Typer av värmeöverföring: värmeöverföringskoefficient

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Alla materiella kroppar har en sådan egenskap som värme, som kan öka och minska. Värme är inte en materiell substans: som en del av den inre energin hos ett ämne uppstår den som ett resultat av molekylers rörelse och interaktion. Eftersom värmen från olika ämnen kan skilja sig åt finns det en process där värme överförs från ett hetare ämne till ett ämne med mindre värme. Denna process kallas värmeöverföring. Vi kommer att överväga huvudtyperna av värmeöverföring och mekanismerna för deras verkan i den här artikeln.

Bestämning av värmeöverföring

Värmeöverföring, eller processen för temperaturöverföring, kan ske både inuti materia och från ett ämne till ett annat. Samtidigt beror värmeöverföringens intensitet till stor del på materiens fysikaliska egenskaper, ämnens temperatur (om flera ämnen deltar i värmeöverföringen) och fysikens lagar. Värmeöverföring är en process som alltid sker ensidigt. Huvudprincipen för värmeöverföring är att den hetaste kroppen alltid avger värme till ett föremål med lägre temperatur. Till exempel vid strykning av kläder, ett varmt strykjärnger värme till byxorna och inte tvärtom. Värmeöverföring är ett tidsberoende fenomen som kännetecknar den irreversibla värmefördelningen i rymden.

Värmeöverföringsmekanismer

Mekanismer för termisk interaktion mellan ämnen kan ha olika former. Det finns tre typer av värmeöverföring i naturen:

1. Värmeledningsförmåga är en mekanism för intermolekylär värmeöverföring från en del av kroppen till en annan eller till ett annat objekt. Egenskapen är baserad på inhomogeniteten hos temperaturen i de aktuella ämnena.
2. Konvektion - värmeväxling mellan flytande media (vätska, luft).
3. Strålningsverkan är överföring av värme från uppvärmda och uppvärmda kroppar (källor) på grund av deras energi i form av elektromagnetiska vågor med ett konstant spektrum.

Låt oss överväga de listade typerna av värmeöverföring mer i detalj.

Värmeledningsförmåga

Oftast observeras värmeledningsförmåga i fasta ämnen. Om, under påverkan av några faktorer, områden med olika temperaturer visas i samma ämne, kommer termisk energi från ett varmare område att övergå till ett kallt. I vissa fall kan detta fenomen till och med observeras visuellt. Om vi till exempel tar en metallstav, säg en nål, och värmer den i brand, kommer vi efter en tid att se hur värmeenergi överförs genom nålen och bildar en glöd i ett visst område. Samtidigt, på en plats där temperaturen är högre, är glöden ljusare och omvänt, där t är lägre, är det mörkare. Värmeledning kan också observeras mellan två kroppar (en mugg varmt te och en hand)

Intensiteten hos värmeflödesöverföringen beror på många faktorer, vars förhållande avslöjades av den franske matematikern Fourier. Dessa faktorer inkluderar i första hand temperaturgradienten (förhållandet mellan temperaturskillnaden vid stavens ändar och avståndet från ena änden till den andra), kroppens tvärsnittsarea och värmeledningskoefficienten (det är olika för alla ämnen, men det högsta observeras i metaller). Den viktigaste koefficienten för värmeledningsförmåga observeras i koppar och aluminium. Det är inte förvånande att dessa två metaller oftare används vid tillverkning av elektriska ledningar. Enligt Fourierlagen kan värmeflödet ökas eller minskas genom att ändra en av dessa parametrar.

Konvektionstyper av värmeöverföring

Konvektion, som främst är karakteristisk för gaser och vätskor, har två komponenter: intermolekylär värmeledningsförmåga och rörelse (fördelning) av mediet. Verkningsmekanismen för konvektion sker enligt följande: med en ökning av temperaturen hos ett flytande ämne börjar dess molekyler att röra sig mer aktivt, och i frånvaro av rumsliga begränsningar ökar ämnets volym. Konsekvensen av denna process blir en minskning av ämnets densitet och dess uppåtgående rörelse. Ett slående exempel på konvektion är rörelsen av luft som värms upp av en radiator från ett batteri till taket.

Skillnad mellan fri och forcerad konvektiv typ av värmeöverföring. Värmeöverföring och massrörelse i den fria typen uppstår på grund av ämnets heterogenitet, det vill säga den heta vätskan stiger över den kalla naturligautan att påverkas av yttre krafter (t.ex. värma upp ett rum med centralvärme). Med forcerad konvektion sker massans rörelse under påverkan av yttre krafter, till exempel omrörning av te med en sked.

Strålningsvärmeöverföring

Strålnings- eller strålningsvärmeöverföring kan ske utan kontakt med annat föremål eller ämne, därför är det möjligt även i ett luftlöst utrymme (vakuum). Strålningsvärmeöverföring är inneboende i alla kroppar i större eller mindre utsträckning och visar sig i form av elektromagnetiska vågor med ett kontinuerligt spektrum. Ett utmärkt exempel på detta är solen. Verkningsmekanismen är som följer: kroppen strålar kontinuerligt ut en viss mängd värme i utrymmet som omger den. När denna energi träffar ett annat föremål eller ämne absorberas en del av den, den andra delen passerar igenom och den tredje delen reflekteras i miljön. Alla föremål kan både utstråla värme och absorbera, medan mörka ämnen kan absorbera mer värme än ljusa.

Kombinerade värmeöverföringsmekanismer

I naturen finns typer av värmeöverföringsprocesser sällan separat. Mycket oftare kan de ses tillsammans. Inom termodynamiken har dessa kombinationer till och med namn, till exempel är värmeledningsförmåga + konvektion konvektiv värmeöverföring, och värmeledningsförmåga + värmestrålning kallas strålningskonduktiv värmeöverföring. Dessutom finns det sådana kombinerade typer av värmeöverföring som:

• Värmeavledning -rörelsen av termisk energi mellan en gas eller vätska och ett fast ämne.
• Värmeöverföring är överföringen av t från en sak till en annan genom ett mekaniskt hinder.
• Konvektiv-strålning värmeöverföring bildas genom att kombinera konvektion och termisk strålning.

Typer av värmeöverföring i naturen (exempel)

Värmeöverföring i naturen spelar en enorm roll och är inte begränsad till uppvärmningen av jordklotet av solens strålar. Omfattande konvektionsströmmar, såsom luftmassornas rörelse, bestämmer till stor del vädret över hela vår planet.

Den termiska ledningsförmågan hos jordens kärna leder till uppkomsten av gejsrar och vulkaniska stenars utbrott. Detta är bara några exempel på värmeöverföring på global skala. Tillsammans bildar de de typer av konvektiv värmeöverföring och strålningsledande typer av värmeöverföring som är nödvändiga för att upprätthålla liv på vår planet.

Användning av värmeöverföring i antropologiska aktiviteter

Värme är en viktig komponent i nästan alla produktionsprocesser. Det är svårt att säga vilken typ av värmeväxling som används av människan mest av allt i samhällsekonomin. Förmodligen alla tre samtidigt. Värmeöverföringsprocesser används för att smälta metaller, vilket producerar ett stort utbud av varor, allt från vardagliga föremål till rymdfarkoster.

Extremt viktiga för civilisationen är termiska enheter som kan omvandla termisk energi till användbar kraft. Blandde kan kallas bensin, diesel, kompressor, turbinenheter. För sitt arbete använder de olika typer av värmeöverföring.