Akýkoľvek materiál má také telocharakteristické ako teplo, ktoré sa môže zvyšovať a znižovať. Teplo nie je hmotnou látkou: ako súčasť vnútornej energie látky vzniká v dôsledku pohybu a interakcie molekúl. Pretože teplo rôznych látok sa môže líšiť, dochádza k procesu prenosu tepla z teplejšej látky na látku s menším množstvom tepla. Tento proces sa nazýva prenos tepla. V tomto článku sa budeme zaoberať hlavnými typmi prenosu tepla a mechanizmami ich pôsobenia.
Prenos tepla alebo proces prenosu teploty,sa môže vyskytovať ako v hmote, tak z jednej látky na druhú. Intenzita prenosu tepla do značnej miery závisí od fyzikálnych vlastností látky, teploty látok (ak sa do prenosu tepla podieľa niekoľko látok) a fyzikálnych zákonov. Prenos tepla je proces, ktorý vždy prebieha jednostranne. Hlavným princípom prenosu tepla je, že najviac vyhrievané teleso vždy odovzdáva teplo objektu s nižšou teplotou. Napríklad pri žehlení odevov horúce železo vydáva teplo do nohavíc, a nie naopak. Prenos tepla je fenomén závislý od času, ktorý charakterizuje ireverzibilnú distribúciu tepla v priestore.
Mechanizmy tepelnej interakcie látok môžu mať rôzne formy. Známe sú tri typy prenosu tepla v prírode:
Podrobnejšie zvážte uvedené typy prenosu tepla.
Tepelná vodivosť sa najčastejšie pozoruje v pevnej látkeorgánov. Ak má rovnaká látka pod vplyvom akýchkoľvek faktorov oblasti s rôznymi teplotami, tepelná energia z viac zahrievanej oblasti pôjde do chladu. V niektorých prípadoch možno podobný jav pozorovať aj vizuálne. Napríklad, ak vezmeme kovovú tyčinku, povedzme, ihlu a zahrejeme ju na oheň, potom uvidíme, ako sa tepelnou energiou prenáša ihla, čo v určitej oblasti vytvára žiaru. Okrem toho na mieste, kde je vyššia teplota, je žiara jasnejšia a naopak, ak je t nižšia, je tmavšia. Tepelná vodivosť je tiež možné pozorovať medzi dvoma telesami (hrnček horúceho čaju a ruky)
Rýchlosť prenosu tepla závisíz mnohých faktorov, ktorých pomer odhalil francúzsky matematik Fourier. Tieto faktory zahŕňajú predovšetkým teplotný gradient (pomer teplotného rozdielu na koncoch tyče k vzdialenosti od jedného konca k druhému), plochu prierezu tela a koeficient tepelnej vodivosti (líši sa pre všetky látky, ale najvyšší sa pozoruje pre kovy). Najvýznamnejší koeficient tepelnej vodivosti sa pozoruje v medi a hliníku. Nie je prekvapujúce, že tieto dva kovy sa častejšie používajú pri výrobe elektrických drôtov. Podľa Fourierovho zákona možno tok tepla zvýšiť alebo znížiť zmenou jedného z týchto parametrov.
Konvekcia, hlavne pre plyny aKvapalina má dve zložky: intermolekulárnu tepelnú vodivosť a pohyb (šírenie) média. Mechanizmus účinku konvekcie je nasledujúci: so zvyšujúcou sa teplotou tekutej látky sa jej molekuly začnú pohybovať aktívnejšie a pri absencii priestorových obmedzení sa objem látky zvyšuje. Dôsledkom tohto procesu bude zníženie hustoty látky a jej pohyb nahor. Pozoruhodným príkladom prúdenia je pohyb vzduchu ohrievaného radiátorom z batérie na strop.
Rozlišujte medzi slobodným a núteným konvekčnýmdruhy prenosu tepla. K prenosu tepla a pohybu hmoty vo voľnom type dochádza v dôsledku heterogenity látky, to znamená, že horúca kvapalina stúpa prirodzene nad chlad bez vplyvu vonkajších síl (napríklad vykurovanie miestnosti ústredným kúrením). Pri nútenom prúdení dochádza k pohybu hmoty pod vplyvom vonkajších síl, napríklad miešaním čaju lyžičkou.
Môže sa prenášať sálavé alebo sálavé teplovyskytujú sa bez kontaktu s iným predmetom alebo látkou, je preto možné aj v bezvzduchovom priestore (vákuum). Prenos radiačného tepla je vo všetkých telách vo väčšej alebo menšej miere prirodzený a prejavuje sa vo forme elektromagnetických vĺn so spojitým spektrom. Pozoruhodným príkladom sú slnečné lúče. Mechanizmus účinku je nasledujúci: telo nepretržite vyžaruje určité množstvo tepla do priestoru, ktorý ho obklopuje. Keď táto energia dopadne na iný predmet alebo látku, časť sa absorbuje, druhá časť prechádza a tretia sa odráža v prostredí. Ktorýkoľvek predmet môže vyžarovať teplo a absorbovať ho, zatiaľ čo tmavé látky môžu absorbovať viac tepla ako svetlo.
Typy procesov prenosu tepla sú v prírode zriedkavéstretnúť sa osobitne. Častejšie ich možno pozorovať v agregáte. V termodynamike majú tieto kombinácie dokonca názvy, povedzme, tepelná vodivosť + konvekcia - jedná sa o konvekčný prenos tepla a tepelná vodivosť + tepelné žiarenie sa nazýva tepelne vodivý prenos tepla. Okrem toho sa takéto kombinované typy výmeny tepla rozlišujú ako:
Prenos tepla v prírode zohráva obrovskú úlohu a nieobmedzené na vykurovanie zemegule slnečnými lúčmi. Počasie na našej planéte do značnej miery ovplyvňujú rozsiahle konvekčné prúdy, napríklad pohyb vzduchu.
Vedie to k tepelnej vodivosti jadra Zemegejzíry a sopečné erupcie. Toto je len niekoľko príkladov prenosu tepla v globálnom meradle. Spoločne vytvárajú typy konvekčného prenosu tepla a radiačne vodivého typu prenosu tepla potrebné na udržanie života na našej planéte.
Teplo je dôležitou ingredienciou takmer u každéhovýrobné procesy. Je ťažké povedať, ktorý typ ľudskej výmeny tepla sa v národnom hospodárstve využíva najviac zo všetkých. Pravdepodobne všetci traja súčasne. Vďaka procesom prenosu tepla sa kovy tavia, vyrába sa obrovské množstvo tovaru, od predmetov každodennej potreby až po vesmírne lode.
Sú mimoriadne dôležité pre civilizáciutepelné jednotky schopné premieňať tepelnú energiu na užitočnú energiu. Medzi nimi sú benzínové, naftové, kompresorové, turbínové jednotky. Na svoju prácu používajú rôzne druhy prenosu tepla.
