Typer af varmeoverførsel: varmeoverførselskoefficient

Enhver materiel krop har en så karakteristisk karakter som varme, som kan stige og falde. Varme er ikke et materielt stof: Som en del af stoffets indre energi stammer den fra molekylers bevægelse og interaktion. Da varmen i forskellige stoffer kan afvige, forekommer der en proces af varmeoverførsel fra et varmere stof til et stof med mindre varme. Denne proces kaldes varmeoverførsel. De vigtigste typer af varmeoverførsel og mekanismerne for deres handling, vi vil overveje i denne artikel.

Bestemmelse af varmeoverførsel

Varmeoverførsel eller temperaturoverføringsprocessen kan forekomme både inden for materiale og fra stof til stof. Samtidig afhænger intensiteten af varmeveksling i vid udstrækning af stoffets fysiske egenskaber, stoffernes temperatur (hvis flere stoffer deltager i varmeveksling) og fysikkens love. Varmeoverførsel er en proces, der altid går ensidigt. Hovedprincippet for varmeveksling er, at det varmeste krop altid giver varme til et objekt med en lavere temperatur. For eksempel, når strygning tøj, giver et varmt jern varme til bukser, og ikke omvendt. Varmeoverførsel er et fænomen, der er afhængigt af tidsindekset, der karakteriserer den irreversible udbredelse af varme i rummet.

Mekanismer for varmeoverførsel

Mekanismer for termisk interaktion af stoffer kan tage forskellige former. Der er tre typer varmeveksling i naturen:

1. Termisk ledningsevne er en mekanisme af intermolekylær varmeoverførsel fra den ene del af kroppen til en anden eller til et andet objekt. Ejendommen er baseret på temperaturen inhomogenitet i de pågældende stoffer.
2. Konvektion - varmeveksling mellem væsker (væske, luft).
3. Strålingseksponering er overførsel af varme fra opvarmede legemer opvarmet af energi (kilder) i form af elektromagnetiske bølger med konstant spektrum.

Overvej de oplistede typer varmeveksling mere detaljeret.

Termisk ledningsevne

Oftest ses termisk ledningsevne i faste stoffer. Hvis der under påvirkning af nogle faktorer forekommer områder med forskellige temperaturer på det samme stof, vil termisk energi fra den mere opvarmede sektion passere til den kolde. I nogle tilfælde kan dette fænomen observeres selv visuelt. Hvis du f.eks. Tager en metalstang, skal du sige en nål og varme den i brand, så efter et stykke tid vil du se, hvordan varmeenergien overføres gennem nålen og danner en glød i et bestemt område. Samtidig er lyset lysere på et sted, hvor temperaturen er højere, og omvendt, hvor t er lavere, er det mørkere. Termisk ledningsevne kan også observeres mellem to kroppe (et krus af varm te og en hånd)

Intensiteten af transmissionen af varmefluxen afhænger af mange faktorer, hvis forhold blev afsløret af den franske matematiker Fourier. Disse faktorer omfatter først og fremmest temperaturgradienten (forholdet mellem temperaturforskellen i stangens ender og afstanden fra den ene ende til den anden), kroppens tværsnitsareal og termisk ledningsevne (for alle stoffer er det forskelligt, men det højeste for metaller). Den vigtigste koefficient for varmeledningsevne ses i kobber og aluminium. Det er ikke overraskende, at disse to metaller hyppigere anvendes til fremstilling af elektriske ledninger. Efter Fourier-loven kan mængden af varmestrøm øges eller formindskes ved at ændre en af disse parametre.

Konvektionstyper varmeoverførsel

Konvektion, der hovedsageligt er forbundet med gasser og væsker, har to komponenter: Intermolekylær termisk ledningsevne og bevægelse (udbredelse) af mediet. Virkningsmekanismen af konvektion sker som følger: Når temperaturen af det flydende stof i dets molekyle stiger, begynder mere aktiv bevægelse, og i mangel af rumlige begrænsninger øges mængden af materiale. Konsekvensen af denne proces vil være et fald i stoffets densitet og dets opadgående bevægelse. Et levende eksempel på konvektion er bevægelsen af den radiatoropvarmede luft fra batteriet til loftet.

Der er frie og tvungne konvektionsvarmeudvekslingstyper. Varmeoverførsel og massebevægelse i en fri type opstår på grund af stoffets heterogenitet, det vil sige, at den varme væske stiger over kulden naturligt uden at påvirke ydre kræfter (for eksempel opvarmning af rummet via centralvarme). Ved tvungen konvektion sker massebehandling under påvirkning af ydre kræfter, for eksempel omrøring af te med en ske.

Radiant varmeoverførsel

Stråling eller stråling varmeoverførsel kan ske uden kontakt med et andet objekt eller stof, så det er muligt selv i et luftløst rum (vakuum). Strålingsvarmeoverførsel er iboende i alle kroppe i større eller mindre grad og manifesterer sig i form af elektromagnetiske bølger med et kontinuerligt spektrum. Et lyst eksempel er solens stråler. Virkningsmekanismen er som følger: kroppen udstråler kontinuerligt en vis mængde varme i det omgivende rum. Når denne energi rammer en anden genstand eller stof, absorberes en del af den, den anden del går igennem, og den tredje afspejles i miljøet. Ethvert objekt kan både udstråle varme og absorbere, mens mørke stoffer kan absorbere mere varme end lys.

Kombinerede varmeoverføringsmekanismer

I naturen forekommer sjældent de forskellige typer varmevekslingsprocesser. Meget hyppigere kan de ses sammen. I termodynamikken har disse kombinationer selv navne, termisk ledning + konvektion er konvektiv varmeoverførsel og termisk ledningsevne + termisk stråling kaldes strålingsledende varmeoverførsel. Derudover er der sådanne kombinerede varmevekslingstyper som:

• Varmeoverførsel - bevægelse af varmeenergi mellem en gas eller en væske og et faststof.
• Varmeoverførsel er overførslen af t fra en sag til en anden gennem en mekanisk hindring.
• Konvektiv strålingsvarmeveksling dannes ved at kombinere konvektion og termisk stråling.

Typer af varmeoverførsel i naturen (eksempler)

Varmeoverførsel i naturen spiller en stor rolle og er ikke begrænset til opvarmning af kloden ved solens stråler. Omfattende konvektionsstrømme, såsom bevægelsen af luftmasserne, bestemmer stort set vejret på hele vores planet.

Jordens kerneens termiske ledningsevne fører til udseendet af gejsere og udbruddet af vulkanske stenarter. Dette er kun en lille del af eksemplerne på varmeveksling på globalt plan. Sammen danner de typer af konvektiv varmeoverførsel og strålingsledende typer varmeoverførsel, der er nødvendige for at opretholde livet på vores planet.

Anvendelsen af varmeveksling i antropologiske aktiviteter

Varme er en vigtig del af næsten alle produktionsprocesser. Det er svært at sige, hvilken type varmeudveksling en person bruger mest i nationaløkonomien. Sandsynligvis alle tre på samme tid. Takket være varmeoverførselsprocessen er der smeltning af metaller, produktion af et stort antal varer, fra dagligdags varer til rumskibe.

Ekstern betydning for civilisationen har termiske aggregater, som kan omdanne termisk energi til en nyttig kraft. Blandt dem kan vi nævne benzin, diesel, kompressor, turbineenheder. Til deres arbejde bruger de forskellige typer varmeveksling.