Pag-usapan natin kung ano ang heat transfer. Ang terminong ito ay tumutukoy sa proseso ng paglipat ng enerhiya sa bagay. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang kumplikadong mekanismo, na inilarawan ng equation ng init.
Mga uri ng heat transfer
Paano nauuri ang paglipat ng init? Ang heat conduction, convection, radiation ay ang tatlong paraan ng paglipat ng enerhiya na umiiral sa kalikasan.
Ang bawat isa sa kanila ay may sariling natatanging katangian, feature, application sa teknolohiya.
Thermal conductivity
Ang dami ng init ay nauunawaan bilang kabuuan ng kinetic energy ng mga molekula. Kapag sila ay nagbanggaan, nagagawa nilang ilipat ang bahagi ng kanilang init sa malamig na mga particle. Ang thermal conductivity ay pinakamataas na ipinapakita sa mga solido, hindi gaanong karaniwan para sa mga likido, talagang hindi tipikal para sa mga gas na sangkap.
Bilang isang halimbawa na nagpapatunay sa kakayahan ng mga solido na maglipat ng init mula sa isang lugar patungo sa isa pa, isaalang-alang ang sumusunod na eksperimento.
Kung aayusin mo ang mga metal na button sa isang steel wire, pagkatapos ay dalhin ang dulo ng wire sa isang nasusunog na spirit lamp, unti-unting mahuhulog ang mga button mula dito. Kapag pinainit, ang mga molekula ay nagsisimulang gumalaw sa mas mabilis na bilis, mas madalasmagkabanggaan. Ang mga particle na ito ang nagbibigay ng kanilang enerhiya at init sa mas malamig na mga rehiyon. Kung ang mga likido at gas ay hindi nagbibigay ng sapat na mabilis na pag-agos ng init, humahantong ito sa isang matinding pagtaas sa gradient ng temperatura sa mainit na rehiyon.
Heat radiation
Pagsagot sa tanong kung anong uri ng paglipat ng init ang sinamahan ng paglipat ng enerhiya, kinakailangang tandaan ang partikular na pamamaraang ito. Ang radiant transfer ay nagsasangkot ng paglipat ng enerhiya sa pamamagitan ng electromagnetic radiation. Ang variant na ito ay sinusunod sa temperatura na 4000 K at inilalarawan ng heat conduction equation. Nakadepende ang absorption coefficient sa komposisyon ng kemikal, temperatura, density ng isang partikular na gas.
Ang paglipat ng init ng hangin ay may tiyak na limitasyon, na may pagtaas sa daloy ng enerhiya, tumataas ang gradient ng temperatura, tumataas ang koepisyent ng pagsipsip. Matapos lumampas ang halaga ng gradient ng temperatura sa adiabatic gradient, magaganap ang convection.
Ano ang heat transfer? Ito ang pisikal na proseso ng paglilipat ng enerhiya mula sa isang mainit na bagay patungo sa isang malamig sa pamamagitan ng direktang kontak o sa pamamagitan ng isang partition na naghihiwalay sa mga materyales.
Kung ang mga katawan ng parehong sistema ay may magkaibang temperatura, ang proseso ng paglipat ng enerhiya ay magaganap hanggang sa maitatag ang thermodynamic equilibrium sa pagitan ng mga ito.
Mga feature ng heat transfer
Ano ang heat transfer? Ano ang mga tampok ng hindi pangkaraniwang bagay na ito? Hindi mo kayang pigilan ng tuluyan, kaya mo langbawasan ang bilis nito? Ginagamit ba ang paglipat ng init sa kalikasan at teknolohiya? Ito ay paglipat ng init na sumasama at nagpapakilala sa maraming natural na phenomena: ang ebolusyon ng mga planeta at bituin, mga proseso ng meteorolohiko sa ibabaw ng ating planeta. Halimbawa, kasama ang mass exchange, ang proseso ng paglipat ng init ay nagbibigay-daan sa iyo upang pag-aralan ang evaporative cooling, drying, diffusion. Isinasagawa ito sa pagitan ng dalawang carrier ng thermal energy sa pamamagitan ng solidong pader, na nagsisilbing interface sa pagitan ng mga katawan.
Ang paglipat ng init sa kalikasan at teknolohiya ay isang paraan ng pagkilala sa estado ng isang indibidwal na katawan, pag-aaral ng mga katangian ng isang thermodynamic system.
Fourier's Law
Tinatawag itong batas ng pagpapadaloy ng init, dahil iniuugnay nito ang kabuuang kapangyarihan ng pagkawala ng init, pagkakaiba ng temperatura sa cross-sectional area ng parallelepiped, haba nito, at gayundin sa koepisyent ng thermal conductivity. Halimbawa, para sa isang vacuum, ang tagapagpahiwatig na ito ay halos zero. Ang dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang pinakamababang konsentrasyon ng mga particle ng materyal sa isang vacuum na maaaring magdala ng init. Sa kabila ng tampok na ito, sa vacuum mayroong isang variant ng paglipat ng enerhiya sa pamamagitan ng radiation. Isaalang-alang ang paggamit ng paglipat ng init sa batayan ng isang termos. Ang mga dingding nito ay ginawang doble upang madagdagan ang proseso ng pagmuni-muni. Ang hangin ay ibinubomba palabas sa pagitan ng mga ito, habang binabawasan ang pagkawala ng init.
Convection
Pagsagot sa tanong kung ano ang paglipat ng init, isaalang-alang ang proseso ng paglipat ng init sa mga likidoo sa mga gas sa pamamagitan ng kusang o sapilitang paghahalo. Sa kaso ng sapilitang kombeksyon, ang paggalaw ng bagay ay sanhi ng pagkilos ng mga panlabas na puwersa: fan blades, pump. Ginagamit ang isang katulad na opsyon sa mga sitwasyon kung saan hindi epektibo ang natural na convection.
Ang isang natural na proseso ay sinusunod sa mga pagkakataong, sa hindi pantay na pag-init, ang mas mababang mga layer ng substance ay pinainit. Ang kanilang density ay bumababa, sila ay tumaas. Ang mga itaas na layer, sa kabaligtaran, ay lumalamig, nagiging mas mabigat, at lumulubog. Dagdag pa, ang proseso ay paulit-ulit nang maraming beses, at sa panahon ng paghahalo, ang pagsasaayos ng sarili sa istruktura ng mga vortices ay sinusunod, ang isang regular na sala-sala ay nabuo mula sa mga convection cell.
Dahil sa natural na convection, nabubuo ang mga ulap, bumabagsak ang ulan, at gumagalaw ang mga tectonic plate. Sa pamamagitan ng convection nabubuo ang mga butil sa Araw.
Ang wastong paggamit ng heat transfer ay tumitiyak sa minimum na pagkawala ng init, maximum na pagkonsumo.
Ang esensya ng convection
Upang ipaliwanag ang convection, maaari mong gamitin ang batas ng Archimedes, pati na rin ang thermal expansion ng mga solid at likido. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang dami ng likido at bumababa ang density. Sa ilalim ng impluwensya ng puwersa ng Archimedes, ang isang mas magaan (pinainit) na likido ay tumataas, at ang malamig (makakapal) na mga layer ay nahuhulog, unti-unting umiinit.
Kapag ang likido ay pinainit mula sa itaas, ang mainit na likido ay nananatili sa orihinal nitong posisyon, kaya walang convection na naobserbahan. Ito ay kung paano gumagana ang cyclelikido, na sinamahan ng paglipat ng enerhiya mula sa maiinit na lugar patungo sa malamig na lugar. Sa mga gas, nangyayari ang convection ayon sa katulad na mekanismo.
Mula sa thermodynamic point of view, ang convection ay itinuturing bilang isang variant ng heat transfer, kung saan ang paglipat ng panloob na enerhiya ay nangyayari sa pamamagitan ng magkahiwalay na daloy ng mga substance na hindi pantay na pinainit. Ang isang katulad na kababalaghan ay nangyayari sa kalikasan at sa pang-araw-araw na buhay. Halimbawa, nakakabit ang mga heating radiator sa pinakamababang taas mula sa sahig, malapit sa windowsill.
Ang malamig na hangin ay pinainit ng baterya, pagkatapos ay unti-unting tumataas, kung saan ito ay humahalo sa malamig na hanging bumababa mula sa bintana. Ang convection ay humahantong sa pagkakaroon ng pare-parehong temperatura sa silid.
Kabilang sa mga karaniwang halimbawa ng atmospheric convection ay hangin: monsoons, breezes. Ang hangin na umiinit sa ilang fragment ng Earth ay lumalamig sa iba, bilang resulta kung saan ito umiikot, naililipat ang kahalumigmigan at enerhiya.
Mga tampok ng natural na convection
Ito ay naiimpluwensyahan ng ilang salik nang sabay-sabay. Halimbawa, ang rate ng natural na convection ay apektado ng araw-araw na paggalaw ng Earth, mga alon ng dagat, at topograpiya sa ibabaw. Convection ang batayan ng paglabas mula sa mga bunganga ng bulkan at mga tubo ng usok, pagbuo ng mga bundok, pag-akyat ng iba't ibang ibon.
Sa konklusyon
Thermal radiation ay isang electromagnetic na proseso na may tuluy-tuloy na spectrum, na ibinubuga ng materya, na nangyayari dahil sa panloob na enerhiya. Upang maisagawa ang mga kalkulasyon ng thermal radiation, saGinagamit ng physics ang blackbody model. Ilarawan ang thermal radiation gamit ang batas ng Stefan-Boltzmann. Ang lakas ng radiation ng naturang katawan ay direktang proporsyonal sa surface area at temperatura ng katawan, na dinadala sa pang-apat na kapangyarihan.
Thermal conductivity ay posible sa anumang katawan na may hindi pare-parehong distribusyon ng temperatura. Ang kakanyahan ng kababalaghan ay ang pagbabago sa kinetic energy ng mga molekula at atomo, na tumutukoy sa temperatura ng katawan. Sa ilang mga kaso, ang thermal conductivity ay itinuturing na quantitative na kakayahan ng isang partikular na substance na mag-conduct ng init.
Ang malalaking proseso ng pagpapalitan ng thermal energy ay hindi limitado sa pag-init ng ibabaw ng mundo sa pamamagitan ng solar radiation.
Ang matinding convection na agos sa atmospera ng mundo ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga pagbabago sa lagay ng panahon sa buong planeta. Sa mga pagkakaiba ng temperatura sa atmospera sa pagitan ng mga rehiyon ng polar at ekwador, umusbong ang mga daloy ng convection: mga jet stream, trade wind, malamig at mainit na mga harapan.
Ang paglipat ng init mula sa core ng lupa patungo sa ibabaw ay nagdudulot ng mga pagsabog ng bulkan, ang paglitaw ng mga geyser. Sa maraming rehiyon, ginagamit ang geothermal energy upang makabuo ng kuryente, pampainit ng tirahan at mga pang-industriyang lugar.
Ito ay init na nagiging obligadong kalahok sa maraming teknolohiya ng produksyon. Halimbawa, ang pagproseso at pagtunaw ng mga metal, paggawa ng pagkain, pagdadalisay ng langis, pagpapatakbo ng mga makina - lahat ng ito ay isinasagawa lamang sa pagkakaroon ng thermal energy.
