A hőenergia az a kifejezés, amelyet az objektumban lévő molekulák aktivitási szintjének leírására használunk. A megnövekedett gerjesztés így vagy úgy a hőmérséklet emelkedésével jár, míg a hideg tárgyakban az atomok sokkal lassabban mozognak.
A hőátadásra mindenhol találunk példákat – a természetben, a technikában és a mindennapi életben.
Példák a hőátadásra
A hőátadás legnagyobb példája a Nap, amely felmelegíti a Földet és mindent, ami rajta van. A mindennapi életben nagyon sok hasonló lehetőséget találhatunk, csak sokkal kevésbé globális értelemben. Tehát milyen példák vannak a hőátadásra a mindennapi életben?
Íme néhány közülük:
- Gáz- vagy villanytűzhely és például egy serpenyő a tojás sütéséhez.
- Az autóüzemanyagok, például a benzin hőenergiát biztosítanak a motornak.
- A mellékelt kenyérpirító egy darab kenyeret pirítóssá varázsol. A sugárzóhoz kapcsolódika pirítós hőenergiája, amely kiszívja a nedvességet a kenyérből, és ropogóssá teszi azt.
- Egy forró csésze gőzölgő kakaó melegíti a kezet.
- Bármilyen láng, a gyufa lángjától a hatalmas erdőtüzekig.
- Amikor jeget teszünk egy pohár vízbe, a vízből származó hőenergia megolvasztja azt, vagyis a víz maga az energiaforrás.
- Az otthonában lévő radiátor vagy fűtési rendszer meleget biztosít a hosszú, hideg téli hónapokban.
- A hagyományos sütők légáramlás forrásai, aminek eredményeként a beléjük helyezett étel felmelegszik, és elindul a főzési folyamat.
- A hőátadás példáit saját testében is megfigyelheti, ha egy darab jeget vesz a kezébe.
- A hőenergia még a macskában is van, ami felmelegítheti a gazdi térdét.
A hő mozgás
A hőáramok állandó mozgásban vannak. Átvitelük fő módjait konvenciónak, sugárzásnak és vezetésnek nevezhetjük. Nézzük ezeket a fogalmakat részletesebben.
Mi a vezetőképesség?
Talán sokan nem egyszer észrevették már, hogy ugyanabban a szobában a padló érintése teljesen eltérő érzéseket kelthet. Jó meleg a szőnyegen sétálni, de ha mezítláb megyünk be a fürdőszobába, az érezhető hűvösség azonnal vidámságot kelt. Nem ott, ahol padlófűtés van.
Akkor miért fagy le a csempézett felület? Mindez azért vanhővezető. Ez a hőátadás három típusának egyike. Amikor két különböző hőmérsékletű tárgy érintkezik egymással, hőenergia halad át közöttük. Ilyen esetben a hőátadásra példák a következők: fémlapon kapaszkodva, amelynek másik végét a gyertya lángja fölé helyezik, idővel égést és fájdalmat érezhet, és abban a pillanatban, amikor megérinti a vasat egy fazék forrásban lévő víz fogantyúja, megéghet.
Vezetőképességi tényezők
A jó vagy rossz vezetőképesség több tényezőtől függ:
- Annak az anyagnak a típusa és minősége, amelyből a tárgyak készülnek.
- Két egymással érintkező tárgy felülete.
- Hőmérsékletkülönbség két objektum között.
- A tételek vastagsága és mérete.
Egyenlet formájában ez így néz ki: A tárgy hőátadási sebessége egyenlő annak az anyagnak a hővezető képességével, amelyből a tárgy készült, szorozva az érintkezési felülettel, szorozva a hőmérséklet-különbséggel a két tárgy között, és elosztjuk az anyag vastagságával. Ez egyszerű.
Példák a vezetőképességre
A hő közvetlen átadását egyik tárgyról a másikra vezetésnek, a jól hővezető anyagokat pedig vezetőknek nevezzük. Egyes anyagok és anyagok nem tudnak jól megbirkózni ezzel a feladattal, ezeket szigetelőknek nevezik. Ide tartozik a fa, a műanyag, az üvegszál és még a levegő is. Mint tudják, az izolátorok valójában nem állítják meg az áramlást.meleg, de egyszerűen lassítsd le egy-egy fokkal.
Konvekció
Ez a típusú hőátadás, akárcsak a konvekció, minden folyadékban és gázban előfordul. A természetben és a mindennapi életben találhat ilyen példákat a hőátadásra. Ahogy a folyadék felmelegszik, az alján lévő molekulák energiát nyernek, és gyorsabban mozognak, ami a sűrűség csökkenését eredményezi. A meleg folyadékmolekulák elkezdenek felfelé mozogni, míg a hűtőfolyadék (a sűrűbb folyadék) süllyedni kezd. Miután a hűvös molekulák elérik az alját, ismét megkapják a rájuk eső energiát, és ismét felfelé hajlanak. A ciklus addig folytatódik, amíg alul van hőforrás.
A természetben a hőátadásra a következőképpen hozhatunk példákat: egy speciálisan felszerelt égő segítségével a meleg levegővel, kitöltve egy léggömb terét, az egész szerkezetet kellően magasra tudja emelni, a dolog hogy a meleg levegő könnyebb a hidegnél.
Sugárzás
Amikor a tűz előtt ülsz, felmelegít a belőle áradó melegség. Ugyanez történik, ha a tenyerét egy égő izzóhoz viszi anélkül, hogy megérintené. Ön is meleget fog érezni. A hőátadás legnagyobb példáit a mindennapi életben és a természetben a napenergia vezeti. A nap melege naponta 146 millió km üres területen halad át egészen a Földig. Ez a mozgatórugója az élet minden formája és rendszere mögött, amely ma bolygónkon létezik. E átviteli mód nélkül nagy bajban lennénk, és a világ sem lenne olyan, mint mi.ismerjük őt.
A sugárzás a hő átadása elektromágneses hullámok segítségével, legyen szó rádióhullámokról, infravörösről, röntgensugárzásról vagy akár látható fényről. Minden tárgy sugárzó energiát bocsát ki és nyel el, beleértve magát az embert is, de nem minden tárgy és anyag birkózik meg egyformán jól ezzel a feladattal. Példák a hőátadásra a mindennapi életben tekinthetők hagyományos antenna használatával. Általános szabály, hogy ami jól sugárzik, az jól felszívódik is. Ami a Földet illeti, energiát kap a Naptól, majd visszaadja az űrbe. Ezt a sugárzási energiát földi sugárzásnak nevezik, és ez teszi lehetővé az életet a bolygón.
Példák hőátadásra a természetben, a mindennapokban, a technikában
Az energiaátvitel, különösen a hő, minden mérnök számára alapvető tanulmányi terület. A sugárzás lakhatóvá teszi a Földet, és megújuló napenergiát biztosít. A konvekció a mechanika alapja, felelős az épületek légáramlásáért és a házak légcseréjéért. A vezetőképesség lehetővé teszi, hogy felmelegítsen egy edényt egyszerűen felgyújtva.
A technológia és a természet hőátadásának számos példája nyilvánvaló, és világszerte megtalálható. Szinte mindegyik fontos szerepet tölt be, különösen a gépészet területén. Például egy épület szellőzőrendszerének tervezésekor a mérnökök kiszámítják a körülötte lévő épület hőátadását, valamint a belső hőátadást. Ezenkívül olyan anyagokat választanak, amelyek minimalizálják vagy maximalizálják a hőátadást.az egyes alkatrészeken keresztül a hatékonyság optimalizálása érdekében.
Párolgás
Ha egy folyadék (például víz) atomjai vagy molekulái jelentős mennyiségű gáz hatásának vannak kitéve, hajlamosak spontán gázhalmazállapotba kerülni vagy elpárologni. A molekulák ugyanis folyamatosan, véletlenszerű sebességgel mozognak különböző irányokba, és ütköznek egymással. E folyamatok során néhányuk elegendő mozgási energiát kap ahhoz, hogy taszítsa magát a hőforrásból.
Azonban nem minden molekulának van ideje elpárologni és vízgőzné válni. Minden a hőmérséklettől függ. Tehát a víz egy pohárban lassabban párolog el, mint a tűzhelyen melegített serpenyőben. A forrásban lévő víz nagymértékben növeli a molekulák energiáját, ami viszont felgyorsítja a párolgási folyamatot.
Alapfogalmak
- A vezetőképesség a hőnek az anyagon keresztül történő átadása atomok vagy molekulák közvetlen érintkezésével.
- A konvekció a hő átadása gáz (például levegő) vagy folyadék (például víz) keringtetésén keresztül.
- A sugárzás az elnyelt és visszavert hőmennyiség különbsége. Ez a képesség erősen színfüggő, a fekete tárgyak több hőt nyelnek el, mint a könnyű tárgyak.
- A párolgás az a folyamat, amelynek során a folyékony halmazállapotú atomok vagy molekulák elegendő energiát nyernek ahhoz, hogy gázzá vagy gőzzé váljanak.
- Az üvegházhatású gázok olyan gázok, amelyek a nap hőjét a Föld légkörében tartják, és üvegházhatású gázt termelnek. Hatás. Két fő kategória van: vízgőz és szén-dioxid.
- A megújuló energiaforrások korlátlan erőforrások, amelyek gyorsan és természetesen pótolódnak. Ide tartoznak a következő példák a természetben és a technológiában történő hőátadásra: szél és napenergia.
- A hővezető képesség az a sebesség, amellyel az anyag hőenergiát ad át önmagán keresztül.
- A termikus egyensúly olyan állapot, amelyben a rendszer minden része ugyanabban a hőmérsékleti tartományban van.
Gyakorlati alkalmazás
Számos példa a hőátadásra a természetben és a technológiában (a fenti képek) azt jelzi, hogy ezeket a folyamatokat alaposan tanulmányozni kell, és végleg ki kell szolgálni. A mérnökök a hőátadás elveivel kapcsolatos ismereteiket alkalmazzák, olyan új technológiákat kutatnak, amelyek a megújuló erőforrások felhasználásával kapcsolatosak, és kevésbé károsítják a környezetet. A kulcs annak megértése, hogy az energiaátvitel végtelen lehetőségeket nyit meg a mérnöki megoldások és egyebek előtt.
