Was ist Wärmeübertragung? Wärmeübertragung in Natur und Technik

Lassen Sie uns darüber sprechen, was Wärmeübertragung ist. Mit diesem Begriff meinen wir den Prozess der Energieübertragung in Materie. Es zeichnet sich durch einen komplexen Mechanismus aus, der durch die Wärmeleitfähigkeitsgleichung beschrieben wird.

Arten der Wärmeübertragung

Wie wird die Wärmeübertragung aufgeteilt? Wärmeleitfähigkeit, Konvektion, Strahlung sind drei Arten der Energieübertragung, die in der Natur existieren.

Jeder von ihnen hat seine eigenen unterscheidenden Eigenschaften, Eigenschaften, Anwendungen in der Technologie.

Wärmeleitfähigkeit

Unter der Wärmemenge verstehen wir die Summekinetische Energie von Molekülen. Sie können bei einer Kollision einen Teil ihrer Wärme an kalte Partikel abgeben. Die Wärmeleitfähigkeit zeigt sich maximal in Feststoffen, weniger charakteristisch für Flüssigkeiten, absolut nicht charakteristisch für gasförmige Stoffe.

Als ein Beispiel, das die Fähigkeit von Feststoffen bestätigt, Wärme von einer Stelle zu einer anderen zu übertragen, beachte das folgende Experiment.

Wenn der Stahldraht befestigt istMetallknöpfe, dann das Ende des Drahtes zur brennenden Spirituslampe bringen, allmählich beginnen die Knöpfe von ihm abzufallen. Wenn sie erhitzt werden, beginnen sich die Moleküle schneller zu bewegen und kollidieren oft miteinander. Es sind diese Teilchen, die ihre Energie und Wärme an kältere Regionen abgeben. Wenn Flüssigkeit und Gas keinen ausreichend schnellen Wärmeabfluss liefern, führt dies zu einem starken Anstieg des Temperaturgradienten im heißen Bereich.

Wärmestrahlung

Beantwortung der Frage, welche Art von Wärmeübertragungdurch die Übertragung von Energie begleitet, soll es diese besonderen Verfahren festgestellt werden. Strahlungsübertragung beinhaltet die Übertragung von Energie durch elektromagnetische Strahlung. Diese Ausführungsform wird bei einer Temperatur von 4000 K beobachtet wird, ist durch die Gleichung der Wärmeleitung beschrieben. Der Absorptionskoeffizient ist abhängig von der chemischen Zusammensetzung, der Temperatur, Dichte, spezifische Gas.

Wärmeübertragung von Luft hat eine bestimmte Grenze,Mit einer Erhöhung des Energieflusses steigt der Temperaturgradient, der Absorptionskoeffizient steigt an. Nachdem der Wert des Temperaturgradienten den adiabatischen Gradienten überschritten hat, wird Konvektion auftreten.

Was ist Wärmeübertragung? Dies ist der physikalische Prozess der Übertragung von Energie von einem heißen Objekt auf ein kaltes Objekt durch direkten Kontakt oder durch eine Trennwand, die Materialien trennt.

Wenn die Körper eines Systems unterschiedliche Temperaturen haben, findet der Prozess des Energietransfers statt, bis sich ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen ihnen einstellt.

Wärmeübertragungsfunktionen

Was ist Wärmeübertragung? Was sind die Merkmale dieses Phänomens? Es kann nicht vollständig gestoppt werden, können wir nur seine Durchflussrate reduzieren? Wird Wärmeübertragung in Natur und Technik eingesetzt? Es ist der Wärmeaustausch, der viele natürliche Phänomene begleitet und charakterisiert: die Entwicklung von Planeten und Sternen, meteorologische Prozesse auf der Oberfläche unseres Planeten. Zum Beispiel ermöglicht der Prozess der Wärmeübertragung zusammen mit dem Massenaustausch die Analyse von Verdampfungskühlung, Trocknung, Diffusion. Es wird zwischen zwei Trägern der thermischen Energie durch eine feste Wand ausgeführt, die als die Schnittstelle von Körpern fungiert.

Wärmeübertragung in Natur und Technik ist eine Möglichkeit, den Zustand eines einzelnen Körpers zu charakterisieren und die Eigenschaften eines thermodynamischen Systems zu analysieren.

Das Fourier-Gesetz

Es wird das Gesetz der Wärmeleitung genannt, weiles bezieht sich auf die Gesamtleistung des Wärmeverlustes, die Temperaturdifferenz mit der Fläche des Parallelepipeds, seine Länge und auch mit dem Koeffizienten der Wärmeleitfähigkeit. Zum Beispiel ist diese Anzeige für ein Vakuum praktisch Null. Der Grund für dieses Phänomen ist die minimale Konzentration von Materialpartikeln in einem Vakuum, die Wärme übertragen kann. Trotz einer ähnlichen Eigenschaft gibt es im Vakuum eine Variante der Energieübertragung durch Strahlung. Die Anwendung der Wärmeübertragung wird auf der Basis von Thermos berücksichtigt. Die Wände davon sind doppelt gemacht, um den Reflexionsprozess zu verstärken. Zwischen ihnen pumpte die Luft aus, während der Wärmeverlust reduziert wurde.

Konvektion

Beantwortung der Frage, was Wärmeübertragung ist,Betrachten wir den Prozess der Wärmeübertragung in Flüssigkeiten oder Gasen durch spontane oder erzwungene Mischung. Im Fall der erzwungenen Konvektion wird die Bewegung des Stoffes durch die Einwirkung äußerer Kräfte verursacht: die Lüfterflügel, die Pumpe. Eine ähnliche Option wird in Situationen verwendet, in denen die natürliche Konvektion nicht effektiv ist.

In diesen Fällen wird ein natürlicher Prozess beobachtet,wenn bei ungleichmäßiger Erwärmung die unteren Stoffschichten erhitzt werden. Ihre Dichte nimmt ab, sie steigen. Die oberen Schichten dagegen sind gekühlt, schwerer, tiefer. Ferner wird der Vorgang wiederholt wiederholt, und bei der Vermischung wird in der Struktur der Wirbel Selbstorganisation beobachtet, aus den Konvektionszellen wird ein regelmäßiges Gitter gebildet.

Aufgrund der natürlichen Konvektion bilden sich Wolken, Niederschlag von atmosphärischem Niederschlag, Bewegung von tektonischen Platten wird ausgeführt. Durch Konvektion auf der Sonne bilden sich Granulate.

Die richtige Verwendung der Wärmeübertragung garantiert minimalen Wärmeverlust, maximalen Verbrauch.

Essenz der Konvektion

Um Konvektion zu erklären, kann man das Gesetz verwendenArchimedes, sowie die thermische Ausdehnung von Festkörpern und Flüssigkeiten. Wenn die Temperatur ansteigt, nimmt das Volumen der Flüssigkeit zu, die Dichte nimmt ab. Unter dem Einfluss der archimedischen Kraft tendiert eine leichtere (erhitzte) Flüssigkeit nach oben, und kalte (dichte) Schichten fallen herunter und erwärmen sich allmählich.

Im Falle der Erwärmung der Flüssigkeit von oben, eine warme Flüssigkeitbleibt in der Ausgangsposition, so dass Konvektion nicht beobachtet wird. So fließt das Fluid, was mit der Übertragung von Energie aus beheizten Bereichen an kalte Orte einhergeht. In Gasen erfolgt die Konvektion durch einen ähnlichen Mechanismus.

Aus thermodynamischer Sicht Konvektionwerden als eine Variante der Wärmeübertragung betrachtet, bei der die Übertragung der inneren Energie durch getrennte Ströme von Substanzen erfolgt, die ungleichmäßig erhitzt werden. Ein ähnliches Phänomen tritt in der Natur und im täglichen Leben auf. Zum Beispiel werden Heizstrahler in einer minimalen Höhe vom Boden in der Nähe der Fensterbank installiert.

Kalte Luft wird dann von der Batterie aufgewärmtsteigt allmählich auf, wo es sich mit kalten Luftmassen mischt, die vom Fenster herabgelassen werden. Die Konvektion führt zu einer gleichmäßigen Temperatur im Raum.

Zu den häufigsten Beispielen für atmosphärischeKonvektionswinde: Monsune, Brisen. Die Luft, die über bestimmte Erdteile erhitzt wird, kühlt über andere, wodurch die Zirkulation stattfindet und Feuchtigkeit und Energie übertragen werden.

Eigenschaften der natürlichen Konvektion

Mehrere Faktoren beeinflussen es sofort. Zum Beispiel beeinflussen die tägliche Bewegung der Erde, Meeresströmungen und das Oberflächenrelief die Geschwindigkeit der natürlichen Konvektion. Die Konvektion ist die Grundlage für den Austritt von Vulkankratern und Rauchrohren, die Bildung von Bergen, das Schweben verschiedener Vögel.

Abschließend

Wärmestrahlung ist elektromagnetischProzess mit einem kontinuierlichen Spektrum, das von Materie emittiert wird, entsteht aus der inneren Energie. Zur Berechnung von Wärmestrahlung wird in der Physik ein Schwarzkörpermodell verwendet. Die Wärmestrahlung wird mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben. Die Strahlungsleistung eines solchen Körpers ist direkt proportional zur Oberfläche und Körpertemperatur zur vierten Potenz.

Wärmeleitfähigkeit ist in jedem Körper möglichhaben eine inhomogene Temperaturverteilung. Das Wesen des Phänomens besteht darin, die kinetische Energie von Molekülen und Atomen zu verändern, die die Temperatur des Körpers bestimmt. In einigen Fällen wird Wärmeleitung als eine quantitative Fähigkeit einer bestimmten Substanz, Wärme zu leiten, betrachtet.

Die Skalenprozesse des Wärmeenergieaustausches beschränken sich nicht auf die Erwärmung der Erdoberfläche durch Sonneneinstrahlung.

Schwere Konvektionsströme in der Erdatmosphäresind durch Veränderungen auf dem ganzen Planeten der Wetterbedingungen gekennzeichnet. Wenn die Temperatur in der Atmosphäre zwischen den polaren und äquatorialen Regionen abfällt, entstehen konvektive Strömungen: Jets, Passatwinde, kalte und warme Fronten.

Die Übertragung von Wärme vom Erdkern auf die Oberflächeverursacht Vulkanausbrüche, die Entstehung von Geysiren. In vielen Regionen wird Geothermie zur Erzeugung von Strom, zur Beheizung von Wohn- und Industriegebäuden genutzt.

Es ist die Hitze, die zum obligatorischen Teilnehmer wirdviele Produktionstechnologien. Zum Beispiel, Verarbeitung und Verhüttung von Metallen, Nahrungsmittelproduktion, Ölraffination, Motorbetrieb - all dies wird nur in Anwesenheit von Wärmeenergie getan.