Typer af varmeoverførsel: varmeoverførselskoefficient

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Enhver materiel krop har sådan en egenskab som varme, der kan stige og falde. Varme er ikke et materielt stof: Som en del af et stofs indre energi opstår den som et resultat af molekylers bevægelse og interaktion. Da varmen fra forskellige stoffer kan være forskellig, er der en proces med at overføre varme fra et varmere stof til et stof med mindre varme. Denne proces kaldes varmeoverførsel. Vi vil overveje de vigtigste typer varmeoverførsel og mekanismerne for deres virkning i denne artikel.

Bestemmelse af varmeoverførsel

Varmeoverførsel, eller processen med temperaturoverførsel, kan forekomme både inde i stof og fra et stof til et andet. Samtidig afhænger varmeoverførslens intensitet i høj grad af stoffets fysiske egenskaber, stoffers temperatur (hvis flere stoffer deltager i varmeoverførslen) og fysikkens love. Varmeoverførsel er en proces, der altid forløber ensidigt. Hovedprincippet for varmeoverførsel er, at den varmeste krop altid afgiver varme til en genstand med en lavere temperatur. For eksempel ved strygning af tøj, et varmt strygejerngiver varme til bukserne, og ikke omvendt. Varmeoverførsel er et tidsafhængigt fænomen, der karakteriserer den irreversible fordeling af varme i rummet.

Varmeoverførselsmekanismer

Mekanismer for termisk interaktion mellem stoffer kan antage forskellige former. Der er tre typer varmeoverførsel i naturen:

1. Vermeledningsevne er en mekanisme for intermolekylær varmeoverførsel fra en del af kroppen til en anden eller til en anden genstand. Egenskaben er baseret på inhomogeniteten af temperaturen i de pågældende stoffer.
2. Konvektion - varmeveksling mellem flydende medier (væske, luft).
3. Strålingsvirkning er overførsel af varme fra opvarmede og opvarmede legemer (kilder) på grund af deres energi i form af elektromagnetiske bølger med et konstant spektrum.

Lad os overveje de anførte typer varmeoverførsel mere detaljeret.

Vermeledningsevne

Oftest observeres termisk ledningsevne i faste stoffer. Hvis der under påvirkning af faktorer forekommer områder med forskellige temperaturer i det samme stof, vil termisk energi fra et varmere område gå over til et koldt. I nogle tilfælde kan dette fænomen endda observeres visuelt. For eksempel, hvis vi tager en metalstang, f.eks. en nål, og opvarmer den i brand, så vil vi efter nogen tid se, hvordan termisk energi overføres gennem nålen og danner en glød i et bestemt område. Samtidig er gløden lysere et sted, hvor temperaturen er højere, og omvendt, hvor t er lavere, er det mørkere. Varmeledning kan også observeres mellem to kroppe (et krus varm te og en hånd)

Intensiteten af varmefluxoverførsel afhænger af mange faktorer, hvis forhold blev afsløret af den franske matematiker Fourier. Disse faktorer omfatter primært temperaturgradienten (forholdet mellem temperaturforskellen ved enderne af stangen og afstanden fra den ene ende til den anden), kroppens tværsnitsareal og den termiske ledningsevnekoefficient (det er forskelligt for alle stoffer, men det højeste ses i metaller). Den mest signifikante koefficient for varmeledningsevne er observeret i kobber og aluminium. Det er ikke overraskende, at disse to metaller oftere bruges til fremstilling af elektriske ledninger. I henhold til Fourier-loven kan varmefluxen øges eller mindskes ved at ændre en af disse parametre.

Konvektionstyper af varmeoverførsel

Konvektion, som hovedsageligt er karakteristisk for gasser og væsker, har to komponenter: intermolekylær termisk ledningsevne og bevægelse (fordeling) af mediet. Virkningsmekanismen for konvektion opstår som følger: med en stigning i temperaturen af et flydende stof begynder dets molekyler at bevæge sig mere aktivt, og i fravær af rumlige begrænsninger øges stoffets volumen. Konsekvensen af denne proces vil være et fald i stoffets tæthed og dets opadgående bevægelse. Et slående eksempel på konvektion er bevægelsen af luft opvarmet af en radiator fra et batteri til loftet.

Skelne mellem fri og tvungen konvektiv varmeoverførsel. Varmeoverførsel og massebevægelse i den frie type opstår på grund af stoffets heterogenitet, det vil sige, at den varme væske stiger over den kolde naturligemåde uden at blive påvirket af eksterne kræfter (f.eks. opvarmning af et rum med centralvarme). Ved tvungen konvektion sker bevægelsen af massen under påvirkning af ydre kræfter, for eksempel omrøring af te med en ske.

Strålingsvarmeoverførsel

Strålende eller strålingsvarmeoverførsel kan forekomme uden kontakt med en anden genstand eller et andet stof, derfor er det muligt selv i et luftløst rum (vakuum). Strålingsvarmeoverførsel er iboende i alle legemer i større eller mindre grad og viser sig i form af elektromagnetiske bølger med et kontinuerligt spektrum. Et godt eksempel på dette er solen. Virkningsmekanismen er som følger: kroppen udstråler kontinuerligt en vis mængde varme ind i rummet, der omgiver den. Når denne energi rammer et andet objekt eller stof, absorberes en del af det, den anden del passerer igennem, og den tredje del reflekteres i miljøet. Enhver genstand kan både udstråle varme og absorbere, mens mørke stoffer er i stand til at absorbere mere varme end lyse.

Kombinerede varmeoverførselsmekanismer

I naturen findes typer af varmeoverførselsprocesser sjældent separat. Meget oftere kan de ses sammen. I termodynamik har disse kombinationer endda navne, for eksempel er termisk ledningsevne + konvektion konvektiv varmeoverførsel, og termisk ledningsevne + termisk stråling kaldes strålingsledende varmeoverførsel. Derudover er der sådanne kombinerede typer varmeoverførsel som:

• Varmeafledning -bevægelsen af termisk energi mellem en gas eller væske og et fast stof.
• Varmeoverførsel er overførsel af t fra et emne til et andet gennem en mekanisk forhindring.
• Konvektiv-stråling varmeoverførsel dannes ved at kombinere konvektion og termisk stråling.

Typer af varmeoverførsel i naturen (eksempler)

Varmeoverførsel i naturen spiller en enorm rolle og er ikke begrænset til opvarmning af kloden med solens stråler. Omfattende konvektionsstrømme, såsom luftmassernes bevægelse, bestemmer i høj grad vejret på hele vores planet.

Den termiske ledningsevne af Jordens kerne fører til fremkomsten af gejsere og udbrud af vulkanske klipper. Dette er blot nogle få eksempler på varmeoverførsel på glob alt plan. Sammen danner de de typer af konvektiv varmeoverførsel og strålingsledende typer varmeoverførsel, der er nødvendige for at opretholde liv på vores planet.

Brugen af varmeoverførsel i antropologiske aktiviteter

Varme er en vigtig komponent i næsten alle produktionsprocesser. Det er svært at sige, hvilken type varmeudveksling, der bruges af mennesket mest af alt i den nationale økonomi. Formentlig alle tre på samme tid. Varmeoverførselsprocesser bruges til at smelte metaller, hvilket producerer en bred vifte af varer lige fra hverdagsting til rumfartøjer.

Ekstremt vigtige for civilisationen er termiske enheder, der er i stand til at omdanne termisk energi til nyttig kraft. Blandtde kan kaldes benzin, diesel, kompressor, turbinenheder. Til deres arbejde bruger de forskellige typer varmeoverførsel.