Orice corp material posedă astfelcaracteristic ca căldură, care poate crește și scade. Căldura nu este o substanță materială: ca parte a energiei interne a unei substanțe, ea apare ca urmare a mișcării și interacțiunii moleculelor. Deoarece căldura diferitelor substanțe poate diferi, are loc un proces de transfer de căldură de la o substanță mai caldă la o substanță cu mai puțină căldură. Acest proces se numește transfer de căldură. Principalele tipuri de transfer de căldură și mecanismele de acțiune ale acestora le vom lua în considerare în acest articol.
Transfer de căldură sau proces de transfer de temperatură,poate apărea atât în interiorul materiei, cât și de la o substanță la alta. În același timp, intensitatea transferului de căldură depinde în mare măsură de proprietățile fizice ale materiei, de temperatura substanțelor (dacă mai multe substanțe sunt implicate în transferul de căldură) și de legile fizicii. Transferul de căldură este un proces care se desfășoară întotdeauna unilateral. Principiul principal al transferului de căldură este acela că corpul cel mai încălzit degajă întotdeauna căldură unui obiect cu o temperatură mai scăzută. De exemplu, atunci când călcăm haine, un fier fierbinte emană căldură pantalonilor și nu invers. Transferul de căldură este un fenomen dependent de timp care caracterizează distribuția ireversibilă a căldurii în spațiu.
Mecanismele de interacțiune termică a substanțelor pot lua diferite forme. Se cunosc trei tipuri de transfer de căldură în natură:
Luați în considerare tipurile enumerate de transfer de căldură mai detaliat.
Cel mai adesea, conductivitatea termică este observată în solidorganisme. Dacă sub influența oricărui factor, aceeași substanță are zone cu temperaturi diferite, atunci energia termică din zona mai încălzită va trece la frig. În unele cazuri, un fenomen similar poate fi observat chiar și vizual. De exemplu, dacă luăm o tijă metalică, să zicem, un ac și îl încălzim pe foc, atunci după ceva timp, vom vedea cum se transmite energia termică prin ac, formând o strălucire într-o anumită zonă. Mai mult, într-un loc unde temperatura este mai ridicată, strălucirea este mai luminoasă și, invers, unde t este mai scăzută, este mai întunecată. Conductivitatea termică poate fi, de asemenea, observată între două corpuri (o cană de ceai fierbinte și o mână)
Viteza de transfer de căldură depindedin mulți factori, al căror raport a fost dezvăluit de matematicianul francez Fourier. Acești factori includ în principal gradientul de temperatură (raportul dintre diferența de temperatură la capetele tijei și distanța de la un capăt la celălalt), zona secțiunii transversale a corpului și coeficientul de conductivitate termică (este diferit pentru toate substanțele, dar cel mai mare este observat pentru metale). Cea mai semnificativă conductibilitate termică este observată pentru cupru și aluminiu. Nu este surprinzător faptul că aceste două metale sunt folosite mai des la fabricarea firelor electrice. În urma legii Fourier, fluxul de căldură poate fi crescut sau micșorat prin modificarea unuia dintre acești parametri.
Convecție, deosebită în special pentru gaze șilichide, are două componente: conductivitatea termică intermoleculară și mișcarea (propagarea) mediului. Mecanismul de acțiune al convecției este următorul: odată cu creșterea temperaturii substanței fluide, moleculele sale încep să se miște mai activ și în absența restricțiilor spațiale, volumul substanței crește. Consecința acestui proces va fi o scădere a densității substanței și a mișcării sale ascendente. Un exemplu izbitor de convecție este mișcarea aerului încălzit de un calorifer de la o baterie la tavan.
Distingeți între convectivele libere și forțatetipuri de transfer de căldură. Transferul de căldură și mișcarea de masă în tipul liber se produce datorită eterogenității substanței, adică lichidul fierbinte se ridică deasupra frigului în mod natural, fără influența forțelor externe (de exemplu, încălzirea unei încăperi prin încălzirea centrală). În convecția forțată, mișcarea masei se produce sub influența forțelor externe, de exemplu, amestecând ceaiul cu o lingură.
Transferul de căldură cu radiație sau radiație poateapar fără contact cu un alt obiect sau substanță, de aceea este posibil chiar și în spațiul fără aer (vid). Transferul de căldură prin radiație este inerent în toate corpurile într-o măsură mai mare sau mai mică și se manifestă sub formă de unde electromagnetice cu spectru continuu. Un exemplu frapant este razele soarelui. Mecanismul de acțiune este următorul: corpul radiază continuu o anumită cantitate de căldură în spațiul care îl înconjoară. Când această energie cade pe un alt obiect sau substanță, o parte din ea este absorbită, a doua parte trece și a treia se reflectă în mediu. Orice obiect poate radia atât căldura cât și o poate absorbi, în timp ce substanțele întunecate pot absorbi mai multă căldură decât cele ușoare.
În natură, tipurile de procese de transfer de căldură sunt rarese întâlnesc separat. Mai des pot fi observate în agregat. În termodinamică, aceste combinații au chiar numele, să zicem, conductivitatea termică + convecția - aceasta este transferul de căldură convectiv, iar conductivitatea termică + radiația termică se numește radiație conductoare de căldură. În plus, astfel de tipuri combinate de schimb de căldură se disting ca:
Transferul de căldură în natură joacă un rol imens și nulimitat la încălzirea globului cu raze solare. Curenții de convecție extensivi, cum ar fi mișcarea maselor de aer, determină în mare parte vremea de pe planeta noastră.
Conductivitatea termică a miezului Pământului duce lagheizerele și erupțiile vulcanice. Acestea sunt doar câteva dintre exemple de transfer de căldură la scară globală. Împreună, ele formează tipuri de transfer de căldură convective și tipuri de transfer de căldură care conduc la radiații necesare pentru menținerea vieții pe planeta noastră.
Căldura este o componentă importantă a aproape tuturorprocese de producție. Este dificil de spus ce tip de transfer de căldură este cel mai utilizat de persoana din economia națională. Probabil că toți trei în același timp. Datorită proceselor de transfer de căldură, metalul este topit, se produce o cantitate imensă de mărfuri, de la obiecte de zi cu zi la nave spațiale.
Vitale pentru civilizație suntunități termice capabile să transforme energia termică în forță utilizabilă. Printre ele se pot numi unități de benzină, motorină, compresor, turbine. Pentru munca lor, utilizează diferite tipuri de transfer de căldură.
