Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύση, στην καθημερινή ζωή

Η θερμική ενέργεια είναι ο όρος που εμείςχρησιμοποιήστε για να περιγράψετε το επίπεδο δραστηριότητας των μορίων στο αντικείμενο. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, ο αυξημένος ενθουσιασμός σχετίζεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, ενώ τα άτομα σε ψυχρά αντικείμενα κινούνται πολύ πιο αργά.

Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας μπορούν να βρεθούν παντού - στη φύση, την τεχνολογία και την καθημερινή ζωή.

Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας

Το μεγαλύτερο παράδειγμα μεταφοράς θερμότητας είναιο ήλιος που θερμαίνει τον πλανήτη Γη και τα πάντα πάνω του. Στην καθημερινή ζωή μπορείτε να βρείτε πολλές από αυτές τις επιλογές, μόνο με πολύ λιγότερο παγκόσμια έννοια. Λοιπόν, ποια παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας μπορούν να παρατηρηθούν στην καθημερινή ζωή;

Εδώ είναι μερικά από αυτά:

• Μια ηλεκτρική κουζίνα αερίου ή, και, για παράδειγμα, ένα τηγάνι για τηγάνισμα αυγών.
• Τα καύσιμα αυτοκινήτων, όπως η βενζίνη, είναι πηγές θερμικής ενέργειας για τον κινητήρα.
• Η φρυγανιέρα που περιλαμβάνεται μετατρέπει ένα κομμάτι ψωμί σε τοστ. Αυτό οφείλεται στην ακτινοβολούμενη θερμική ενέργεια του τοστ, η οποία αντλεί υγρασία από το ψωμί και το καθιστά τραγανό.
• Ένα ζεστό φλιτζάνι κακάο στον ατμό ζεσταίνει τα χέρια σας.
• Οποιαδήποτε φλόγα, ξεκινώντας από μια φλόγα αγώνα και τελειώνει με τεράστιες δασικές πυρκαγιές.
• Όταν ο πάγος τοποθετείται σε ένα ποτήρι νερό, η θερμική ενέργεια από το νερό το λιώνει, δηλαδή, το ίδιο το νερό είναι πηγή ενέργειας.
• Ένα θερμαντικό σώμα ή σύστημα θέρμανσης στο σπίτι παρέχει θερμότητα για μεγάλους και κρύους χειμερινούς μήνες.
• Οι συμβατικοί φούρνοι είναι πηγές μεταφοράς, ως αποτέλεσμα του οποίου το προϊόν διατροφής που τοποθετείται σε αυτά θερμαίνεται και ξεκινά η διαδικασία μαγειρέματος.
• Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας παρατηρούνται στο σώμα σας, παίρνοντας ένα κομμάτι πάγου στο χέρι σας.
• Η γάτα έχει θερμική ενέργεια ακόμη και στο εσωτερικό, η οποία μπορεί να ζεσταίνει τα γόνατα του ιδιοκτήτη.

Η θερμότητα είναι κίνηση

Οι ροές θερμότητας είναι σε συνεχή κίνηση. Οι κύριες μέθοδοι μετάδοσής τους μπορούν να ονομαστούν σύμβαση, ακτινοβολία και αγωγιμότητα. Ας δούμε αυτές τις έννοιες με περισσότερες λεπτομέρειες.

Τι είναι η αγωγιμότητα;

Ίσως πολλοί έχουν παρατηρήσει επανειλημμένα ότι σε ένα καιΣτο ίδιο δωμάτιο, οι αισθήσεις να αγγίζετε το πάτωμα μπορεί να είναι εντελώς διαφορετικές. Είναι ευχάριστο και ζεστό να περπατάτε στο χαλί, αλλά αν μπείτε στο μπάνιο με γυμνά πόδια, μια αξιοσημείωτη δροσιά σας δίνει αμέσως μια αίσθηση ζωντάνια. Απλώς όχι στην περίπτωση που υπάρχει θέρμανση δαπέδου.

Γιατί λοιπόν παγώνει η επιφάνεια με πλακάκια;Όλα αυτά οφείλονται στη θερμική αγωγιμότητα. Αυτός είναι ένας από τους τρεις τύπους μεταφοράς θερμότητας. Όταν δύο αντικείμενα διαφορετικών θερμοκρασιών έρχονται σε επαφή μεταξύ τους, η θερμική ενέργεια περνάει μεταξύ τους. Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας σε αυτήν την περίπτωση μπορούν να δοθούν ως εξής: κρατώντας μια μεταλλική πλάκα, το άλλο άκρο της οποίας θα τοποθετηθεί πάνω από τη φλόγα των κεριών, μπορείτε να αισθανθείτε καύση και πόνο με την πάροδο του χρόνου και όταν αγγίζετε τη σιδερένια λαβή της κατσαρόλας με βραστό νερό, μπορείτε να κάψετε.

Παράγοντες αγωγιμότητας

Η καλή ή κακή αγωγιμότητα εξαρτάται από διάφορους παράγοντες:

• Ο τύπος και η ποιότητα του υλικού από το οποίο κατασκευάζονται τα είδη.
• Η επιφάνεια δύο αντικειμένων σε επαφή.
• Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο αντικειμένων.
• Πάχος και μέγεθος αντικειμένων.

Με τη μορφή μιας εξίσωσης, μοιάζει με αυτό:ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας στο αντικείμενο ισούται με τη θερμική αγωγιμότητα του υλικού από το οποίο κατασκευάζεται το αντικείμενο, πολλαπλασιαζόμενο επί της επιφάνειας σε επαφή, πολλαπλασιαζόμενο επί τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο αντικειμένων και διαιρούμενο με το πάχος του υλικού. Όλα είναι απλά.

Παραδείγματα αγωγιμότητας

Άμεση μεταφορά θερμότητας από τη μία εγκατάσταση στην άλληονομάζονται αγωγιμότητα και οι ουσίες που μεταφέρουν θερμότητα καλούνται αγωγοί. Ορισμένα υλικά και ουσίες αντιμετωπίζουν άσχημα αυτό το έργο, ονομάζονται μονωτές. Αυτά περιλαμβάνουν ξύλο, πλαστικό, φίμπεργκλας και ακόμη και αέρα. Όπως γνωρίζετε, οι μονωτές δεν σταματούν πραγματικά τη ροή της θερμότητας, αλλά απλώς επιβραδύνουν τον ένα ή τον άλλο βαθμό.

Μεταγωγή

Αυτό το είδος μεταφοράς θερμότητας, όπως η μεταφορά,εμφανίζεται σε όλα τα υγρά και αέρια. Μπορείτε να βρείτε τέτοια παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύση και στην καθημερινή ζωή. Καθώς το υγρό θερμαίνεται, τα μόρια στο κάτω μέρος κερδίζουν ενέργεια και κινούνται γρηγορότερα, με αποτέλεσμα τη μείωση της πυκνότητας. Τα θερμά μόρια υγρών αρχίζουν να κινούνται προς τα πάνω, ενώ το ψυκτικό (πυκνότερο υγρό) αρχίζει να βυθίζεται. Αφού τα δροσερά μόρια φτάσουν στον πυθμένα, λαμβάνουν ξανά το μερίδιό τους στην ενέργεια και τείνουν και πάλι στην κορυφή. Ο κύκλος συνεχίζεται εφ 'όσον υπάρχει πηγή θερμότητας στο κάτω μέρος.

Παρατίθενται παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύσητα ακόλουθα: με τη βοήθεια ενός ειδικά εξοπλισμένου καυστήρα, ζεστού αέρα, γεμίζοντας το χώρο του μπαλονιού, μπορεί να ανυψώσει ολόκληρη τη δομή σε αρκετά μεγάλο ύψος, το βασικό σημείο είναι ότι ο θερμός αέρας είναι ελαφρύτερος από τον κρύο αέρα.

Ακτινοβολία

Όταν κάθεστε μπροστά στη φωτιά, ζεσταίνετεζεστασιά που ακτινοβολεί από αυτόν. Το ίδιο συμβαίνει εάν φέρετε την παλάμη σας σε μια λάμπα που καίει χωρίς να την αγγίξετε. Θα νιώσετε επίσης ζεστά. Τα μεγαλύτερα παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στην καθημερινή ζωή και τη φύση οδηγούνται από την ηλιακή ενέργεια. Κάθε μέρα, η θερμότητα του ήλιου περνάει από κενό χώρο 146 εκατομμυρίων χιλιομέτρων μέχρι την ίδια τη Γη. Είναι η κινητήρια δύναμη για όλες τις μορφές και συστήματα ζωής που υπάρχουν στον πλανήτη μας σήμερα. Χωρίς αυτόν τον τρόπο μετάδοσης, θα ήμασταν σε μεγάλο πρόβλημα και ο κόσμος δεν θα ήταν ο ίδιος όπως τον ξέρουμε.

Η ακτινοβολία είναι η μεταφορά θερμότητας με χρήσηηλεκτρομαγνητικά κύματα, είτε ραδιοκύματα, υπέρυθρες ακτίνες Χ, ή ακόμα και ορατό φως. Όλα τα αντικείμενα εκπέμπουν και απορροφούν ακτινοβολούμενη ενέργεια, συμπεριλαμβανομένου του ίδιου του ατόμου, αλλά δεν αντιμετωπίζουν εξίσου καλά όλα τα αντικείμενα και οι ουσίες. Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στην καθημερινή ζωή μπορούν να φανούν χρησιμοποιώντας μια συμβατική κεραία. Γενικά, αυτό που εκπέμπει καλά είναι επίσης καλό στην απορρόφηση. Όσο για τη Γη, παίρνει ενέργεια από τον ήλιο και μετά την επιστρέφει στο διάστημα. Αυτή η ενέργεια ακτινοβολίας ονομάζεται επίγεια ακτινοβολία και είναι αυτό που καθιστά δυνατή την ίδια τη ζωή στον πλανήτη.

Παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύση, την καθημερινή ζωή, την τεχνολογία

Η μεταφορά ενέργειας, ιδίως η θερμότητα, είναιθεμελιώδης ερευνητικός τομέας για όλους τους μηχανικούς. Η ακτινοβολία κάνει τη Γη κατοικήσιμη και παρέχει ανανεώσιμη ηλιακή ενέργεια. Η μεταφορά είναι η βάση της μηχανικής, είναι υπεύθυνη για τη ροή του αέρα στα κτίρια και την ανταλλαγή αέρα στα σπίτια. Η αγωγιμότητα επιτρέπει στο δοχείο να ζεσταθεί απλά βάζοντάς το στη φωτιά.

Πολλά παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη μηχανική καιη φύση είναι προφανής και βρίσκονται παντού στον κόσμο μας. Σχεδόν όλοι παίζουν σημαντικό ρόλο, ειδικά στον τομέα της μηχανολογίας. Για παράδειγμα, κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος εξαερισμού κτιρίων, οι μηχανικοί υπολογίζουν την απαγωγή θερμότητας του κτηρίου στην περιοχή του, καθώς και την εσωτερική μεταφορά θερμότητας. Επιπλέον, επιλέγουν υλικά που ελαχιστοποιούν ή μεγιστοποιούν τη μεταφορά θερμότητας μέσω μεμονωμένων εξαρτημάτων για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης.

Εξάτμιση

Όταν άτομα ή μόρια ενός υγρού (για παράδειγμα,νερό) εκτίθενται σε σημαντικό όγκο αερίου, τείνουν να εισέρχονται αυθόρμητα σε αέρια κατάσταση ή να εξατμίζονται. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μόρια κινούνται συνεχώς σε διαφορετικές κατευθύνσεις σε τυχαίες ταχύτητες και συγκρούονται μεταξύ τους. Κατά τη διάρκεια αυτών των διεργασιών, ορισμένες από αυτές λαμβάνουν κινητική ενέργεια επαρκή για να απωθούνται από μια πηγή θέρμανσης.

Ωστόσο, δεν έχουν όλα τα μόρια χρόνο να εξατμιστούν καιγίνετε υδρατμοί. Όλα εξαρτώνται από τη θερμοκρασία. Έτσι, το νερό σε ένα ποτήρι θα εξατμιστεί πιο αργά από ότι σε μια κατσαρόλα που θερμαίνεται στη σόμπα. Το βραστό νερό αυξάνει σημαντικά την ενέργεια των μορίων, η οποία με τη σειρά της επιταχύνει τη διαδικασία εξάτμισης.

Βασικές έννοιες

• Η αγωγιμότητα είναι η μεταφορά θερμότητας μέσω μιας ουσίας μέσω άμεσης επαφής ατόμων ή μορίων.
• Η μεταφορά είναι η μεταφορά θερμότητας μέσω της κυκλοφορίας αερίου (όπως αέρα) ή υγρού (όπως νερό).
• Η ακτινοβολία είναι η διαφορά μεταξύ απορροφούμενης και ανακλώμενης θερμότητας. Αυτή η ικανότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το χρώμα · τα μαύρα αντικείμενα απορροφούν περισσότερη θερμότητα από τα ελαφριά αντικείμενα.
• Η εξάτμιση είναι η διαδικασία με την οποία άτομα ή μόρια σε υγρή κατάσταση λαμβάνουν αρκετή ενέργεια για να γίνουν αέρια ή ατμοί.
• Τα αέρια του θερμοκηπίου είναι αέρια που παγιδεύουν τη θερμότητα του ήλιου στην ατμόσφαιρα της Γης, παράγοντας ένα φαινόμενο θερμοκηπίου. Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες - υδρατμοί και διοξείδιο του άνθρακα.
• Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι ατελείωτοι πόροι που αναπληρώνουν γρήγορα και φυσικά. Αυτά περιλαμβάνουν τα ακόλουθα παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύση και την τεχνολογία: άνεμοι και ηλιακή ενέργεια.
• Θερμική αγωγιμότητα είναι ο ρυθμός με τον οποίο ένα υλικό μεταφέρει θερμική ενέργεια μέσω του ίδιου.
• Η θερμική ισορροπία είναι μια κατάσταση στην οποία όλα τα μέρη του συστήματος βρίσκονται στο ίδιο καθεστώς θερμοκρασίας.

Πρακτική εφαρμογή

Πολλά παραδείγματα μεταφοράς θερμότητας στη φύση καιΟι τεχνικές (παραπάνω εικόνες) δείχνουν ότι αυτές οι διαδικασίες πρέπει να μελετηθούν καλά και να εξυπηρετηθούν προς το καλό. Οι μηχανικοί εφαρμόζουν τις γνώσεις τους σχετικά με τις αρχές της μεταφοράς θερμότητας, ερευνούν νέες τεχνολογίες που σχετίζονται με τη χρήση ανανεώσιμων πόρων και είναι λιγότερο καταστροφικές για το περιβάλλον. Το κλειδί είναι να κατανοήσουμε ότι η μεταφορά ενέργειας ανοίγει ατελείωτες δυνατότητες για μηχανική και όχι μόνο.