Typer varmeoverføring: varmeoverføringskoeffisient

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Enhver materiell kropp har en egenskap som varme, som kan øke og avta. Varme er ikke en materiell substans: som en del av den indre energien til et stoff oppstår den som et resultat av bevegelse og interaksjon mellom molekyler. Siden varmen til forskjellige stoffer kan variere, er det en prosess med å overføre varme fra et varmere stoff til et stoff med mindre varme. Denne prosessen kalles varmeoverføring. Vi vil vurdere hovedtypene for varmeoverføring og virkningsmekanismene i denne artikkelen.

Bestemmelse av varmeoverføring

Varmeoverføring, eller prosessen med temperaturoverføring, kan forekomme både inne i stoffet og fra ett stoff til et annet. Samtidig avhenger varmeoverføringens intensitet i stor grad av materiens fysiske egenskaper, stoffenes temperatur (hvis flere stoffer deltar i varmeoverføringen) og fysikkens lover. Varmeoverføring er en prosess som alltid foregår ensidig. Hovedprinsippet for varmeoverføring er at den varmeste kroppen alltid avgir varme til en gjenstand med lavere temperatur. For eksempel, når du stryker klær, et varmt strykejerngir varme til buksene, og ikke omvendt. Varmeoverføring er et tidsavhengig fenomen som kjennetegner den irreversible fordelingen av varme i rommet.

Varmeoverføringsmekanismer

Mekanismer for termisk interaksjon av stoffer kan ha forskjellige former. Det er tre typer varmeoverføring i naturen:

1. Vermeledningsevne er en mekanisme for intermolekylær varmeoverføring fra en del av kroppen til en annen eller til en annen gjenstand. Egenskapen er basert på inhomogeniteten til temperaturen i stoffene som vurderes.
2. Konveksjon - varmeveksling mellom flytende medier (væske, luft).
3. Strålingsvirkning er overføring av varme fra oppvarmede og oppvarmede legemer (kilder) på grunn av deres energi i form av elektromagnetiske bølger med konstant spektrum.

La oss vurdere de listede typene varmeoverføring mer detaljert.

Vermeledningsevne

Oftest observeres termisk ledningsevne i faste stoffer. Hvis det under påvirkning av noen faktorer dukker opp områder med forskjellige temperaturer i samme stoff, vil termisk energi fra et varmere område gå over til et kaldt. I noen tilfeller kan dette fenomenet til og med observeres visuelt. For eksempel, hvis vi tar en metallstang, for eksempel en nål, og varmer den i brann, vil vi etter en stund se hvordan termisk energi overføres gjennom nålen, og danner en glød i et bestemt område. Samtidig, på et sted hvor temperaturen er høyere, er gløden lysere og omvendt, der t er lavere, er det mørkere. Varmeledning kan også observeres mellom to kropper (et krus varm te og en hånd)

Intensiteten til varmefluksoverføring avhenger av mange faktorer, hvor forholdet ble avslørt av den franske matematikeren Fourier. Disse faktorene inkluderer først og fremst temperaturgradienten (forholdet mellom temperaturforskjellen ved endene av stangen og avstanden fra den ene enden til den andre), kroppens tverrsnittsareal og varmeledningskoeffisienten (det er forskjellig for alle stoffer, men det høyeste er observert i metaller). Den viktigste koeffisienten for varmeledningsevne er observert i kobber og aluminium. Det er ikke overraskende at disse to metallene oftere brukes til fremstilling av elektriske ledninger. I henhold til Fourierloven kan varmefluksen økes eller reduseres ved å endre en av disse parameterne.

Konveksjonstyper for varmeoverføring

Konveksjon, som hovedsakelig er karakteristisk for gasser og væsker, har to komponenter: intermolekylær termisk ledningsevne og bevegelse (fordeling) av mediet. Virkningsmekanismen for konveksjon skjer som følger: med en økning i temperaturen til et flytende stoff begynner molekylene å bevege seg mer aktivt, og i fravær av romlige begrensninger øker volumet av stoffet. Konsekvensen av denne prosessen vil være en reduksjon i stoffets tetthet og dens oppadgående bevegelse. Et slående eksempel på konveksjon er bevegelsen av luft oppvarmet av en radiator fra et batteri til taket.

Skill mellom fri og tvungen konvektiv type varmeoverføring. Varmeoverføring og massebevegelse i den frie typen skjer på grunn av stoffets heterogenitet, det vil si at den varme væsken stiger over den kalde naturligemåte uten å bli påvirket av ytre krefter (f.eks. oppvarming av et rom med sentralvarme). Ved tvungen konveksjon skjer bevegelsen av massen under påvirkning av ytre krefter, for eksempel å røre te med en skje.

Strålingsvarmeoverføring

Strålende eller strålingsvarmeoverføring kan skje uten kontakt med en annen gjenstand eller substans, derfor er det mulig selv i et luftfritt rom (vakuum). Strålingsvarmeoverføring er iboende i alle legemer i større eller mindre grad og manifesterer seg i form av elektromagnetiske bølger med et kontinuerlig spektrum. Et godt eksempel på dette er solen. Virkningsmekanismen er som følger: kroppen utstråler kontinuerlig en viss mengde varme inn i rommet som omgir den. Når denne energien treffer et annet objekt eller stoff, absorberes en del av den, den andre delen passerer gjennom, og den tredje delen reflekteres inn i miljøet. Enhver gjenstand kan både utstråle varme og absorbere, mens mørke stoffer er i stand til å absorbere mer varme enn lyse.

Kombinerte varmeoverføringsmekanismer

I naturen finnes det sjelden typer varmeoverføringsprosesser separat. Mye oftere kan de sees sammen. I termodynamikk har disse kombinasjonene til og med navn, for eksempel er termisk ledningsevne + konveksjon konvektiv varmeoverføring, og termisk ledningsevne + termisk stråling kalles strålingsledende varmeoverføring. I tillegg finnes det slike kombinerte typer varmeoverføring som:

• Varmespredning -bevegelsen av termisk energi mellom en gass eller væske og et fast stoff.
• Varmeoverføring er overføring av t fra en sak til en annen gjennom en mekanisk hindring.
• Konvektiv-stråling varmeoverføring dannes ved å kombinere konveksjon og termisk stråling.

Typer varmeoverføring i naturen (eksempler)

Varmeoverføring i naturen spiller en enorm rolle og er ikke begrenset til oppvarming av kloden med solstråler. Omfattende konveksjonsstrømmer, som bevegelse av luftmasser, bestemmer i stor grad været over hele planeten vår.

Den termiske ledningsevnen til jordens kjerne fører til utseendet av geysirer og utbrudd av vulkanske bergarter. Dette er bare noen få eksempler på varmeoverføring på global skala. Sammen danner de typene konvektiv varmeoverføring og strålingsledende varmeoverføringer som er nødvendige for å opprettholde liv på planeten vår.

Bruken av varmeoverføring i antropologiske aktiviteter

Varme er en viktig komponent i nesten alle produksjonsprosesser. Det er vanskelig å si hvilken type varmeveksling som brukes av mennesket mest av alt i samfunnsøkonomien. Sannsynligvis alle tre samtidig. Varmeoverføringsprosesser brukes til å smelte metaller, og produserer et stort utvalg varer, fra hverdagslige gjenstander til romfartøy.

Ekstremt viktig for sivilisasjonen er termiske enheter som er i stand til å konvertere termisk energi til nyttig kraft. Blantde kan kalles bensin, diesel, kompressor, turbinenheter. Til arbeidet sitt bruker de forskjellige typer varmeoverføring.