Elk materieel lichaam heeft datkenmerkend als warmte, die kan toenemen en afnemen. Warmte is geen materiële stof: als onderdeel van de interne energie van een stof ontstaat ze door de beweging en interactie van moleculen. Omdat de warmte van verschillende stoffen kan verschillen, vindt er een proces plaats van warmteoverdracht van een warmere stof naar een stof met minder warmte. Dit proces heet warmteoverdracht. De belangrijkste soorten warmteoverdracht en de mechanismen van hun werking zullen we in dit artikel bespreken.
Warmteoverdracht of temperatuuroverdrachtsproces,kan zowel in de stof als van de ene stof naar de andere voorkomen. Tegelijkertijd hangt de intensiteit van de warmteoverdracht grotendeels af van de fysische eigenschappen van materie, de temperatuur van stoffen (als er meerdere stoffen bij de warmteoverdracht betrokken zijn) en de natuurkundige wetten. Warmteoverdracht is een proces dat altijd eenzijdig verloopt. Het belangrijkste principe van warmteoverdracht is dat het meest verwarmde lichaam altijd warmte afgeeft aan een object met een lagere temperatuur. Bij het strijken van kleding bijvoorbeeld, geeft een heet strijkijzer warmte af aan broeken en niet andersom. Warmteoverdracht is een tijdsafhankelijk fenomeen dat de onomkeerbare warmteverdeling in de ruimte kenmerkt.
De mechanismen van thermische interactie van stoffen kunnen verschillende vormen aannemen. Er zijn drie soorten warmteoverdracht in de natuur bekend:
Bekijk de genoemde soorten warmteoverdracht in meer detail.
Meestal wordt thermische geleidbaarheid waargenomen in vaste stoflichamen. Als dezelfde stof onder invloed van factoren gebieden heeft met verschillende temperaturen, dan zal de thermische energie van het meer verwarmde gebied naar de kou gaan. In sommige gevallen kan een soortgelijk fenomeen zelfs visueel worden waargenomen. Als we bijvoorbeeld een metalen staaf nemen, bijvoorbeeld een naald, en deze boven een vuur verhitten, zullen we na enige tijd zien hoe thermische energie door de naald wordt overgedragen en een gloed in een bepaald gebied vormt. Bovendien is de gloed op een plaats waar de temperatuur hoger is, helderder en omgekeerd, waar t lager is, is deze donkerder. Warmtegeleiding kan ook worden waargenomen tussen twee lichamen (een mok hete thee en een hand)
De warmteoverdrachtsnelheid is afhankelijkvan vele factoren, waarvan de verhouding werd onthuld door de Franse wiskundige Fourier. Deze factoren omvatten voornamelijk de temperatuurgradiënt (de verhouding van het temperatuurverschil aan de uiteinden van de staaf tot de afstand van het ene uiteinde tot het andere), het dwarsdoorsnedeoppervlak van het lichaam en de warmtegeleidingscoëfficiënt (het is verschillend voor alle stoffen, maar het hoogste wordt waargenomen voor metalen). Het meest significante warmtegeleidingsvermogen wordt waargenomen voor koper en aluminium. Het is niet verwonderlijk dat deze twee metalen vaker worden gebruikt bij de vervaardiging van elektrische draden. Volgens de Fourier-wet kan de warmteflux worden verhoogd of verlaagd door een van deze parameters te wijzigen.
Convectie, vooral eigen aan gassen envloeistoffen, heeft twee componenten: intermoleculaire warmtegeleiding en beweging (voortplanting) van het medium. Het werkingsmechanisme van convectie is als volgt: bij toenemende temperatuur van de vloeibare stof beginnen de moleculen actiever te bewegen en bij gebrek aan ruimtelijke beperkingen neemt het volume van de stof toe. Het gevolg van dit proces is een afname van de dichtheid van de stof en de opwaartse beweging ervan. Een opvallend voorbeeld van convectie is de beweging van door een radiator verwarmde lucht van een accu naar het plafond.
Maak een onderscheid tussen vrije en gedwongen convectiesoorten warmteoverdracht. De warmteoverdracht en massabeweging in het vrije type vindt plaats vanwege de heterogeniteit van de stof, dat wil zeggen dat de hete vloeistof op natuurlijke wijze boven de koude stijgt zonder de invloed van externe krachten (bijvoorbeeld een kamer verwarmen door middel van centrale verwarming). Bij geforceerde convectie vindt de beweging van de massa plaats onder invloed van externe krachten, bijvoorbeeld het roeren van thee met een lepel.
Stralende of stralingswarmteoverdracht kanoptreden zonder contact met een ander object of stof, daarom is het zelfs mogelijk in een airless ruimte (vacuüm). De overdracht van stralingswarmte is in meer of mindere mate inherent aan alle lichamen en manifesteert zich in de vorm van elektromagnetische golven met een continu spectrum. Een opvallend voorbeeld hiervan zijn de zonnestralen. Het werkingsmechanisme is als volgt: het lichaam straalt continu een bepaalde hoeveelheid warmte uit in de ruimte eromheen. Wanneer deze energie op een ander object of andere substantie valt, wordt een deel ervan geabsorbeerd, gaat het tweede deel door en wordt het derde weerspiegeld in de omgeving. Elk object kan zowel warmte uitstralen als absorberen, terwijl donkere stoffen meer warmte kunnen opnemen dan lichte.
In de natuur zijn soorten warmteoverdrachtsprocessen zeldzaamafzonderlijk ontmoeten. Vaker kunnen ze in totaal worden waargenomen. In de thermodynamica hebben deze combinaties zelfs de namen, bijvoorbeeld thermische geleidbaarheid + convectie - dit is convectieve warmteoverdracht en thermische geleidbaarheid + thermische straling wordt stralingsgeleidende warmteoverdracht genoemd. Bovendien worden dergelijke gecombineerde soorten warmte-uitwisseling onderscheiden als:
Warmteoverdracht in de natuur speelt een grote rol en nietbeperkt door de verwarming van de wereld door de zonnestralen. Uitgebreide convectiestromen, zoals de beweging van luchtmassa's, bepalen in grote mate het weer op onze hele planeet.
De thermische geleidbaarheid van de kern van de aarde leidt tot het uiterlijkgeisers en vulkaanuitbarstingen. Dit zijn slechts enkele voorbeelden van wereldwijde warmteoverdracht. Samen vormen ze de soorten convectieve warmteoverdracht en stralingsgeleidende soorten warmteoverdracht die nodig zijn om het leven op onze planeet te ondersteunen.
Warmte is bij bijna iedereen een belangrijk ingrediëntproductieprocessen. Het is moeilijk te zeggen welk type menselijke warmte-uitwisseling het meest wordt gebruikt in de nationale economie. Waarschijnlijk alle drie tegelijk. Dankzij warmteoverdrachtsprocessen worden metalen gesmolten, wordt een enorme hoeveelheid goederen geproduceerd, van alledaagse voorwerpen tot ruimteschepen.
Zijn buitengewoon belangrijk voor de beschavingthermische eenheden die thermische energie kunnen omzetten in nuttig vermogen. Onder hen zijn benzine, diesel, compressor, turbine-eenheden. Voor hun werk gebruiken ze verschillende soorten warmteoverdracht.
