Въведение в топлинния трансфер: Как се пренася топлината?

Какво е топлина? Как се извършва пренос на топлина? Какви са ефектите върху материята при пренос на топлина от едно тяло в друго? Ето какво трябва да знаете:

Определение за топлопредаване

Преносът на топлина е процес, при който вътрешната енергия от едно вещество се прехвърля към друго вещество. термодинамика е изследването на топлопредаването и промените, които произтичат от него. Разбирането на топлопреминаването е от решаващо значение за анализирането на a термодинамичен процес, като тези, които се провеждат в топлинни двигатели и термопомпи.

Форми на топлопренос

Съгласно кинетичната теория вътрешна енергия на вещество се генерира от движението на отделни атоми или молекули. Топлинна енергия е формата на енергия, която прехвърля тази енергия от едно тяло или система в друго. Този топлопренос може да се извърши по много начини:

  • проводимост е когато топлината тече през нагрято твърдо вещество през a топлинен ток движейки се през материала. Можете да наблюдавате проводимост при нагряване на елемент на горелката на печката или метална пръчка, която преминава от червено гореща в бяла гореща.
  • конвекция е, когато нагретите частици прехвърлят топлина към друго вещество, като готвене на нещо във вряща вода.
  • радиация е, когато топлината се предава чрез електромагнитни вълни, например от слънцето. Радиацията може да предава топлина през празното пространство, докато другите два метода изискват някаква форма на контакт по материя за прехвърлянето.

За да влияят две вещества едно на друго, те трябва да са вътре термичен контакт един с друг. Ако оставите фурната си отворена, докато е включена и застанете няколко крака пред нея, вие сте в термичен контакт с фурната и можете да почувствате топлината, която прехвърля към вас (чрез конвекция през въздуха).

Обикновено, разбира се, не усещате топлината от фурната, когато сте на няколко крачки и това е така, защото фурната има топлоизолация да запази топлината вътре в него, като по този начин предотвратява термичния контакт с външната страна на фурната. Това разбира се не е перфектно, така че ако стоите наблизо, усещате малко топлина от фурната.

Топлинно равновесие е, когато два предмета, които са в термичен контакт, вече не предават топлина между тях.

Ефекти от пренос на топлина

Основният ефект на топлопредаването е, че частиците на едно вещество се сблъскват с частиците на друго вещество. Обикновено по-енергийното вещество губи вътрешна енергия (т.е. „охлажда се“), докато по-малко енергийното вещество ще спечели вътрешна енергия (т.е. „се нагрява“).

Най-яркият ефект от това в ежедневния ни живот е фазов преход, при който веществото се променя от едно състояние на материята на друг, такъв като топене на лед от твърдо вещество до течност, тъй като поглъща топлина. Водата съдържа повече вътрешна енергия (т.е. водните молекули се движат по-бързо), отколкото в леда.

Освен това много вещества преминават и през двете термично разширение или термично свиване тъй като те печелят и губят вътрешна енергия. Водата (и други течности) често се разширява, докато замръзва, което всеки, който е сложил напитка с капачка във фризера твърде дълго, е открил.

Топлинен капацитет

Най- топлинен капацитет на обект помага да се определи как температурата на този обект реагира на абсорбиране или предаване на топлина. Топлинен капацитет се дефинира като промяна на топлината, разделена на промяната на температурата.

Закони на термодинамиката

Преносът на топлина се ръководи от някои основни принципи, станали известни като закони на термодинамиката, които определят как преносът на топлина се отнася до работата, извършена от дадена система и поставят някои ограничения върху това, което е възможно да се постигне система.

Редактиран от Ан Мари Хелменстин, д-р