Energia cieplna to termin, którego używamy do opisania poziomu aktywności cząsteczek w obiekcie. Zwiększone wzbudzenie jest w taki czy inny sposób związane ze wzrostem temperatury, podczas gdy w zimnych obiektach atomy poruszają się znacznie wolniej.
Przykłady wymiany ciepła można znaleźć wszędzie - w przyrodzie, technologii i życiu codziennym.
Przykłady wymiany ciepła
Największym przykładem wymiany ciepła jest słońce, które ogrzewa planetę Ziemię i wszystko na niej. W życiu codziennym można znaleźć wiele podobnych opcji, tylko w znacznie mniej globalnym sensie. Więc jakie są przykłady wymiany ciepła w życiu codziennym?
Oto niektóre z nich:
- Kuchenka gazowa lub elektryczna i np. patelnia do smażenia jajek.
- Paliwa samochodowe, takie jak benzyna, dostarczają energię cieplną do silnika.
- Dołączony toster zamienia kawałek chleba w tosty. Kojarzy się z promiennymenergia cieplna tostów, która odprowadza wilgoć z chleba i sprawia, że staje się on chrupiący.
- Gorący kubek parującego kakao ogrzewa dłonie.
- Dowolny płomień, od płomieni zapałek po ogromne pożary lasów.
- Gdy lód zostanie umieszczony w szklance wody, energia cieplna z wody topi go, to znaczy sama woda jest źródłem energii.
- Grzejnik lub system grzewczy w Twoim domu zapewnia ciepło podczas długich, mroźnych zimowych miesięcy.
- Piekarniki konwencjonalne są źródłem konwekcji, w wyniku której umieszczone w nich potrawy są podgrzewane i rozpoczyna się proces gotowania.
- Przykłady wymiany ciepła można zaobserwować we własnym ciele, biorąc do ręki kawałek lodu.
- W kocie znajduje się energia cieplna, która może ogrzać kolana właściciela.
Ciepło to ruch
Przepływy ciepła są w ciągłym ruchu. Główne sposoby ich przenoszenia można nazwać konwencją, promieniowaniem i przewodzeniem. Przyjrzyjmy się tym koncepcjom bardziej szczegółowo.
Co to jest przewodnictwo?
Być może wielu zauważyło nieraz, że w tym samym pomieszczeniu odczucia wynikające z dotknięcia podłogi mogą być zupełnie inne. Miło i ciepło jest chodzić po dywanie, ale jeśli wejdziesz do łazienki boso, wyczuwalny chłód od razu daje uczucie radości. Nie tam, gdzie jest ogrzewanie podłogowe.
Więc dlaczego kafelkowa powierzchnia zamarza? To wszystko dlatego, żeprzewodność cieplna. Jest to jeden z trzech rodzajów wymiany ciepła. Za każdym razem, gdy stykają się ze sobą dwa obiekty o różnych temperaturach, przepływa między nimi energia cieplna. Przykłady wymiany ciepła w tym przypadku to: trzymanie się metalowej płytki, której drugi koniec jest umieszczony nad płomieniem świecy, z biegiem czasu można poczuć pieczenie i ból, a w momencie dotknięcia żelazka uchwyt garnka z wrzącą wodą, możesz się poparzyć.
Czynniki przewodnictwa
Dobra lub zła przewodność zależy od kilku czynników:
- Rodzaj i jakość materiału, z którego wykonane są przedmioty.
- Powierzchnia dwóch stykających się obiektów.
- Różnica temperatur między dwoma obiektami.
- Grubość i rozmiar elementów.
W postaci równania wygląda to tak: Szybkość przekazywania ciepła do przedmiotu jest równa przewodności cieplnej materiału, z którego wykonany jest przedmiot, razy powierzchnia styku, razy różnica temperatur między dwoma obiektami i podzielona przez grubość materiału. To proste.
Przykłady przewodnictwa
Bezpośredni transfer ciepła z jednego obiektu do drugiego nazywa się przewodzeniem, a substancje, które dobrze przewodzą 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 wiadomo, izolatory w rzeczywistości nie zatrzymują przepływu.ciepła, ale po prostu zwolnij go do jednego lub drugiego stopnia.
Konwekcja
Ten rodzaj wymiany ciepła, podobnie jak konwekcja, występuje we wszystkich cieczach i gazach. Takie przykłady wymiany ciepła można znaleźć w przyrodzie iw życiu codziennym. Gdy ciecz się nagrzewa, cząsteczki na dole zyskują energię i poruszają się szybciej, co powoduje spadek gęstości. Cząsteczki ciepłego płynu zaczynają poruszać się w górę, podczas gdy chłodziwo (gęstsza ciecz) zaczyna opadać. Gdy chłodne cząsteczki dotrą do dna, ponownie otrzymują swoją część energii i ponownie dążą do góry. Cykl trwa, dopóki na dole znajduje się źródło ciepła.
Przykłady wymiany ciepła w przyrodzie można podać w następujący sposób: za pomocą specjalnie wyposażonego palnika ciepłe powietrze wypełniające przestrzeń balonu może unieść całą konstrukcję na odpowiednio wysoką wysokość że ciepłe powietrze jest lżejsze niż zimne powietrze.
Promieniowanie
Kiedy siedzisz przed ogniem, ogrzewa cię ciepło z niego emanujące. To samo dzieje się, gdy zbliżysz dłoń do płonącej żarówki, nie dotykając jej. Poczujesz też ciepło. Największe przykłady wymiany ciepła w życiu codziennym i przyrodzie to właśnie energia słoneczna. Każdego dnia ciepło słoneczne przechodzi przez 146 milionów km pustej przestrzeni, aż do samej Ziemi. Jest siłą napędową wszystkich form i systemów życia, które istnieją dzisiaj na naszej planecie. Bez tego sposobu transmisji mielibyśmy duże kłopoty, a świat nie byłby taki sam jak my.znamy go.
Promieniowanie to przenoszenie ciepła za pomocą fal elektromagnetycznych, takich jak fale radiowe, podczerwone, rentgenowskie, a nawet światło widzialne. Wszystkie przedmioty emitują i pochłaniają energię promieniowania, w tym samą osobę, ale nie wszystkie przedmioty i substancje radzą sobie z tym zadaniem równie dobrze. Przykłady wymiany ciepła w życiu codziennym można rozważyć za pomocą konwencjonalnej anteny. Z reguły to, co dobrze promieniuje, dobrze się też wchłania. Ziemia otrzymuje energię słoneczną, a następnie oddaje ją w kosmos. Ta energia promieniowania nazywana jest promieniowaniem ziemskim i jest tym, co umożliwia życie na planecie.
Przykłady wymiany ciepła w przyrodzie, życiu codziennym, technologii
Transmisja energii, w szczególności cieplnej, jest podstawowym obszarem nauki dla wszystkich inżynierów. Promieniowanie sprawia, że Ziemia nadaje się do zamieszkania i dostarcza odnawialną energię słoneczną. Konwekcja jest podstawą mechaniki, odpowiada za przepływ powietrza w budynkach oraz wymianę powietrza w domach. Przewodność pozwala ogrzać garnek, po prostu podpalając go.
Liczne przykłady wymiany ciepła w technologii i przyrodzie są oczywiste i można je znaleźć na całym świecie. Niemal wszystkie z nich odgrywają ważną rolę, zwłaszcza w dziedzinie inżynierii mechanicznej. Na przykład, projektując system wentylacji budynku, inżynierowie obliczają wymianę ciepła z otaczającego go budynku, a także wewnętrzną wymianę ciepła. Ponadto wybierają materiały, które minimalizują lub maksymalizują wymianę ciepła.poprzez poszczególne komponenty w celu optymalizacji wydajności.
Parowanie
Gdy atomy lub cząsteczki cieczy (takiej jak woda) są wystawione na działanie znacznej objętości gazu, mają tendencję do spontanicznego przechodzenia w stan gazowy lub parowania. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki nieustannie poruszają się w różnych kierunkach z losowymi prędkościami i zderzają się ze sobą. Podczas tych procesów niektóre z nich otrzymują energię kinetyczną wystarczającą do odpychania się od źródła ciepła.
Jednak nie wszystkie cząsteczki mają czas na odparowanie i zamienienie się w parę wodną. Wszystko zależy od temperatury. Tak więc woda w szklance będzie odparowywać wolniej niż z patelni rozgrzanej na kuchence. Wrząca woda znacznie zwiększa energię cząsteczek, co z kolei przyspiesza proces parowania.
Podstawowe koncepcje
- Przewodnictwo to przenoszenie ciepła przez substancję poprzez bezpośredni kontakt atomów lub cząsteczek.
- Konwekcja to przenoszenie ciepła przez cyrkulację gazu (np. powietrza) lub cieczy (np. wody).
- Promieniowanie to różnica między ilością ciepła pochłoniętego i odbitego. Ta zdolność jest silnie zależna od koloru, czarne przedmioty pochłaniają więcej ciepła niż jasne.
- Parowanie to proces, w którym atomy lub cząsteczki w stanie ciekłym uzyskują wystarczającą ilość energii, aby stać się gazem lub parą.
- Gazy cieplarniane to gazy, które zatrzymują ciepło słoneczne w atmosferze ziemskiej, wytwarzając gaz cieplarniany. Efekt. Istnieją dwie główne kategorie - para wodna i dwutlenek węgla.
- Odnawialne źródła energii to nieograniczone zasoby, które uzupełniają się szybko i naturalnie. Należą do nich następujące przykłady wymiany ciepła w przyrodzie i technologii: wiatry i energia słoneczna.
- Przewodność cieplna to szybkość, z jaką materiał przenosi energię cieplną przez siebie.
- Równowaga termiczna to stan, w którym wszystkie części systemu są w tym samym reżimie temperaturowym.
Praktyczne zastosowanie
Liczne przykłady wymiany ciepła w przyrodzie i technologii (zdjęcia powyżej) wskazują, że procesy te powinny być dobrze zbadane i służyć na dobre. Inżynierowie wykorzystują swoją wiedzę na temat zasad wymiany ciepła, badają nowe technologie, które są związane z wykorzystaniem zasobów odnawialnych i są mniej destrukcyjne dla środowiska. Kluczem jest zrozumienie, że transfer energii otwiera nieskończone możliwości rozwiązań inżynieryjnych i nie tylko.
