Parunāsim par to, kas ir siltuma pārnese. Šis termins attiecas uz enerģijas pārneses procesu vielā. To raksturo sarežģīts mehānisms, ko apraksta siltuma vienādojums.
Siltuma pārneses veidi
Kā tiek klasificēta siltuma pārnese? Siltuma vadīšana, konvekcija, starojums ir trīs enerģijas pārneses veidi, kas pastāv dabā.
Katrai no tām ir savas atšķirīgās īpašības, iezīmes, pielietojums tehnoloģijā.
Siltumvadītspēja
Siltuma daudzums tiek saprasts kā molekulu kinētiskās enerģijas summa. Kad tie saduras, tie spēj nodot daļu sava siltuma aukstajām daļiņām. Siltumvadītspēja maksimāli izpaužas cietās vielās, šķidrumiem mazāk raksturīga, gāzveida vielām absolūti nav raksturīga.
Kā piemēru, kas apstiprina cieto vielu spēju pārnest siltumu no vienas zonas uz otru, apsveriet šādu eksperimentu.
Ja piestiprināt metāla pogas uz tērauda stieples, tad stieples galu pieved pie degošas spirta lampas, pamazām pogas no tās sāks krist nost. Sildot, molekulas sāk kustēties ar lielāku ātrumu, biežāksaduras viens ar otru. Tieši šīs daļiņas nodod savu enerģiju un siltumu aukstākiem reģioniem. Ja šķidrumi un gāzes nenodrošina pietiekami ātru siltuma aizplūšanu, tas izraisa strauju temperatūras gradienta paaugstināšanos karstajā reģionā.
Siltuma starojums
Atbildot uz jautājumu, kāda veida siltuma pārnesi pavada enerģijas pārnese, ir jāņem vērā šī konkrētā metode. Starojuma pārnese ietver enerģijas pārnešanu ar elektromagnētiskā starojuma palīdzību. Šis variants tiek novērots 4000 K temperatūrā, un to raksturo siltuma vadīšanas vienādojums. Absorbcijas koeficients ir atkarīgs no noteiktas gāzes ķīmiskā sastāva, temperatūras, blīvuma.
Gaisa siltuma pārnesei ir noteikta robeža, palielinoties enerģijas plūsmai, palielinās temperatūras gradients, palielinās absorbcijas koeficients. Kad temperatūras gradienta vērtība pārsniedz adiabātisko gradientu, notiks konvekcija.
Kas ir siltuma pārnese? Šis ir fizisks process, kurā enerģija tiek pārnesta no karsta objekta uz aukstu, izmantojot tiešu kontaktu vai starpsienu, kas atdala materiālus.
Ja vienas sistēmas ķermeņiem ir dažādas temperatūras, tad enerģijas pārneses process notiek, līdz starp tiem tiek izveidots termodinamiskais līdzsvars.
Siltuma pārneses funkcijas
Kas ir siltuma pārnese? Kādas ir šīs parādības iezīmes? Jūs nevarat to pilnībā apturēt, jūs varat tikaisamazināt tā ātrumu? Vai siltuma pārnesi izmanto dabā un tehnoloģijās? Tā ir siltuma pārnese, kas pavada un raksturo daudzas dabas parādības: planētu un zvaigžņu evolūciju, meteoroloģiskos procesus uz mūsu planētas virsmas. Piemēram, kopā ar masas apmaiņu siltuma pārneses process ļauj analizēt iztvaikošanas dzesēšanu, žāvēšanu, difūziju. To veic starp diviem siltumenerģijas nesējiem caur cietu sienu, kas darbojas kā saskarne starp ķermeņiem.
Siltuma pārnese dabā un tehnoloģijās ir veids, kā raksturot atsevišķa ķermeņa stāvokli, analizējot termodinamiskās sistēmas īpašības.
Furjē likums
To sauc par siltuma vadīšanas likumu, jo tas sasaista kopējo siltuma zudumu jaudu, temperatūras starpību ar paralēlskaldņa šķērsgriezuma laukumu, tā garumu, kā arī ar siltumvadītspējas koeficientu. Piemēram, vakuumam šis rādītājs ir gandrīz nulle. Šīs parādības iemesls ir minimālā materiāla daļiņu koncentrācija vakuumā, kas var pārnest siltumu. Neskatoties uz šo iezīmi, vakuumā pastāv enerģijas pārneses variants ar starojumu. Apsveriet siltuma pārneses izmantošanu, pamatojoties uz termosu. Tās sienas ir izgatavotas dubultā, lai palielinātu atstarošanas procesu. Starp tām tiek izsūknēts gaiss, vienlaikus samazinot siltuma zudumus.
Konvekcija
Atbildot uz jautājumu, kas ir siltuma pārnese, apsveriet siltuma pārneses procesu šķidrumosvai gāzēs spontānas vai piespiedu sajaukšanas rezultātā. Piespiedu konvekcijas gadījumā vielas kustību izraisa ārējo spēku darbība: ventilatora lāpstiņas, sūknis. Līdzīga iespēja tiek izmantota situācijās, kad dabiskā konvekcija nav efektīva.
Dabisks process tiek novērots tajos gadījumos, kad, nevienmērīgi karsējot, tiek uzkarsēti vielas apakšējie slāņi. To blīvums samazinās, tie paceļas. Augšējie slāņi, gluži pretēji, atdziest, kļūst smagāki un nogrimst. Tālāk process atkārtojas vairākas reizes, un maisīšanas laikā tiek novērota pašorganizēšanās virpuļu struktūrā, no konvekcijas šūnām veidojas regulārs režģis.
Dabiskās konvekcijas dēļ veidojas mākoņi, nokrīt nokrišņi un pārvietojas tektoniskās plāksnes. Konvekcijas ceļā uz Saules veidojas granulas.
Pareiza siltuma pārneses izmantošana nodrošina minimālus siltuma zudumus, maksimālu patēriņu.
Konvekcijas būtība
Lai izskaidrotu konvekciju, varat izmantot Arhimēda likumu, kā arī cietvielu un šķidrumu termisko izplešanos. Paaugstinoties temperatūrai, šķidruma tilpums palielinās un blīvums samazinās. Arhimēda spēka ietekmē vieglāks (uzkarsēts) šķidrums tiecas uz augšu, un auksti (blīvi) slāņi nokrīt, pakāpeniski sasilstot.
Kad šķidrumu karsē no augšas, siltais šķidrums paliek sākotnējā stāvoklī, tāpēc konvekcija netiek novērota. Šādi darbojas ciklsšķidrums, ko pavada enerģijas pārnešana no siltām vietām uz aukstām vietām. Gāzēs konvekcija notiek pēc līdzīga mehānisma.
No termodinamiskā viedokļa konvekcija tiek uzskatīta par siltuma pārneses variantu, kurā iekšējās enerģijas pārnešana notiek ar atsevišķām nevienmērīgi uzkarsētu vielu plūsmām. Līdzīga parādība notiek dabā un ikdienas dzīvē. Piemēram, apkures radiatori ir uzstādīti minimālā augstumā no grīdas, netālu no palodzes.
Aukstais gaiss tiek uzsildīts ar akumulatoru, tad pamazām paceļas uz augšu, kur sajaucas ar aukstām gaisa masām, kas nolaižas no loga. Konvekcijas rezultātā telpā tiek nodrošināta vienmērīga temperatūra.
Visbiežākie atmosfēras konvekcijas piemēri ir vēji: musons, vēsmas. Gaiss, kas uzsilst virs dažiem Zemes fragmentiem, atdziest pār citiem, kā rezultātā tas cirkulē, tiek pārnests mitrums un enerģija.
Dabiskās konvekcijas iezīmes
To ietekmē vairāki faktori vienlaikus. Piemēram, dabiskās konvekcijas ātrumu ietekmē Zemes ikdienas kustība, jūras straumes un virsmas topogrāfija. Tieši konvekcija ir pamats izkļūšanai no vulkānu krāteriem un dūmu caurulēm, kalnu veidošanai, dažādu putnu planēšanai.
Nobeigumā
Siltuma starojums ir elektromagnētisks process ar nepārtrauktu spektru, ko izstaro viela, kas notiek iekšējās enerģijas ietekmē. Lai veiktu termiskā starojuma aprēķinus, inFizika izmanto melnā ķermeņa modeli. Aprakstiet termisko starojumu, izmantojot Stefana-Bolcmaņa likumu. Šāda ķermeņa starojuma jauda ir tieši proporcionāla ķermeņa virsmas laukumam un temperatūrai, kas ņemta līdz ceturtajai pakāpei.
Siltumvadītspēja ir iespējama jebkuros ķermeņos, kuriem ir nevienmērīgs temperatūras sadalījums. Parādības būtība ir molekulu un atomu kinētiskās enerģijas izmaiņas, kas nosaka ķermeņa temperatūru. Dažos gadījumos siltumvadītspēja tiek uzskatīta par noteiktas vielas kvantitatīvo spēju vadīt siltumu.
Liela mēroga siltumenerģijas apmaiņas procesi neaprobežojas tikai ar zemes virsmas sildīšanu ar saules starojumu.
Spēcīgas konvekcijas straumes zemes atmosfērā raksturo laika apstākļu izmaiņas visā planētā. Ar temperatūras atšķirībām atmosfērā starp polārajiem un ekvatoriālajiem apgabaliem rodas konvekcijas plūsmas: strūklas plūsmas, pasāta vēji, aukstās un siltās frontes.
Siltuma pārnešana no zemes kodola uz virsmu izraisa vulkānu izvirdumus, geizeru rašanos. Daudzos reģionos ģeotermālo enerģiju izmanto, lai ražotu elektroenerģiju, apsildītu dzīvojamās un ražošanas telpas.
Tieši siltums kļūst par obligātu daudzu ražošanas tehnoloģiju dalībnieku. Piemēram, metālu apstrāde un kausēšana, pārtikas ražošana, naftas pārstrāde, dzinēju darbība – tas viss tiek veikts tikai siltumenerģijas klātbūtnē.
