Energia cieplna to termin, który mysłuży do opisu poziomu aktywności cząsteczek w obiekcie. Tak czy inaczej zwiększone podniecenie wiąże się ze wzrostem temperatury, podczas gdy atomy w zimnych obiektach poruszają się znacznie wolniej.
Przykłady wymiany ciepła można znaleźć wszędzie - w przyrodzie, technologii i życiu codziennym.
Największym przykładem wymiany ciepła jestsłońce, które ogrzewa planetę Ziemię i wszystko na niej. W życiu codziennym można znaleźć wiele podobnych opcji, tylko w znacznie mniej globalnym sensie. Jakie więc przykłady wymiany ciepła można zaobserwować w życiu codziennym?
Oto niektóre z nich:
Przepływy ciepła są w ciągłym ruchu. Głównymi metodami ich przenoszenia są konwencja, promieniowanie i przewodzenie. Przyjrzyjmy się bliżej tym koncepcjom.
Być może wielu zauważyło to niejednokrotnie w jednym iW tym samym pomieszczeniu odczucia dotykania podłogi mogą być zupełnie inne. Chodzenie po dywanie jest przyjemne i ciepłe, ale jeśli wchodzisz do łazienki bosymi stopami, odczuwalny chłód od razu daje uczucie radości. Tylko nie w przypadku ogrzewania podłogowego.
Dlaczego więc wyłożona kafelkami powierzchnia zamarza?Wszystko za sprawą przewodnictwa cieplnego. To jeden z trzech rodzajów wymiany ciepła. Gdy dwa obiekty o różnych temperaturach stykają się ze sobą, energia cieplna przepływa między nimi. Przykłady wymiany ciepła w tym przypadku można przytoczyć w następujący sposób: trzymając się metalowej płytki, której drugi koniec zostanie umieszczony nad płomieniem świecy, z czasem można poczuć pieczenie i ból, aw momencie dotknięcia żelaznej rączki garnka z wrzącą wodą można się poparzyć.
Dobra lub zła przewodność zależy od kilku czynników:
W formie równania wygląda to tak:szybkość przenikania ciepła do przedmiotu jest równa przewodności cieplnej materiału, z którego wykonany jest przedmiot, pomnożonej przez powierzchnię styku pomnożonej przez różnicę temperatur między dwoma obiektami i podzielonej przez grubość materiału. To proste.
Bezpośredni transfer ciepła z jednego obiektu do drugiegonazywane są przewodnictwem, a substancje dobrze przewodzące ciepło nazywane są przewodnikami. Niektóre materiały i substancje nie radzą sobie dobrze z tym zadaniem; nazywane są izolatorami. Należą do nich drewno, plastik, włókno szklane, a nawet powietrze. Jak wiesz, izolatory w rzeczywistości nie zatrzymują przepływu ciepła, ale po prostu spowalniają go do pewnego stopnia.
Ten rodzaj wymiany ciepła, taki jak konwekcja,występuje we wszystkich cieczach i gazach. Takie przykłady wymiany ciepła można znaleźć w przyrodzie i życiu codziennym. Gdy ciecz się nagrzewa, cząsteczki na dnie zyskują energię i poruszają się szybciej, co powoduje spadek gęstości. Cząsteczki ciepłego płynu zaczynają poruszać się w górę, podczas gdy chłodziwo (gęstsza ciecz) zaczyna tonąć. Gdy chłodne cząsteczki dotrą na dno, ponownie otrzymują swoją część energii i ponownie dążą do góry. Cykl trwa tak długo, jak długo na dole znajduje się źródło ciepła.
Można przytoczyć przykłady wymiany ciepła w przyrodzieco następuje: przy pomocy specjalnie wyposażonego palnika ciepłe powietrze wypełniające przestrzeń balonu może podnieść całą konstrukcję na dostatecznie dużą wysokość, chodzi o to, że ciepłe powietrze jest lżejsze od zimnego.
Siedząc przed kominkiem, rozgrzewasz siępromieniujące z niego ciepło. To samo dzieje się, jeśli zbliżysz dłoń do płonącej żarówki, nie dotykając jej. Będziesz też ciepło. Największe przykłady wymiany ciepła w życiu codziennym i przyrodzie są prowadzone przez energię słoneczną. Każdego dnia ciepło słoneczne przechodzi przez 146 milionów kilometrów pustej przestrzeni, aż do samej Ziemi. Jest siłą napędową wszystkich form i systemów życia, które istnieją obecnie na naszej planecie. Bez tego sposobu transmisji bylibyśmy w wielkich tarapatach, a świat nie byłby taki sam, jak go znamy.
Promieniowanie to przenoszenie ciepła za pomocąfale elektromagnetyczne, czy to fale radiowe, podczerwień, promienie rentgenowskie, czy nawet widzialne. Wszystkie przedmioty emitują i pochłaniają energię promieniowania, w tym sam człowiek, ale nie wszystkie przedmioty i substancje radzą sobie z tym zadaniem równie dobrze. Przykłady wymiany ciepła w życiu codziennym można zobaczyć za pomocą konwencjonalnej anteny. Generalnie to, co dobrze emituje, jest również dobre w wchłanianiu. Jeśli chodzi o Ziemię, pobiera energię ze słońca, a następnie oddaje ją w kosmos. Ta energia promieniowania nazywana jest promieniowaniem ziemskim i to ona umożliwia samo życie na planecie.
Jest to transfer energii, w szczególności ciepłapodstawowy obszar badań dla wszystkich inżynierów. Promieniowanie sprawia, że Ziemia nadaje się do zamieszkania i dostarcza odnawialnej energii słonecznej. Konwekcja jest podstawą mechaniki, odpowiada za przepływ powietrza w budynkach i wymianę powietrza w domach. Przewodnictwo pozwala na rozgrzanie garnka przez samo podpalenie.
Liczne przykłady wymiany ciepła w inżynierii isą oczywiste dla natury i można je znaleźć na całym świecie. Prawie wszystkie z nich odgrywają ważną rolę, zwłaszcza w dziedzinie budowy maszyn. Na przykład, projektując system wentylacji budynku, inżynierowie obliczają odprowadzanie ciepła z budynku w jego sąsiedztwie, a także wewnętrzną wymianę ciepła. Ponadto wybierają materiały, które minimalizują lub maksymalizują przenoszenie ciepła przez poszczególne komponenty, aby zoptymalizować wydajność.
Kiedy atomy lub cząsteczki cieczy (na przykładwoda) są narażone na znaczną ilość gazu, mają tendencję do samorzutnego przechodzenia w stan gazowy lub parowania. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki nieustannie poruszają się w różnych kierunkach z przypadkowymi prędkościami i zderzają się ze sobą. W trakcie tych procesów część z nich otrzymuje energię kinetyczną wystarczającą do odparcia od źródła ciepła.
Jednak nie wszystkie cząsteczki mają czas na odparowanie istają się parą wodną. Wszystko zależy od temperatury. Tak więc woda w szklance wyparuje wolniej niż w rondlu rozgrzanym na kuchence. Wrząca woda znacznie zwiększa energię cząsteczek, co z kolei przyspiesza proces parowania.
Liczne przykłady wymiany ciepła w przyrodzie iTechniki (rysunki powyżej) wskazują, że procesy te powinny być dobrze zbadane i służą dobru. Inżynierowie wykorzystują swoją wiedzę z zakresu zasad wymiany ciepła, badają nowe technologie, które są związane z wykorzystaniem zasobów odnawialnych i są mniej destrukcyjne dla środowiska. Kluczem jest uświadomienie sobie, że transfer energii otwiera nieskończone możliwości inżynierii i nie tylko.
