Cos'è il trasferimento di calore? Trasferimento di calore in natura e tecnologia

Parliamo di cosa è il trasferimento di calore. Con questo termine intendiamo il processo di trasferimento di energia nella materia. È caratterizzato da un meccanismo complesso, descritto dall'equazione della conducibilità termica.

Tipi di trasferimento di calore

Come si divide il trasferimento di calore? Conduttività termica, convezione, radiazione sono tre modi di trasferimento di energia che esistono in natura.

Ognuno di loro ha le sue caratteristiche distintive, caratteristiche, applicazioni nella tecnologia.

Conducibilità termica

Per la quantità di calore intendiamo la sommaenergia cinetica delle molecole. Possono trasmettere parte del loro calore a particelle fredde in caso di collisione. La conducibilità termica si manifesta al massimo nei solidi, meno caratteristica dei liquidi, assolutamente non caratteristica delle sostanze gassose.

Ad esempio, confermando la capacità dei solidi di trasferire il calore da un sito all'altro, si consideri il seguente esperimento.

Se il filo di acciaio è fissobottoni di metallo, quindi porta l'estremità del filo alla lampada ad acqua che brucia, gradualmente i pulsanti iniziano a cadere. Quando vengono riscaldate, le molecole iniziano a muoversi ad una velocità maggiore, spesso in collisione tra loro. Sono queste particelle che danno energia e calore alle regioni più fredde. Se il liquido e il gas non forniscono un deflusso di calore sufficientemente rapido, ciò porta ad un forte aumento del gradiente di temperatura nella regione calda.

Radiazione termica

Rispondere alla domanda su che tipo di trasferimento di caloreaccompagnato dal trasferimento di energia, è necessario notare questo metodo. Il trasferimento di radiazioni implica la trasmissione di energia mediante radiazione elettromagnetica. Questa variante è osservata ad una temperatura di 4000 K, descritta dall'equazione della conducibilità termica. Il coefficiente di assorbimento dipende dalla composizione chimica, dalla temperatura e dalla densità di un gas specifico.

Il trasferimento di calore dell'aria ha un certo limite,Con un aumento del flusso di energia, il gradiente di temperatura aumenta, il coefficiente di assorbimento aumenta. Dopo che il valore del gradiente di temperatura supera il gradiente adiabatico, si verificherà la convezione.

Cos'è il trasferimento di calore? Questo è il processo fisico di trasferimento di energia da un oggetto caldo a un oggetto freddo per contatto diretto o attraverso una partizione che separa i materiali.

Se i corpi di un sistema hanno temperature diverse, allora il processo di trasferimento di energia ha luogo fino a quando non viene stabilito l'equilibrio termodinamico tra di loro.

Caratteristiche di trasferimento di calore

Cos'è il trasferimento di calore? Quali sono le caratteristiche di questo fenomeno? Non può essere fermato completamente, possiamo solo ridurre la sua velocità di flusso? Il trasferimento di calore è utilizzato in natura e tecnologia? È lo scambio di calore che accompagna e caratterizza molti fenomeni naturali: l'evoluzione dei pianeti e delle stelle, i processi meteorologici sulla superficie del nostro pianeta. Ad esempio, insieme allo scambio di massa, il processo di trasferimento del calore consente di analizzare il raffreddamento, l'essiccazione, la diffusione dell'evaporazione. Viene effettuato tra due portatori di energia termica attraverso una parete solida che funge da interfaccia tra i corpi.

Il trasferimento di calore in natura e la tecnologia è un modo di caratterizzare lo stato di un corpo individuale, analizzando le proprietà di un sistema termodinamico.

La legge di Fourier

Si chiama legge della conduzione del calore, perchési riferisce alla potenza totale delle perdite di calore, alla differenza di temperatura con l'area del parallelepipedo, alla sua lunghezza e anche al coefficiente di conducibilità termica. Ad esempio, per un vuoto, questo indicatore è praticamente zero. La ragione di questo fenomeno è la concentrazione minima di particelle di materiale in un vuoto che può trasportare calore. Nonostante una caratteristica simile, nel vuoto esiste una variante del trasferimento di energia per irraggiamento. L'applicazione del trasferimento di calore sarà presa in considerazione sulla base del thermos. Le pareti di esso sono rese doppie per aumentare il processo di riflessione. Tra di loro pompato fuori l'aria, riducendo la perdita di calore.

convezione

Rispondere alla domanda su cosa è il trasferimento di calore,Consideriamo il processo di trasferimento di calore in liquidi o gas mediante miscelazione spontanea o forzata. Nel caso di convezione forzata, il movimento della sostanza è causato dall'azione di forze esterne: le pale del ventilatore, la pompa. Un'opzione simile è usata in quelle situazioni in cui la convezione naturale non è efficace.

In questi casi si osserva un processo naturalequando, con il riscaldamento non uniforme, gli strati inferiori di materia vengono riscaldati. La loro densità diminuisce, salgono. Gli strati superiori, d'altra parte, sono raffreddati, più pesanti, più in basso. Inoltre, il processo viene ripetutamente ripetuto e, con la miscelazione, si osserva l'auto-organizzazione nella struttura dei vortici, un reticolo regolare viene formato dalle cellule di convezione.

A causa della convezione naturale, si formano nuvole, precipitazione di precipitazione atmosferica, movimento delle placche tettoniche. È per convezione sul sole che si formano i granuli.

L'uso corretto del trasferimento di calore garantisce una minima perdita di calore, massimo consumo.

Essenza di convezione

Per spiegare la convezione, si può usare la leggeArchimede, così come l'espansione termica di solidi e liquidi. All'aumentare della temperatura, il volume del liquido aumenta, la densità diminuisce. Sotto l'influenza di forze tende verso l'alto Archimede accenditore (riscaldato) un liquido, e fredde strati (densi) cadere gradualmente riscaldato.

Nel caso di riscaldamento del liquido dall'alto, un liquido caldorimane nella posizione iniziale, quindi la convezione non viene osservata. È così che scorre il fluido, che è accompagnato dal trasferimento di energia dalle aree riscaldate ai luoghi freddi. Nei gas, la convezione avviene con un meccanismo simile.

Dal punto di vista termodinamico, convezionesono considerati come una variante del trasferimento di calore, in cui il trasferimento di energia interna passa da flussi separati di sostanze riscaldate in modo non uniforme. Un fenomeno simile si verifica in natura e nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, i radiatori di riscaldamento sono installati ad un'altezza minima dal pavimento, vicino al davanzale della finestra.

L'aria fredda viene riscaldata dalla batteria, quindisale gradualmente, dove si mescola con le masse d'aria fredda, che vengono abbassate dalla finestra. La convezione porta alla creazione di una temperatura uniforme nella stanza.

Tra gli esempi comuni di atmosfericoventi di convezione: monsoni, brezze. L'aria che riscalda alcuni frammenti della Terra si raffredda sugli altri, a causa della quale si verifica la sua circolazione, e l'umidità e l'energia vengono trasferite.

Caratteristiche della convezione naturale

Diversi fattori lo influenzano contemporaneamente. Ad esempio, il movimento quotidiano della Terra, le correnti marine e il rilievo superficiale influenzano il tasso di convezione naturale. È la convezione che è la base per l'uscita dei crateri del vulcano e delle condutture del fumo, la formazione delle montagne, il galleggiamento di vari uccelli.

In conclusione

La radiazione termica è elettromagneticail processo con uno spettro continuo, che viene emesso dalla materia, deriva dall'energia interna. Per condurre i calcoli delle radiazioni termiche, in fisica viene utilizzato un modello di corpo nero. Le radiazioni termiche sono descritte usando la legge di Stefan-Boltzmann. Il potere di radiazione di un tale corpo è direttamente proporzionale all'area della superficie e alla temperatura corporea presa alla quarta potenza.

La conducibilità termica è possibile in tutti i corpi cheavere una distribuzione di temperatura disomogenea. L'essenza del fenomeno consiste nel cambiare l'energia cinetica delle molecole e degli atomi, che determina la temperatura del corpo. In alcuni casi, la conduzione del calore è considerata una capacità quantitativa di una determinata sostanza per condurre il calore.

I processi di scala dello scambio di energia termica non si limitano al riscaldamento della superficie terrestre mediante la radiazione solare.

Correnti di convezione gravi nell'atmosfera terrestresono caratterizzati da cambiamenti sull'intero pianeta delle condizioni meteorologiche. Quando la temperatura scende nell'atmosfera tra regioni polari ed equatoriali sorgono flussi di convezione: correnti a getto, alisei, freddi e fronti caldi.

Il trasferimento di calore dal nucleo terrestre alla superficieprovoca eruzioni vulcaniche, l'emergere di geyser. In molte regioni, l'energia geotermica viene utilizzata per generare elettricità, per riscaldare locali residenziali e industriali.

È il calore che diventa un partecipante obbligatoriomolte tecnologie di produzione. Ad esempio, lavorazione e fusione di metalli, produzione alimentare, raffinazione del petrolio, funzionamento del motore - tutto questo viene fatto solo in presenza di energia termica.