Šilumos perdavimo būdai: šilumos perdavimo koeficientas

Bet koks materialus kūnas turi tokią savybę kaip šiluma, kuri gali didėti ir mažėti. Šiluma nėra materiali medžiaga: kaip materijos vidinės energijos dalis ji kyla iš judesio ir molekulių sąveikos. Kadangi įvairių medžiagų šiluma gali skirtis, atliekamas šilumos perdavimo procesas nuo šiltesnės medžiagos iki mažesnės šilumos medžiagos. Šis procesas vadinamas šilumos perdavimu. Šio straipsnio pagrindu aptarsime pagrindinius šilumos perdavimo būdus ir jų veikimo mechanizmus.

Šilumos perdavimo nustatymas

Šilumos perdavimas arba temperatūros perkėlimo procesas gali atsirasti tiek medžiagoje, tiek iš vienos medžiagos į kitą. Tuo pačiu metu šilumos mainų intensyvumas daugiausia priklauso nuo medžiagos fizikinių savybių, medžiagų temperatūros (jei šilumos mainuose dalyvauja kelios medžiagos) ir fizikos įstatymai. Šilumos perdavimas yra procesas, kuris visada vyksta vienašališkai. Pagrindinis šilumos mainų principas yra tas, kad labiausiai šildomas kūnas visada suteikia šilumą objektui su žemesne temperatūra. Pavyzdžiui, lyginant drabužius karštas geležis suteikia šilumą kelnių, o ne atvirkščiai. Šilumos perdavimas yra reiškinys, priklausomas nuo laiko indekso, apibūdinančio negrįžtamą šilumos plitimą erdvėje.

Šilumos perdavimo mechanizmai

Medžiagų šiluminės sąveikos mechanizmai gali būti skirtingi. Yra trys šilumos mainų tipai:

1. Šilumos laidumas yra tarpmolekulinio šilumos perdavimo mechanizmas iš vienos kūno dalies į kitą arba į kitą objektą. Turtas grindžiamas nagrinėjamų medžiagų nehomogeniškumu temperatūroje.
2. Konvekcija - šilumos mainai tarp skysčių (skysčio, oro).
3. Radiacinė ekspozicija yra šilumos perdavimas iš karštų kūnų, šildomų energijos (šaltinių) elektromagnetinių bangų forma su nuolatiniu spektru.

Apsvarstykite išvardytus šilumos mainų tipus išsamiau.

Šilumos laidumas

Dažniausiai šilumos laidumas pastebimas kietosiose medžiagose. Jei kai kurių veiksnių įtaka tam pačiai medžiagai atsiranda skirtingos temperatūros regionai, šiluminė energija iš šildomos sekcijos pereina prie šalto. Kai kuriais atvejais šis reiškinys gali būti pastebimas net vizualiai. Pavyzdžiui, jei naudojate metalinį lazdele, tarkim, adatą ir šildykite ugnį, po kurio laiko pamatysite, kaip per švirkštą perduodama šilumos energija, tam tikroje srityje susidaro švytėjimas. Tuo pačiu metu, kai temperatūra yra aukštesnė, švytėjimas yra ryškesnis ir, atvirkščiai, ten, kur t yra mažesnis, jis tamsesnis. Šilumos laidumas taip pat gali būti stebimas tarp dviejų kūnų (karšto arbatos ranka ir ranka)

Šilumos srauto perdavimo intensyvumas priklauso nuo daugelio veiksnių, kurių santykį nustatė prancūzų matematikas Furjė. Šie veiksniai visų pirma apima temperatūros gradientą (temperatūros skirtumo santykis strypų galuose ir atstumą nuo vieno galo iki kito), kūno skerspjūvio ploto ir šilumos laidumo koeficientą (visų medžiagų atveju jis skiriasi, bet didžiausias metalams). Svarbiausias šilumos laidumo koeficientas yra vario ir aliuminio. Nenuostabu, kad šie du metalai dažniausiai naudojami elektros laidų gamybai. Pagal Furjės įstatymą šilumos srautas gali būti padidintas ar sumažintas, pakeitus vieną iš šių parametrų.

Šilumos perdavimo konvekciniai tipai

Konvoliucija, būdinga daugiausia dujoms ir skysčiams, turi dvi sudedamąsias dalis: tarpsluoksnį šilumos laidumą ir terpės judesį (dauginimąsi). Konvekcijos veikimo mechanizmas vyksta taip: padidėja jo molekulės tekančios medžiagos temperatūra, prasideda aktyvesnis judėjimas, o jei nėra erdvinių apribojimų, medžiagų kiekis padidėja. Šio proceso pasekmė - medžiagos tankio ir jo judėjimo į apačią mažėjimas. Ryškus konvekcijos pavyzdys - tai radiatoriaus šildomo oro judėjimas iš baterijos į lubas.

Yra laisvos ir priverstinės konvekcinės šilumos mainų rūšys. Dėl to, kad cheminė medžiaga yra heterogeniška, karštas skystis natūraliai kyla aukščiau šalto, o ne išorinių jėgų įtaka (pavyzdžiui, kambario šildymas per centrinį šildymą) atsiranda šilumos perdavimas ir masinis judėjimas laisva forma. Kai priversta konvekcija, masinis judėjimas vyksta išorinių jėgų įtakoje, pvz., Arbatos maišydamas su šaukštu.

Spindulinis šilumos perdavimas

Radiacinis arba radiacinis šilumos perdavimas gali pasireikšti be kontakto su kitu objektu ar medžiaga, taigi tai įmanoma ir be oro erdvės (vakuumas). Radiacinis šilumos perdavimas yra būdingas visoms kūnoms didesne ar mažesne apimtimi ir pasireiškia elektromagnetinių bangų, turinčių nuolatinį spektrą. Ryškus pavyzdys yra saulės spinduliai. Veiksmų mechanizmas yra toks: kūnas nuolat spinduliuoja tam tikrą šilumos kiekį į aplinkinę erdvę. Kai ši energija trenkia kitam objektui ar medžiagai, jo dalis absorbuojama, antroji dalis praeina, o trečioji atsiskleidžia aplinkoje. Bet koks objektas gali spinduliuoti šilumą ir sugerti, o tamsios medžiagos gali sugerti daugiau šilumos nei šviesos.

Kombinuoti šilumos perdavimo mechanizmai

Gamtoje šilumos mainų būdai retai būna atskirai. Daug dažniau juos galima stebėti kartu. Termodinamikos požiūriu šiuose deriniuose netgi vardai, tarkim, šilumos laidumas + konvekcija yra konvekcinis šilumos perdavimas, o šilumos laidumas + šiluminė spinduliuotė vadinama spinduliuojančiu šilumos perdavimu. Be to, yra tokie kombinuoti šilumos mainų tipai:

• Šilumos perdavimas - šilumos energijos judėjimas tarp dujų ar skysto ir kieto.
• Šilumos perdavimas yra t perkėlimas iš vieno medžiagos į kitą mechanine kliūtimi.
• Konvektyvaus spinduliavimo šilumos mainai formuojami derinant konvekciją ir šilumą.

Šilumos perdavimo būdai gamtoje (pavyzdžiai)

Šilumos perdavimas gamtoje atlieka didžiulį vaidmenį ir neapsiriboja pasaulinio šildymo saulės spinduliais. Platus konvekcinės srovės, tokios kaip oro masės judėjimas, daugiausia lemia orą visoje mūsų planetoje.

Žemės šerdies šilumos laidumas sukelia geizorių atsiradimą ir ugnikalnių akmenų išsiveržimą. Tai tik maža dalis šilumos mainų pavyzdžių visame pasaulyje. Kartu jie sudaro konvekcinio šilumos perdavimo ir spinduliuotę sukeliančių šilumos perdavimo būdų, būtinų palaikyti gyvenimą mūsų planetoje.

Šilumos mainų naudojimas antropologinėje veikloje

Šiluma yra svarbi beveik visų gamybos procesų dalis. Sunku pasakyti, kokio tipo šilumos mainai žmogus labiausiai naudoja šalies ekonomikoje. Tikriausiai visi trys tuo pačiu metu. Dėl šilumos perdavimo procesų vyksta metalų lydymas, daugybės prekių gamyba iš kasdienių daiktų į kosminius laivus.

Labai svarbu civilizacijai yra terminiai agregatai, kurie gali paversti šiluminę energiją naudinga jėga. Tarp jų galime pavadinti benziną, dyzeliną, kompresorių, turbinos agregatus. Savo darbe jie naudoja skirtingus šilumos mainus.