Vrste prijenosa topline: koeficijent prijenosa topline

Svako materijalno tijelo posjeduje takvukarakteristična kao toplina, koja se može povećati i smanjivati. Toplina nije materijalna tvar: kao dio unutarnje energije tvari, nastaje zbog kretanja i interakcije molekula. Budući da se toplina različitih tvari može razlikovati, proces prijenosa topline iz toplije tvari u tvar koja ima manje topline javlja se. Taj se proces naziva prijenos topline. Glavne vrste prijenosa topline i mehanizmi njihovog djelovanja bit će razmotreni u ovom članku.

Definicija prijenosa topline

Prijenos topline ili prijenos temperature,može se pojaviti i unutar materije i iz jedne supstance u drugu. U tom slučaju, intenzitet prijenosa topline u velikoj mjeri ovisi o fizikalnim svojstvima tvari, temperaturi tvari (ako je nekoliko tvari uključeno u izmjenu topline) i zakonima fizike. Prijelaz topline je proces koji uvijek prolazi jednostrano. Glavno načelo prijenosa topline je to što najjače tijelo uvijek daje toplinu objektu s nižom temperaturom. Na primjer, kada glačati odjeću, vruće glačalo daje toplinu na hlače, a ne obrnuto. Prijelaz topline je fenomen koji ovisi o privremenom pokazatelju koji karakterizira nepovratnu raspodjelu topline u prostoru.

Mehanizmi prijenosa topline

Mehanizmi toplinske interakcije tvari mogu imati različite oblike. Postoje tri vrste razmjene topline u prirodi:

1. Provođenje topline je mehanizam intermolekularnog prijenosa topline iz jednog dijela tijela u drugi ili drugog objekta. Nekretnina se temelji na temperaturnoj heterogenosti u ispitanim tvari.
2. Konvekcija - prijenos topline između tekućina (tekućina, zrak).
3. Izlaganje zračenju je prijenos topline iz tijela (izvora) koji se grije i grije na račun svoje energije u obliku elektromagnetskih valova konstantnim spektrom.

Razmotrite ove vrste prijenosa topline detaljnije.

Toplinska vodljivost

Najčešće se toplinska vodljivost promatra u krutom stanjuTijela. Ako se pod utjecajem nekih čimbenika pojavljuju površine s različitim temperaturama u istoj tvari, toplinska energija iz više grijanog područja prenijet će se na hladnu. Slična se pojava u nekim slučajevima može promatrati čak i vizualno. Na primjer, ako uzmemo metalnu šipku, recimo iglu i zagrijavamo ga na vatri, nakon nekog vremena vidjet ćemo kako se toplinska energija prenosi uz iglu, stvarajući određeni sjaj u određenom području. U tom slučaju, na mjestu gdje je temperatura veća, sjaj je svjetliji, a obrnuto, t je niži, tamniji je. Termička vodljivost može se promatrati i između dva tijela (šalicu vrućeg čaja i ruku)

Ovisi o intenzitetu prijenosa toplineod mnogih čimbenika, omjer koji je otkrio francuski matematičar Fourier. Ti čimbenici prvenstveno uključuju temperaturni gradijent (omjer razlike temperature na krajevima štapića do udaljenosti od jednog do drugog kraja), područje poprečnog presjeka tijela i koeficijent toplinske vodljivosti (za sve tvari je različit, ali najviši je za metale). Najznačajniji koeficijent toplinske provodljivosti opažen je u bakru i aluminiju. Ne čudi da se ta dva metala češće koriste u proizvodnji električnih žica. Prema Fourierovom zakonu, toplinski tok može se povećati ili smanjiti promjenom jednog od ovih parametara.

Konvekcijske vrste izmjene topline

Konvekcija, osobito uglavnom plinovima itekućine, ima dvije komponente: intermolekularna toplinska vodljivost i kretanje (distribucija) medija. Mehanizam djelovanja konvekcije događa se kako slijedi: kako temperatura tvari koja teče, povećava se molekula, te se u nedostatku prostornih ograničenja povećava volumen tvari. Posljedica tog postupka bit će smanjenje gustoće tvari i njegovo kretanje prema gore. Izvanredan primjer konvekcije je kretanje zraka grijanog zrakom od akumulatora do stropa.

Razlika između slobodnog i prisilnog konvektivnogvrste prijenosa topline. Prijelaz topline i masovno kretanje u slobodnom tipu nastaje zbog heterogenosti tvari, tj. Vruća tekućina raste iznad hladnoće, bez utjecaja vanjskih sila (na primjer zagrijavanje sobe s centralnim grijanjem). Kod prisilne konvekcije, kretanje mase događa se pod djelovanjem vanjskih sila, na primjer, miješanjem čaja s žlicom.

Zagrijavanje topline

Prijenos topline zračenja ili zračenja može bitidogodi se bez kontakta s drugim predmetom ili supstancom, stoga je moguće čak iu zračnom prostoru (vakuumu). Prijelaz topline od zračenja je u svim tijelima u većoj ili manjoj mjeri inherentan i manifestira se u obliku elektromagnetskih valova kontinuiranim spektrom. Živi primjer toga su sunčeve zrake. Mehanizam djelovanja je sljedeći: tijelo neprekidno emitira određenu količinu topline u okolni prostor. Kada ta energija ulazi u drugi predmet ili supstancu, dio se apsorbira, drugi dio prolazi, a treći se odražava u okruženju. Svaki objekt može i zračiti toplinom i apsorbirati, dok tamne supstance mogu apsorbirati više topline nego one svjetlosti.

Kombinirani mehanizmi prijenosa topline

U prirodi, vrste procesa izmjene topline rijetkosastati se odvojeno. Češće se mogu promatrati u skupini. U termodinamici, te kombinacije imaju čak i imena, recimo, toplinska vodljivost + konvekcija - to je konvektivni prijenos topline, a toplinska vodljivost + toplinsko zračenje nazivamo radijacijsko-vodljivi prijenos topline. Osim toga, oni razlikuju takve kombinirane vrste izmjene topline kao:

• Prijelaz topline je kretanje topline između plina ili tekućine i čvrstog tijela.
• Prijenos topline je prijenos t iz jedne stvari u drugu preko mehaničke prepreke.
• Konvektivni prijenos zračenja topline oblikovan je kombinacijom konvekcije i toplinskog zračenja.

Vrste prijenosa topline u prirodi (primjeri)

Razmjena topline u prirodi igra veliku ulogu, a neograničeno na zagrijavanje globusa sunčevom svjetlošću. Opsežne struje konvekcije, kao što su kretanje zračnih masa, uglavnom određuju vrijeme na našem planetu.

To dovodi do toplinske vodljivosti jezgre Zemljegejziri i vulkanske erupcije. Ovo je tek mali dio primjera izmjene topline na globalnoj razini. Zajedno stvaraju vrste konvektivnog prijenosa topline i zračenja vodljivih tipova prijenosa topline potrebne za održavanje života na našem planetu.

Korištenje prijenosa topline u antropološkim aktivnostima

Toplina je važna komponenta gotovo svih.proizvodni procesi. Teško je reći kakvu vrstu izmjene topline čovjek koristi najviše u nacionalnom gospodarstvu. Vjerojatno sva tri u isto vrijeme. Zahvaljujući procesima prijenosa topline, metal se smrzava, proizvodi se velika količina robe, počevši od svakodnevnih predmeta i završava sa svemirskim brodovima.

Izuzetno su važni za civilizacijutoplinske jedinice koje mogu pretvoriti toplinsku energiju u korisnu silu. Među njima su benzin, dizel, kompresor, turbinske instalacije. Za svoj rad koriste različite vrste prijenosa topline.