Laten we het hebben over wat warmteoverdracht is. Deze term verwijst naar het proces van energieoverdracht in materie. Het wordt gekenmerkt door een complex mechanisme, beschreven door de warmtevergelijking.
Rassen van warmteoverdracht
Hoe wordt warmteoverdracht geclassificeerd? Warmtegeleiding, convectie en straling zijn de drie vormen van energieoverdracht die in de natuur voorkomen.
Elk van hen heeft zijn eigen onderscheidende kenmerken, kenmerken, toepassingen in technologie.
Thermische geleidbaarheid
De hoeveelheid warmte wordt opgevat als de som van de kinetische energie van moleculen. Als ze botsen, kunnen ze een deel van hun warmte overdragen aan koude deeltjes. Thermische geleidbaarheid komt maximaal tot uiting in vaste stoffen, minder typisch voor vloeistoffen, absoluut niet typisch voor gasvormige stoffen.
Als voorbeeld dat het vermogen van vaste stoffen om warmte van het ene gebied naar het andere over te brengen bevestigt, kun je het volgende experiment overwegen.
Als je metalen knopen op een staaldraad bevestigt en dan het uiteinde van de draad naar een brandende geestlamp brengt, zullen de knoppen er geleidelijk vanaf beginnen te vallen. Bij verhitting beginnen de moleculen vaker met een hogere snelheid te bewegenmet elkaar in botsing komen. Het zijn deze deeltjes die hun energie en warmte afgeven aan koudere streken. Als vloeistoffen en gassen niet voor een voldoende snelle afvoer van warmte zorgen, leidt dit tot een sterke toename van de temperatuurgradiënt in het warme gebied.
Warmtestraling
Bij het beantwoorden van de vraag welk type warmteoverdracht gepaard gaat met energieoverdracht, is het noodzakelijk om deze specifieke methode te noteren. Stralingsoverdracht omvat de overdracht van energie door elektromagnetische straling. Deze variant wordt waargenomen bij een temperatuur van 4000 K en wordt beschreven door de warmtegeleidingsvergelijking. De absorptiecoëfficiënt hangt af van de chemische samenstelling, temperatuur, dichtheid van een bepaald gas.
Warmteoverdracht van lucht heeft een bepaalde limiet, met een toename van de energiestroom, neemt de temperatuurgradiënt toe, neemt de absorptiecoëfficiënt toe. Nadat de waarde van de temperatuurgradiënt de adiabatische gradiënt overschrijdt, zal convectie optreden.
Wat is warmteoverdracht? Dit is het fysieke proces van het overbrengen van energie van een heet object naar een koud object door direct contact of via een scheidingswand die de materialen scheidt.
Als de lichamen van hetzelfde systeem verschillende temperaturen hebben, vindt het proces van energieoverdracht plaats totdat er een thermodynamisch evenwicht tussen hen is bereikt.
Warmteoverdrachtfuncties
Wat is warmteoverdracht? Wat zijn de kenmerken van dit fenomeen? Je kunt het niet helemaal stoppen, je kunt het alleenzijn snelheid verminderen? Wordt warmteoverdracht toegepast in natuur en techniek? Het is warmteoverdracht die vele natuurlijke fenomenen begeleidt en kenmerkt: de evolutie van planeten en sterren, meteorologische processen op het oppervlak van onze planeet. Samen met massa-uitwisseling stelt het proces van warmteoverdracht u bijvoorbeeld in staat om verdampingskoeling, droging en diffusie te analyseren. Het wordt uitgevoerd tussen twee dragers van thermische energie door een massieve wand, die fungeert als een interface tussen lichamen.
Warmteoverdracht in de natuur en technologie is een manier om de toestand van een individueel lichaam te karakteriseren en de eigenschappen van een thermodynamisch systeem te analyseren.
Wet van Fourier
Het wordt de wet van warmtegeleiding genoemd, omdat het het totale vermogen van warmteverlies, temperatuurverschil verbindt met het dwarsdoorsnede-oppervlak van het parallellepipedum, de lengte en ook met de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt. Voor een vacuüm is deze indicator bijvoorbeeld bijna nul. De reden voor dit fenomeen is de minimale concentratie van materiaaldeeltjes in een vacuüm dat warmte kan transporteren. Ondanks deze eigenschap is er in vacuüm een variant van energieoverdracht door straling. Overweeg het gebruik van warmteoverdracht op basis van een thermoskan. De wanden zijn dubbel gemaakt om het reflectieproces te vergroten. Lucht wordt ertussen weggepompt, terwijl het warmteverlies wordt verminderd.
Convectie
Beantwoord de vraag wat warmteoverdracht is, overweeg het proces van warmteoverdracht in vloeistoffenof in gassen door spontane of geforceerde vermenging. Bij geforceerde convectie wordt de beweging van materie veroorzaakt door de werking van externe krachten: ventilatorbladen, pomp. Een vergelijkbare optie wordt gebruikt in situaties waar natuurlijke convectie niet effectief is.
Een natuurlijk proces wordt waargenomen in die gevallen waarin, bij ongelijkmatige verwarming, de onderste lagen van de stof worden verwarmd. Hun dichtheid neemt af, ze stijgen. De bovenste lagen daarentegen koelen af, worden zwaarder en zakken naar beneden. Verder wordt het proces verschillende keren herhaald en tijdens het mengen wordt zelforganisatie in de structuur van wervels waargenomen, een regelmatig rooster wordt gevormd uit de convectiecellen.
Door natuurlijke convectie vormen zich wolken, v alt er neerslag en bewegen tektonische platen. Door convectie worden op de zon korrels gevormd.
Het juiste gebruik van warmteoverdracht zorgt voor minimaal warmteverlies, maximaal verbruik.
De essentie van convectie
Om convectie uit te leggen, kun je de wet van Archimedes gebruiken, evenals thermische uitzetting van vaste stoffen en vloeistoffen. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt het volume van de vloeistof toe en neemt de dichtheid af. Onder invloed van de Archimedes-kracht neigt een lichtere (verwarmde) vloeistof naar boven, en koude (dichte) lagen vallen naar beneden en warmen geleidelijk op.
Wanneer de vloeistof van bovenaf wordt verwarmd, blijft de warme vloeistof in zijn oorspronkelijke positie, zodat er geen convectie wordt waargenomen. Zo werkt de cyclusvloeistof, die gepaard gaat met de overdracht van energie van warme naar koude plaatsen. In gassen vindt convectie plaats volgens een soortgelijk mechanisme.
Vanuit thermodynamisch oogpunt wordt convectie beschouwd als een variant van warmteoverdracht, waarbij de overdracht van interne energie plaatsvindt door gescheiden stromen van ongelijkmatig verwarmde stoffen. Een soortgelijk fenomeen doet zich voor in de natuur en in het dagelijks leven. Verwarmingsradiatoren worden bijvoorbeeld op een minimale hoogte vanaf de vloer geïnstalleerd, in de buurt van de vensterbank.
Koude lucht wordt opgewarmd door de batterij en stijgt dan geleidelijk op, waar het zich vermengt met koude luchtmassa's die uit het raam naar beneden komen. Convectie leidt tot de instelling van een uniforme temperatuur in de kamer.
Een van de meest voorkomende voorbeelden van atmosferische convectie zijn winden: moessons, briesjes. De lucht die boven sommige fragmenten van de aarde opwarmt, koelt boven andere af, waardoor het circuleert, vocht en energie worden overgedragen.
Kenmerken van natuurlijke convectie
Het wordt beïnvloed door verschillende factoren tegelijk. De snelheid van natuurlijke convectie wordt bijvoorbeeld beïnvloed door de dagelijkse beweging van de aarde, zeestromingen en oppervlaktetopografie. Het is convectie die de basis vormt voor het verlaten van vulkaankraters en rookpijpen, de vorming van bergen, het opstijgen van verschillende vogels.
Tot slot
Thermische straling is een elektromagnetisch proces met een continu spectrum, dat wordt uitgezonden door materie, optreedt als gevolg van interne energie. Om berekeningen van warmtestraling uit te voeren, is inDe natuurkunde gebruikt het blackbody-model. Beschrijf thermische straling met behulp van de wet van Stefan-Boltzmann. Het stralingsvermogen van zo'n lichaam is recht evenredig met het oppervlak en de temperatuur van het lichaam, genomen tot de vierde macht.
Thermische geleidbaarheid is mogelijk in alle lichamen met een niet-uniforme temperatuurverdeling. De essentie van het fenomeen is de verandering in de kinetische energie van moleculen en atomen, die de temperatuur van het lichaam bepa alt. In sommige gevallen wordt thermische geleidbaarheid beschouwd als het kwantitatieve vermogen van een bepaalde stof om warmte te geleiden.
Grootschalige processen van thermische energie-uitwisseling zijn niet beperkt tot de verwarming van het aardoppervlak door zonnestraling.
Ernstige convectiestromen in de atmosfeer van de aarde worden gekenmerkt door veranderingen in de weersomstandigheden over de hele planeet. Bij temperatuurverschillen in de atmosfeer tussen de polaire en equatoriale regio's ontstaan convectiestromen: jetstreams, passaatwinden, koude en warme fronten.
De overdracht van warmte van de kern van de aarde naar het oppervlak veroorzaakt vulkaanuitbarstingen, het ontstaan van geisers. In veel regio's wordt geothermische energie gebruikt om elektriciteit op te wekken, woningen en industriële gebouwen te verwarmen.
Het is warmte die een verplichte deelnemer wordt in veel productietechnologieën. Bijvoorbeeld de verwerking en het smelten van metalen, de productie van voedsel, olieraffinage, de werking van motoren - dit alles wordt alleen uitgevoerd in aanwezigheid van thermische energie.
