- Τι είναι η μεταφορά θερμότητας;
- Οδήγηση
- Μεταγωγή
- Ακτινοβολία
- Μονωτήρες και φράγματα ακτινοβολίας
- Μονάδες μέτρησης μεταφοράς θερμότητας
Εξηγούμε τι είναι η μεταφορά θερμότητας και πώς συμβαίνει με αγωγή, συναγωγή και ακτινοβολία. Επιπλέον, μονωτές και μέτρα.
Η θερμότητα μεταφέρεται πάντα από συστήματα υψηλότερης σε χαμηλότερη θερμοκρασία.Τι είναι η μεταφορά θερμότητας;
Ονομάζεται μεταφορά θερμότητας, μεταφορά θερμότητας ή μεταφορά θερμότητας. θερμότητα στοφυσικό φαινόμενο που συνίσταται στη μεταφορά θερμικής ενέργειας από το ένα μέσο στο άλλο.
Αυτό συμβαίνει όταν δύοσυστήματα που είναι σε διαφορετικάθερμοκρασίες έρχονται σε επαφή, επιτρέποντας τη ροή της ενέργειας από το σημείο της υψηλότερης θερμοκρασίας προς τη χαμηλότερη, μέχρι να φτάσει στο αθερμική ισορροπία, στο οποίο εξισώνονται οι θερμοκρασίες.
Η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας είναι ασταμάτητη (δεν μπορεί να σταματήσει) αν και μπορεί να επιβραδυνθεί (μπορεί να επιβραδυνθεί), χρησιμοποιώντας ράβδους και μονωτές. Εφόσον όμως υπάρχει διαφορά στη θερμότητα στο σύμπαν, η θερμότητα θα τείνει να μεταφερθεί μέσω των διαθέσιμων μέσων. Ανάλογα με αυτά, η εν λόγω μεταφορά μπορεί να γίνει με τρεις τρόπους: αγωγή, μεταφορά και ακτινοβολία.
Οδήγηση
Η αγωγιμότητα της θερμότητας χρησιμοποιείται συχνά για το μαγείρεμα των τροφίμων.Αγωγή ονομάζεται η μεταφορά θερμότητας μέσω της άμεσης επαφής των σωματιδίων ενός υλικού με αυτά ενός άλλου, χωρίς τη μεταφορά ύλης μεταξύ των σωμάτων. Εμφανίζεται σε όλα συνάθροισης: στερεός, υγρό ή αεριώδης, αν και στα δύο τελευταία προτιμάται συνήθως η μεταφορά.
Η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται μέσω της αγωγιμότητας καθορίζεται από το νόμο του Φουριέ, σύμφωνα με τον οποίο ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας μέσω ενός σώματος είναι ανάλογος της βαθμίδας θερμοκρασίας που υπάρχει σε αυτό.
Ένα απλό παράδειγμα φαίνεται σε μια ηλεκτρική κουζίνα: ο καυστήρας θερμαίνεται από την επίδραση ηλεκτρικών αντιστάσεων και ότι η θερμότητα μεταφέρεται μέσω αγωγιμότητας στο τηγάνι που εναποθέτουμε πάνω του και, με τη σειρά του, το τηγάνι θα κάνει το ίδιο με το τροφή τι θα μαγειρέψουμε.
Συμβαίνει επίσης όταν, κατά λάθος, αγγίζουμε το ζεστό τηγάνι με το χέρι μας: η θερμότητα θα μεταφερθεί στο δέρμα μας όταν έρθει σε επαφή, προκαλώντας έγκαυμα.
Μεταγωγή
Η μεταφορά είναι παρόμοια με την αγωγιμότητα, εκτός από το ότι συμβαίνει σε περιπτώσεις όπου ένα ρευστό δέχεται θερμότητα και κινείται για να τη μεταδώσει μέσα σε ένα χώρο όπου περιέχεται. Συναγωγή είναι η μεταφορά θερμότητας μέσω κίνηση ενός ρευστού, είτε είναι αέριο είτε υγρό.
Αυτή η μεταφορά συμβαίνει με τους όρους που ορίζονται από τον Νόμο της Ψύξης του Νεύτωνα, ο οποίος δηλώνει ότι ένα σώμα χάνει τη θερμότητά του με ρυθμό ανάλογο με τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του σώματος και του περιβάλλοντός του.
Ένα σαφές παράδειγμα αυτού συμβαίνει όταν θερμαίνουμε νερό σε ένα δοχείο. Η θερμότητα που μεταφέρεται μέσω αγωγιμότητας από το δοχείο στο υγρό θα θερμάνει τα τμήματα που βρίσκονται σε άμεση επαφή με αυτό, τα οποία θα ανέβουν και θα αναγκάσουν άλλα ψυχρά μέρη του υγρού να πάρουν τη θέση τους, θερμαίνοντας έτσι το δοχείο ομοιόμορφα. Νερό.
Ακτινοβολία
Ο τελευταίος τύπος μεταφοράς θερμότητας είναι επίσης ο μόνος που μπορεί να συμβεί απουσία επαφής και, επομένως, και ενός φυσικού μέσου, δηλαδή στο κενό.
Αυτό συμβαίνει γιατί η προέλευσή του είναι στη θερμική κίνηση του σωματίδια φορτωμένο με τούλη, η οποία πυροδοτεί την εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών σωματιδίων, δηλαδή θερμικής ακτινοβολίας, η έντασή της εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την μήκος κυματομορφή της εξεταζόμενης ακτινοβολίας.
Γενικά, τα σώματα σε αυτή την κατάσταση εκπέμπουν υπεριώδη ακτινοβολία, αλλά από ορισμένες θερμοκρασίες μπορούν να εκπέμπουν ακτινοβολία στο ορατό φάσμα, δηλαδή φως. Η ποσότητα της θερμότητας που ακτινοβολείται με αυτόν τον τρόπο μπορεί να προσδιοριστεί από τον νόμο Stefan-Boltzmann.
Κάθε μέρα παρατηρούμε το καλύτερο παράδειγμα θερμικής ακτινοβολίας: το Ήλιος. Παρά το γεγονός ότι απέχει 149,6 εκατομμύρια χιλιόμετρα από ο πλανήτης μας, η θερμοκρασία του Ήλιου είναι τόσο υψηλή που εκπέμπει τεράστιες ποσότητες φωτός και θερμότητας στο διάστημα.
Και τα δύο πράγματα φτάνουν στο επιφάνεια γης και το διατηρούν ζεστό και φωτισμένο, με μήκη κύματος που κυμαίνονται από το υπεριώδες έως το υπέρυθρο, προφανώς διασχίζοντας όλο το ορατό φάσμα.
Μονωτήρες και φράγματα ακτινοβολίας
Όπως είπαμε, η μεταφορά θερμότητας δεν μπορεί να αποτραπεί, αλλά μπορεί να επιβραδυνθεί, με τη χρήση ορισμένων και ορισμένων υλικών. Αυτό συμβαίνει γιατί όλα τα υλικά μεταφέρουν θερμότητα με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, αλλά όχι με τον ίδιο ρυθμό ή με την ίδια ευκολία.
Αυτοί που το μεταδίδουν γρήγορα και αποτελεσματικά ονομάζονται θερμικοί αγωγοί. Αντίθετα, αυτοί που το κάνουν αργά και κοπιαστικά, ονομάζονται θερμομονωτές (αγωγιμότητα και συναγωγή) ή φραγμοί (ακτινοβολία).
Ένα σαφές παράδειγμα μονωτικών υλικών είναι αυτά που συνθέτουν ένα θερμός, τα οποία επιτρέπουν τη διατήρηση ενός ζεστού ή κρύου υγρού για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, επιβραδύνοντας την ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον.
Μονάδες μέτρησης μεταφοράς θερμότητας
Σύμφωνα με αυτόν Διεθνές Σύστημα Μετρήσεων, ο αγώγιμο ενός σώματος εκφράζεται σε τζάουλ (J), όπως για το δουλειά και το Ενέργεια. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλες μονάδες που χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μέτρηση της μεταφοράς θερμότητας:
- Χιλοθερμίδες (Kcal). ΕΝΑ θερμίδα ορίζεται ως η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί σε α βαθμοί Κελσίου θερμοκρασία ενός γραμμαρίου νερού. Είναι ένα μέτρο που χρησιμοποιείται συχνά στη διατροφή για τη μέτρηση του χημική ενέργεια που περιέχονται στα τρόφιμα. Μία κιλοθερμίδα ισούται με 1000 θερμίδες.
- BTU (από τα αγγλικά Βρετανική Μονάδα Θερμότητας ή βρετανική θερμική μονάδα). Ορίζεται ως η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία ενός κιλού νερού κατά ένα βαθμό Φαρενάιτ, που ισοδυναμεί με 252 θερμίδες. Αυτό το μέτρο χρησιμοποιείται συνήθως σε αγγλόφωνες χώρες, κυρίως στο Ηνωμένο Βασίλειο και τις Ηνωμένες Πολιτείες.