Reden wir darüber, was Wärmeübertragung ist. Dieser Begriff bezeichnet den Prozess der Energieübertragung in Materie. Sie ist durch einen komplexen Mechanismus gekennzeichnet, der durch die Wärmegleichung beschrieben wird.
Varianten der Wärmeübertragung
Wie wird die Wärmeübertragung klassifiziert? Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung sind die drei Arten der Energieübertragung, die in der Natur vorkommen.
Jeder von ihnen hat seine eigenen Besonderheiten, Merkmale und Anwendungen in der Technologie.
Wärmeleitfähigkeit
Unter Wärmemenge versteht man die Summe der kinetischen Energie von Molekülen. Wenn sie kollidieren, können sie einen Teil ihrer Wärme auf k alte Teilchen übertragen. Die Wärmeleitfähigkeit zeigt sich maximal in Festkörpern, weniger typisch für Flüssigkeiten, absolut untypisch für gasförmige Stoffe.
Als Beispiel, das die Fähigkeit von Festkörpern bestätigt, Wärme von einem Bereich zum anderen zu übertragen, betrachten Sie das folgende Experiment.
Wenn du Metallknöpfe an einem Stahldraht befestigst und dann das Ende des Drahtes zu einer brennenden Spirituslampe bringst, werden die Knöpfe nach und nach abfallen. Beim Erhitzen beginnen sich die Moleküle häufiger mit einer höheren Geschwindigkeit zu bewegenkollidieren miteinander. Diese Teilchen geben ihre Energie und Wärme an kältere Regionen ab. Wenn Flüssigkeiten und Gase nicht für einen ausreichend schnellen Wärmeabfluss sorgen, führt dies zu einem starken Anstieg des Temperaturgradienten im heißen Bereich.
Wärmestrahlung
Bei der Beantwortung der Frage, welche Art der Wärmeübertragung mit einer Energieübertragung einhergeht, muss auf diese besondere Methode hingewiesen werden. Strahlungsübertragung beinh altet die Übertragung von Energie durch elektromagnetische Strahlung. Diese Variante wird bei einer Temperatur von 4000 K beobachtet und durch die Wärmeleitungsgleichung beschrieben. Der Absorptionskoeffizient hängt von der chemischen Zusammensetzung, Temperatur und Dichte eines bestimmten Gases ab.
Die Wärmeübertragung von Luft hat eine bestimmte Grenze, mit zunehmendem Energiefluss steigt der Temperaturgradient, der Absorptionskoeffizient steigt. Nachdem der Wert des Temperaturgradienten den adiabatischen Gradienten überschreitet, tritt Konvektion auf.
Was ist Wärmeübertragung? Dies ist der physikalische Prozess der Energieübertragung von einem heißen Objekt auf ein k altes durch direkten Kontakt oder durch eine Trennwand, die die Materialien trennt.
Wenn die Körper desselben Systems unterschiedliche Temperaturen haben, findet der Prozess der Energieübertragung statt, bis zwischen ihnen ein thermodynamisches Gleichgewicht hergestellt ist.
Wärmeübertragungsfunktionen
Was ist Wärmeübertragung? Was sind die Merkmale dieses Phänomens? Du kannst es nicht vollständig stoppen, du kannst nurseine Geschwindigkeit reduzieren? Wird Wärmeübertragung in Natur und Technik genutzt? Es ist die Wärmeübertragung, die viele Naturphänomene begleitet und charakterisiert: die Entwicklung von Planeten und Sternen, meteorologische Prozesse auf der Oberfläche unseres Planeten. Der Prozess der Wärmeübertragung ermöglicht beispielsweise zusammen mit dem Stoffaustausch die Analyse von Verdunstungskühlung, Trocknung und Diffusion. Sie erfolgt zwischen zwei Wärmeenergieträgern durch eine feste Wand, die als Grenzfläche zwischen Körpern fungiert.
Wärmeübertragung in Natur und Technik ist eine Möglichkeit, den Zustand eines individuellen Körpers zu charakterisieren und die Eigenschaften eines thermodynamischen Systems zu analysieren.
Fouriersches Gesetz
Es wird Wärmeleitungsgesetz genannt, weil es die Gesamtleistung des Wärmeverlusts, die Temperaturdifferenz mit der Querschnittsfläche des Parallelepipeds, seiner Länge und auch mit dem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten verknüpft. Zum Beispiel ist dieser Indikator für ein Vakuum fast Null. Der Grund für dieses Phänomen ist die minimale Konzentration von Materialpartikeln in einem Vakuum, die Wärme transportieren können. Trotz dieser Eigenschaft gibt es im Vakuum eine Variante der Energieübertragung durch Strahlung. Betrachten Sie die Verwendung von Wärmeübertragung auf der Basis einer Thermoskanne. Seine Wände sind doppelt ausgeführt, um den Reflexionsprozess zu erhöhen. Luft wird zwischen ihnen herausgepumpt, während der Wärmeverlust reduziert wird.
Konvektion
Beim Beantworten der Frage, was Wärmeübertragung ist, betrachten wir den Prozess der Wärmeübertragung in Flüssigkeitenoder in Gasen durch spontanes oder erzwungenes Mischen. Bei erzwungener Konvektion wird die Bewegung der Materie durch die Einwirkung äußerer Kräfte verursacht: Lüfterflügel, Pumpe. Eine ähnliche Option wird in Situationen verwendet, in denen die natürliche Konvektion nicht effektiv ist.
Ein natürlicher Prozess wird in jenen Fällen beobachtet, wenn bei ungleichmäßiger Erwärmung die unteren Schichten der Substanz erwärmt werden. Ihre Dichte nimmt ab, sie steigen auf. Die oberen Schichten hingegen kühlen ab, werden schwerer und sinken ab. Außerdem wird der Vorgang mehrmals wiederholt, und während des Mischens wird eine Selbstorganisation in die Struktur von Wirbeln beobachtet, ein regelmäßiges Gitter wird aus den Konvektionszellen gebildet.
Aufgrund natürlicher Konvektion bilden sich Wolken, Niederschlag fällt und tektonische Platten bewegen sich. Durch Konvektion werden Körnchen auf der Sonne gebildet.
Die richtige Nutzung der Wärmeübertragung sorgt für minimalen Wärmeverlust und maximalen Verbrauch.
Das Wesen der Konvektion
Um die Konvektion zu erklären, kannst du das Gesetz von Archimedes sowie die Wärmeausdehnung von Festkörpern und Flüssigkeiten heranziehen. Mit steigender Temperatur nimmt das Volumen der Flüssigkeit zu und die Dichte ab. Unter dem Einfluss der archimedischen Kraft tendiert eine leichtere (erwärmte) Flüssigkeit nach oben, und k alte (dichte) Schichten fallen nach unten und erwärmen sich allmählich.
Wenn die Flüssigkeit von oben erhitzt wird, bleibt die warme Flüssigkeit in ihrer ursprünglichen Position, sodass keine Konvektion beobachtet wird. So funktioniert der KreislaufFlüssigkeit, die mit der Energieübertragung von warmen zu k alten Orten einhergeht. In Gasen erfolgt die Konvektion nach einem ähnlichen Mechanismus.
Aus thermodynamischer Sicht wird die Konvektion als eine Variante der Wärmeübertragung angesehen, bei der die Übertragung der inneren Energie durch getrennte Ströme von ungleichmäßig erhitzten Stoffen erfolgt. Ein ähnliches Phänomen tritt in der Natur und im Alltag auf. Beispielsweise werden Heizkörper in einer Mindesthöhe vom Boden in der Nähe der Fensterbank installiert.
K alte Luft wird durch die Batterie erwärmt, steigt dann allmählich nach oben, wo sie sich mit k alten Luftmassen vermischt, die vom Fenster herabkommen. Durch Konvektion stellt sich im Raum eine gleichmäßige Temperatur ein.
Unter den üblichen Beispielen für atmosphärische Konvektion sind Winde: Monsun, Brisen. Die Luft, die sich über einigen Fragmenten der Erde erwärmt, kühlt über anderen ab, wodurch sie zirkuliert, Feuchtigkeit und Energie übertragen werden.
Merkmale natürlicher Konvektion
Es wird von mehreren Faktoren gleichzeitig beeinflusst. Beispielsweise wird die Rate der natürlichen Konvektion durch die tägliche Bewegung der Erde, Meeresströmungen und Oberflächentopographie beeinflusst. Es ist die Konvektion, die die Grundlage für den Austritt aus Vulkankratern und Rauchrohren, die Bildung von Bergen und das Aufsteigen verschiedener Vögel ist.
Zum Schluss
Wärmestrahlung ist ein elektromagnetischer Prozess mit kontinuierlichem Spektrum, der von Materie emittiert wird, aufgrund innerer Energie auftritt. Um Berechnungen der Wärmestrahlung durchzuführen, inDie Physik verwendet das Schwarzkörpermodell. Beschreiben Sie die Wärmestrahlung mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz. Die Strahlungsleistung eines solchen Körpers ist direkt proportional zur Oberfläche und Temperatur des Körpers in der vierten Potenz.
Wärmeleitfähigkeit ist in allen Körpern möglich, die eine ungleichmäßige Temperaturverteilung aufweisen. Die Essenz des Phänomens ist die Änderung der kinetischen Energie von Molekülen und Atomen, die die Temperatur des Körpers bestimmt. In einigen Fällen wird die Wärmeleitfähigkeit als die quantitative Fähigkeit einer bestimmten Substanz angesehen, Wärme zu leiten.
Großräumige Prozesse des thermischen Energieaustausches sind nicht auf die Erwärmung der Erdoberfläche durch Sonneneinstrahlung beschränkt.
Starke Konvektionsströmungen in der Erdatmosphäre sind durch Änderungen der Wetterbedingungen auf dem ganzen Planeten gekennzeichnet. Bei Temperaturunterschieden in der Atmosphäre zwischen Polar- und Äquatorregion entstehen Konvektionsströmungen: Jetstreams, Passatwinde, K alt- und Warmfronten.
Die Übertragung von Wärme aus dem Erdkern an die Oberfläche verursacht Vulkanausbrüche, das Auftreten von Geysiren. In vielen Regionen wird Geothermie zur Stromerzeugung, Beheizung von Wohn- und Industriegebäuden genutzt.
Es ist Wärme, die zu einem obligatorischen Bestandteil vieler Produktionstechnologien wird. Zum Beispiel die Verarbeitung und Verhüttung von Metallen, die Herstellung von Lebensmitteln, die Ölraffination, der Betrieb von Motoren – all dies geschieht nur in Anwesenheit von thermischer Energie.
