname van de dichtheid. De warme vloeistofmoleculen beginnen omhoog te bewegen terwijl de koelvloeistof (de dichtere vloeistof) begint te zinken. Nadat de koele moleculen de bodem hebben bereikt, ontvangen ze opnieuw hun deel van de energie en neigen ze opnieuw naar de top. De cyclus gaat door zolang er een warmtebron aan de onderkant is.
Voorbeelden van warmteoverdracht in de natuur kunnen als volgt worden gegeven: met behulp van een speciaal uitgeruste brander kan warme lucht, die de ruimte van een ballon vult, de hele structuur op een voldoende hoge hoogte brengen, het ding is die warme lucht is lichter dan koude lucht.
Straling
Als je voor een vuur zit, word je opgewarmd door de warmte die ervan uitgaat. Hetzelfde gebeurt als je je handpalm naar een brandende gloeilamp brengt zonder deze aan te raken. Je krijgt er ook een warm gevoel van. De grootste voorbeelden van warmteoverdracht in het dagelijks leven en de natuur worden geleid door zonne-energie. Elke dag gaat de hitte van de zon door 146 miljoen km lege ruimte helemaal naar de aarde zelf. Het is de drijvende kracht achter alle vormen en systemen van leven die tegenwoordig op onze planeet bestaan. Zonder deze wijze van overdracht zouden we in grote problemen verkeren en zou de wereld niet hetzelfde zijn als wij.we kennen hem.
Straling is de overdracht van warmte met behulp van elektromagnetische golven, of het nu radiogolven, infrarood, röntgenstralen of zelfs zichtbaar licht zijn. Alle objecten zenden en absorberen stralingsenergie, ook de persoon zelf, maar niet alle objecten en stoffen kunnen deze taak even goed aan. Voorbeelden van warmteoverdracht in het dagelijks leven kunnen worden overwogen met behulp van een conventionele antenne. Wat goed uitstra alt, kan in de regel ook goed absorberen. Wat de aarde betreft, deze ontvangt energie van de zon en geeft deze vervolgens terug aan de ruimte. Deze stralingsenergie wordt aardse straling genoemd en is wat het leven op de planeet mogelijk maakt.
Voorbeelden van warmteoverdracht in de natuur, het dagelijks leven, technologie
Transmissie van energie, met name thermisch, is een fundamenteel studiegebied voor alle ingenieurs. Straling maakt de aarde bewoonbaar en levert hernieuwbare zonne-energie. Convectie is de basis van de mechanica, is verantwoordelijk voor de luchtstroom in gebouwen en de luchtuitwisseling in huizen. Geleidbaarheid stelt je in staat een pot te verwarmen door hem simpelweg in brand te steken.
Talloze voorbeelden van warmteoverdracht in technologie en natuur liggen voor de hand en zijn overal ter wereld te vinden. Ze spelen bijna allemaal een belangrijke rol, vooral op het gebied van werktuigbouwkunde. Bij het ontwerpen van het ventilatiesysteem van een gebouw berekenen ingenieurs bijvoorbeeld de warmteoverdracht van het gebouw eromheen, evenals de interne warmteoverdracht. Bovendien selecteren ze materialen die de warmteoverdracht minimaliseren of maximaliseren.door middel van individuele componenten om de efficiëntie te optimaliseren.
Verdamping
Wanneer de atomen of moleculen van een vloeistof (zoals water) worden blootgesteld aan een aanzienlijke hoeveelheid gas, hebben ze de neiging spontaan in een gasvormige toestand te komen of te verdampen. Dit komt omdat de moleculen constant met willekeurige snelheden in verschillende richtingen bewegen en met elkaar in botsing komen. Tijdens deze processen ontvangen sommigen van hen voldoende kinetische energie om zichzelf af te stoten van de warmtebron.
Niet alle moleculen hebben echter de tijd om te verdampen en waterdamp te worden. Alles hangt af van de temperatuur. Water in een glas verdampt dus langzamer dan in een pan die op het fornuis wordt verwarmd. Kokend water verhoogt de energie van de moleculen aanzienlijk, wat op zijn beurt het verdampingsproces versnelt.
Basisconcepten
- Geleiding is de overdracht van warmte door een stof door direct contact van atomen of moleculen.
- Convectie is de overdracht van warmte door de circulatie van een gas (zoals lucht) of een vloeistof (zoals water).
- Straling is het verschil tussen de hoeveelheid geabsorbeerde en gereflecteerde warmte. Dit vermogen is sterk kleurafhankelijk, zwarte objecten absorberen meer warmte dan lichte objecten.
- Verdamping is het proces waarbij atomen of moleculen in vloeibare toestand voldoende energie krijgen om een gas of damp te worden.
- Broeikasgassen zijn gassen die de warmte van de zon vasthouden in de atmosfeer van de aarde en een broeikasgas produceren. Effect. Er zijn twee hoofdcategorieën: waterdamp en koolstofdioxide.
- Hernieuwbare energiebronnen zijn onbeperkte bronnen die snel en natuurlijk worden aangevuld. Dit zijn onder meer de volgende voorbeelden van warmteoverdracht in de natuur en technologie: wind en zonne-energie.
- Thermische geleidbaarheid is de snelheid waarmee een materiaal thermische energie door zichzelf overdraagt.
- Thermisch evenwicht is een toestand waarin alle delen van het systeem zich in hetzelfde temperatuurregime bevinden.
Praktische toepassing
Talloze voorbeelden van warmteoverdracht in de natuur en technologie (foto's hierboven) geven aan dat deze processen goed moeten worden bestudeerd en voorgoed dienen. Ingenieurs passen hun kennis van de principes van warmteoverdracht toe, onderzoeken nieuwe technologieën die verband houden met het gebruik van hernieuwbare bronnen en die minder destructief zijn voor het milieu. De sleutel is om te begrijpen dat energieoverdracht eindeloze mogelijkheden biedt voor technische oplossingen en meer.
