Ethvert materielt legeme har sådankarakteristisk som varme, som kan øges og formindskes. Varme er ikke et materielt stof: som en del af et indre indre energi opstår det som et resultat af molekylers bevægelse og interaktion. Da varmen fra forskellige stoffer kan variere, opstår der en proces med varmeoverførsel fra et varmere stof til et stof med mindre varme. Denne proces kaldes varmeoverførsel. De vigtigste typer varmeoverførsel og mekanismerne til deres handling vil vi overveje i denne artikel.
Varmeoverførsel eller temperaturoverførselsproces,kan forekomme både inden for materie og fra et stof til et andet. Samtidig afhænger varmeoverførselsintensiteten i vid udstrækning af de fysiske egenskaber ved stof, temperaturen på stoffer (hvis flere stoffer er involveret i varmeoverførslen) og fysikkens love. Varmeoverførsel er en proces, der altid foregår ensidigt. Hovedprincippet for varmeoverførsel er, at det mest opvarmede legeme altid afgiver varme til et objekt med en lavere temperatur. For eksempel, når man stryger tøj, afgiver et varmt strygejern varme til bukserne, og ikke omvendt. Varmeoverførsel er et tidsafhængigt fænomen, der kendetegner den irreversible fordeling af varme i rummet.
Mekanismerne for termisk interaktion mellem stoffer kan antage forskellige former. Tre typer varmeoverførsel i naturen er kendt:
Overvej de listede typer varmeoverførsel mere detaljeret.
Oftest observeres termisk ledningsevne i fast stoforganer. Hvis det samme stof under påvirkning af nogle faktorer har områder med forskellige temperaturer, går den varmeenergi fra det mere opvarmede område til kulden. I nogle tilfælde kan et lignende fænomen observeres endda visuelt. Hvis vi for eksempel tager en metalstang, siger en nål og opvarmer den over en ild, vil vi efter nogen tid se, hvordan termisk energi overføres gennem nålen og danner en glød i et bestemt område. Desuden er glødet lysere på et sted, hvor temperaturen er højere, og omvendt, hvor t er lavere, er den mørkere. Termisk ledningsevne kan også observeres mellem to kroppe (et krus varm te og en hånd)
Varmeoverførselshastigheden afhængerfra mange faktorer, hvis forhold blev afsløret af den franske matematiker Fourier. Disse faktorer inkluderer primært temperaturgradienten (forholdet mellem temperaturforskellen ved enderne af stangen og afstanden fra den ene ende til den anden), kroppens tværsnitsareal og den termiske konduktivitetskoefficient (den er forskellig for alle stoffer, men den højeste observeres for metaller). Den mest markante varmeledningsevne observeres for kobber og aluminium. Det er ikke overraskende, at disse to metaller oftere bruges til fremstilling af elektriske ledninger. I henhold til Fourier-loven kan varmefluxen øges eller formindskes ved at ændre en af disse parametre.
Konvektion, specielt specielt over for gasser ogvæsker, har to komponenter: intermolekylær termisk ledningsevne og bevægelse (udbredelse) af mediet. Konvektionsmekanismen er som følger: med stigende temperatur på det flydende stof begynder dets molekyler at bevæge sig mere aktivt og i fravær af rumlige begrænsninger øges stofets volumen. Konsekvensen af denne proces vil være et fald i stoffets tæthed og dets opadgående bevægelse. Et slående eksempel på konvektion er bevægelse af luft opvarmet af en radiator fra et batteri til loftet.
Skelne mellem fri og tvungen konvektivtyper varmeoverførsel. Varmeoverførslen og massebevægelsen i den frie type sker på grund af stoffets heterogenitet, det vil sige den varme væske stiger naturligt over kulden uden påvirkning af eksterne kræfter (for eksempel opvarmning af et rum gennem centralvarme). Ved tvungen konvektion forekommer massens bevægelse under påvirkning af eksterne kræfter, for eksempel under omrøring af te med en ske.
Stråle- eller strålevarmeoverførsel kan muligvisforekommer uden kontakt med et andet genstand eller stof, derfor er det muligt selv i et luftløst rum (vakuum). Strålevarmetransmission er iboende i alle legemer i større eller mindre grad og manifesterer sig i form af elektromagnetiske bølger med et kontinuerligt spektrum. Et slående eksempel på dette er solens stråler. Handlingsmekanismen er som følger: kroppen udstråler kontinuerligt en vis mængde varme ind i det rum, der omgiver det. Når denne energi falder på et andet objekt eller stof, optages en del af den, den anden del passerer igennem, og den tredje reflekteres i miljøet. Ethvert objekt kan både udstråle varme og absorbere, mens mørke stoffer kan absorbere mere varme end lette.
I naturen er typerne af varmeoverførselsprocesser sjældnefindes separat. Meget oftere kan de observeres samlet. I termodynamik har disse kombinationer endda navne, for eksempel, varmeledning + konvektion er konvektiv varmeoverførsel, og varmeledning + termisk stråling kaldes strålingsledende varmeoverførsel. Derudover skelnes der mellem sådanne kombinerede typer varmeoverførsler, såsom:
Varmeoverførsel i naturen spiller en enorm rolle og gør det ikkebegrænset af opvarmningen af kloden af solens stråler. Omfattende konvektionsstrømme, såsom bevægelse af luftmasser, bestemmer i vid udstrækning vejret på hele vores planet.
Den termiske ledningsevne af Jordens kerne fører til udseendetgejsere og vulkanudbrud. Dette er blot nogle få eksempler på global varmeoverførsel. Sammen danner de de typer konvektiv varmeoverførsel og strålingsledende typer varmeoverførsel, der er nødvendige for at understøtte livet på vores planet.
Varme er en vigtig ingrediens i næsten alleproduktionsprocesser. Det er svært at sige, hvilken type menneskelig varmeudveksling der mest bruges i den nationale økonomi. Sandsynligvis alle tre på samme tid. Takket være varmeoverførselsprocesser smelter metaller, der produceres en enorm mængde varer, fra hverdagsgenstande til rumskibe.
Ekstremt vigtige for civilisationen ertermiske enheder, der er i stand til at konvertere termisk energi til nyttig effekt. Blandt dem er benzin, diesel, kompressor, turbinenheder. Til deres arbejde bruger de forskellige typer varmeoverførsel.
