Mi a hőátadás? Hőátadás a természetben és a technológia területén

Beszéljünk arról, hogy milyen hőátadás van. Ezzel a kifejezéssel az anyagátadás folyamatát értjük az anyagban. Ezt egy összetett mechanizmus jellemzi, amit a hővezetőképesség egyenlete ír le.

A hőátadás típusai

Hogyan oszlik meg a hőátadás? A termikus vezetőképesség, a konvekció, a sugárzás a természetben létező energiaátadás három módja.

Mindegyiknek megvan a saját megkülönböztető jellemzője, tulajdonsága, alkalmazási lehetősége a technológiában.

Hővezetés

A hőmennyiség alatt az összeget értjüka molekulák kinetikus energiája. Hőrészüket hideg részecskékre továbbíthatják ütközés közben. A termikus vezetőképesség maximálisan a szilárd anyagokban nyilvánul meg, kevésbé jellemző a folyadékok esetében, és nem feltétlenül jellemző a gáznemű anyagok esetében.

Például, ha megerősítjük, hogy a szilárd anyagok képesek átadni a hőt az egyik helyről a másikra, fontolja meg a következő kísérletet.

Ha az acélhuzal rögzítve vanfém gombokat, majd vigye végig a drótot az égő szellem lámpához, fokozatosan csökkenti a gombokat. Felméskor a molekulák gyorsabban mozognak, gyakran ütköznek egymással. Ezek a részecskék feladják az energiájukat és melegítik a hidegebb régiókat. Ha a folyadék és a gáz nem biztosít elég gyors hőkiáramlást, ez a forró tartományban a hőmérséklet-gradiens éles növekedését eredményezi.

Hő sugárzás

A hőátvitel kérdésének megválaszolásaaz energiaátvitelhez csatolni kell ezt a módszert. A sugárzás átvitele magában foglalja az energia elektromágneses sugárzás általi továbbítását. Ezt a változatot 4000 K hőmérsékleten figyeljük meg, amelyet a hővezetőképesség egyenlete ír le. Az abszorpciós együttható egy adott gáz kémiai összetételétől, hőmérsékletétől és sűrűségétől függ.

A levegő hőátadása bizonyos határt szab,Az energiaáramlás növekedésével a hőmérséklet-gradiens növekszik, az abszorpciós együttható nő. Miután a hőmérséklet-gradiens értéke meghaladja az adiabatikus gradienst, konvekció lép fel.

Mi a hőátadás? Ez a fizikai folyamat az energia átviteléről egy forró tárgyról egy hideg tárgyra közvetlen érintkezés vagy egy elválasztó részen, amely elválasztja az anyagokat.

Ha az egyik rendszer teste eltérő hőmérsékletű, akkor az energiaátvitel folyamata addig történik, amíg a termodinamikai egyensúly meg nem születik.

Hőátadási funkciók

Mi a hőátadás? Mik a jelenség jellemzői? Nem lehet teljesen leállítani, csak csökkenteni tudjuk az áramlási sebességet? Hőátadás a természetben és a technológiaban? Ez a hőcsere, amely számos természeti jelenséget kíséri és jellemez: bolygók és csillagok evolúcióját, meteorológiai folyamatokat bolygónk felszínén. Például a tömegcserével együtt a hőátadás lehetővé teszi a párolgás hűtés, szárítás, diffúzió elemzését. Két hőenergiát hordoz a szilárd falon keresztül, amely a testek felületeként működik.

A hőátadás a természetben és a technikában az egyéni test állapotának jellemzését jelenti, egy termodinamikai rendszer tulajdonságainak elemzésével.

A Fourier-törvény

Ezt nevezik a hővezetés törvényének, merta hőveszteség teljes hõteljesítményét, a hõmérsékleti különbséget a parallelepipedés területével, hossza és a hõvezetõképesség együtthatójával is összefügg. Például vákuum esetén ez a jelző gyakorlatilag nulla. Ennek a jelenségnek az oka az anyagrészecskék minimális koncentrációja olyan vákuumban, amely hőt hordozhat. Annak ellenére, hogy hasonló tulajdonságú, vákuumban van egy változata a sugárzás energiaátvitelének. A hőátadás alkalmazása hőkezelés alapján történik. A falak dupla méretűek, hogy növeljék a visszaverődés folyamatát. Közöttük szivattyúzta a levegőt, miközben csökkenti a hőveszteséget.

konvekció

A hőátvitelre vonatkozó kérdés megválaszolása,Vegyük figyelembe a folyadékok vagy gázok hőátadásának folyamatát spontán vagy kényszerű keveréssel. Kényszer konvekció esetén az anyag mozgását a külső erők hatása okozza: a ventilátorlapátok, a szivattyú. Hasonló lehetőségeket alkalmaznak azokban a helyzetekben, ahol a természetes konvekció nem hatásos.

Ezekben az esetekben természetes folyamat figyelhető meg,amikor egyenetlen melegítéssel az anyag alsó rétegeit felmelegítik. Sűrűségük csökken, és felmegy. A felső rétegek azonban lehűlnek, nehezebbek, alacsonyabbak. Ezenkívül az eljárást többször megismételjük, és keverés közben az örvények szerkezetében önszerveződés figyelhető meg, a konvekciós sejtekből rendszeres rács képződik.

A természetes konvekció miatt felhők alakulnak ki, a légköri csapadék kicsapódása, a tektonikus lemezek mozgása történik. A nap konvekciójánál a szemcsék formálódnak.

A hőátadás megfelelő használata garantálja a minimális hőveszteséget, a maximális fogyasztást.

A konvekció lényege

A konvekció magyarázatához a törvényt használhatjukArchimedes, valamint a szilárd anyagok és folyadékok hőtágulása. Amint a hőmérséklet emelkedik, a folyadék térfogata nő, a sűrűség csökken. Archimédész erő hatására egy könnyebb (fűtött) folyadék felfelé hajlik, hideg (sűrű) rétegek esnek le, fokozatosan felmelegednek.

Abban az esetben, ha a folyadék felmelegszik, meleg folyadékmarad a kiindulási helyzetben, így a konvekciót nem tartják be. Így folyik a folyadék, amelyet a fűtött területekről a hideg helyekre történő energiaátadás kísér. A gázokban a konvekció egy hasonló mechanizmus által történik.

A termodinamikai szempontból konvekcióa hőátvitel egyik változatának tekintjük, amelyben a belső energia átadása egyenetlen fűtést igénylő különálló anyagáramokon megy keresztül. Hasonló jelenség fordul elő a természetben és a mindennapi életben. Például a fűtőtesteket a padlóról, az ablakpárkányhoz közel helyezkedik el.

A hideg levegőt felmelegíti az akkumulátor, majdfokozatosan emelkedik, ahol összekeveredik a hideg levegős tömegekkel, amelyek leeresztik az ablakon. A konvekció egyenletes hőmérsékletet teremt a helyiségben.

Között a légköri példák közülkonvekciós szelek: monszunok, szelek. A Föld bizonyos töredékei fölé hűlő levegő hűvözi mások fölött, aminek következtében a keringése megtörténik, és a nedvesség és az energia átadódik.

A természetes konvekció jellemzői

Számos tényező befolyásolja egyszerre. Például a Föld napi mozgása, a tengeri áramlatok és a felületi domborműzet befolyásolja a természetes konvekció mértékét. A konvekció a vulkán kráterei és a füstcsövek kilépésének alapja, a hegyek kialakulása, a különböző madarak lebegése.

Végezetül

A termikus sugárzás elektromágnesesaz anyag által kibocsátott folyamatos spektrum, a belső energiaforrásból származik. A termikus sugárzás kiszámításához a fekete test modellt használják a fizika területén. A termikus sugárzást a Stefan-Boltzmann-törvény írja le. Az ilyen test sugárzási teljesítménye egyenesen arányos a felszínnel és a testhőmérsékletével a negyedik teljesítményhez képest.

A termikus vezetőképesség minden olyan testben lehetséges, amelyinhomogén hőmérséklet-eloszlású. A jelenség lényege a molekulák és az atomok kinetikus energiájának megváltoztatása, amely meghatározza a test hőmérsékletét. Bizonyos esetekben a hővezetés egy adott anyag mennyiségi képességének tekinthető a hővezetés szempontjából.

A hőenergia cseréjének méretarányos folyamata nem korlátozódik a Föld felszínének napsugárzás általi melegítésére.

Súlyos konvekciós áramok a Föld légkörébenaz időjárási viszonyok teljes bolygóján változások jellemzik. Amikor a hőmérséklet a légkörben csökken a poláris és az egyenlítői régiók között, konvektív áramok keletkeznek: sugárhullámok, kereskedelmi szelek, hideg és meleg frontok.

A hő átadása a föld magjától a felszínigEz okozza kitörés vulkánok, gejzírek megjelenést. Számos régióban használja a geotermikus villamos energia előállítására, fűtés lakó- és ipari helyiségekben.

A hőség kötelező résztvevővé válikszámos gyártási technológiát. Például a fémek feldolgozása és olvasztása, az élelmiszertermelés, az olajfinomítás, a motor üzemeltetése - mindez csak hőenergia jelenlétében történik.