• Co to jest wymiana ciepła?
• Napędowy
• Konwekcja
• Promieniowanie
• Izolatory i bariery radiacyjne
• Jednostki miary wymiany ciepła

Wyjaśniamy, czym jest wymiana ciepła i jak zachodzi na drodze przewodzenia, konwekcji i promieniowania. Dodatkowo izolatory i miary.

Ciepło jest zawsze przenoszone z systemów o wyższej temperaturze do niższych.

Co to jest wymiana ciepła?

Nazywa się to przenoszeniem ciepła, przenoszeniem ciepła lub przenoszeniem ciepła. ciepło dozjawisko fizyczne która polega na przenoszeniu energii cieplnej z jednego medium do drugiego.

Dzieje się tak, gdy dwasystemy które są różnetemperatury stykają się, umożliwiając przepływ energii z punktu o najwyższej temperaturze do najniższej, aż do osiągnięcia arównowaga termiczna; równowaga cieplna, w którym temperatury są wyrównane.

Proces wymiany ciepła jest nie do zatrzymania (nie można go zatrzymać), chociaż można go spowolnić (można go spowolnić), stosując pręty i izolatory. Ale tak długo, jak istnieje różnica ciepła w wszechświat, ciepło będzie miało tendencję do przenoszenia się przez dostępne media. W zależności od nich transfer ten może zachodzić w trzech trybach: przewodzenia, konwekcji i promieniowania.

Napędowy

Przewodzenie ciepła jest często wykorzystywane do gotowania żywności.

Przewodzenie nazywa się przenoszeniem ciepła poprzez bezpośredni kontakt cząstek jednego materiału z cząstkami innego, bez przenoszenia materii między ciałami. Występuje we wszystkich stany agregacji: solidny, płyn lub gazowy, chociaż w tych dwóch ostatnich zwykle preferowana jest konwekcja.

Ilość ciepła przenoszonego przez przewodzenie określa prawo Fouriera, zgodnie z którym szybkość przenikania ciepła przez ciało jest proporcjonalna do występującego w nim gradientu temperatury.

Prosty przykład widać w kuchence elektrycznej: palnik nagrzewa się pod wpływem oporów elektrycznych i ciepło jest przekazywane przez przewodzenie do naczynia, które na nim osadzamy, a z kolei patelnia zrobi to samo z jedzenie co będziemy gotować.

Dzieje się tak również wtedy, gdy przez przypadek dotkniemy dłonią gorącej patelni: przy kontakcie ciepło przeniesie się na naszą skórę, powodując oparzenie.

Konwekcja

Jeśli dwie ciecze zostaną zmieszane, ta o wyższej temperaturze przekazuje ciepło drugiej.

Konwekcja jest podobna do przewodzenia, z tym wyjątkiem, że występuje w przypadkach, gdy płyn odbiera ciepło i przemieszcza się, aby je przenosić w przestrzeni, w której jest zawarty. Konwekcja to transport ciepła za pomocą ruch płynu, czy to gazowego, czy ciekłego.

Ten transfer zachodzi w warunkach określonych przez prawo chłodzenia Newtona, które mówi, że ciało traci ciepło w tempie proporcjonalnym do różnicy temperatur między ciałem a jego otoczeniem.

Wyraźny przykład tego ma miejsce, gdy podgrzewamy wodę w pojemniku. Ciepło przenoszone przez przewodzenie z pojemnika do cieczy ogrzeje porcje, które są z nim w bezpośrednim kontakcie, co uniesie się i zmusi inne zimne porcje cieczy do zajęcia ich miejsca, w ten sposób ogrzewając pojemnik równomiernie. Woda.

Promieniowanie

Promieniowanie może zachodzić w powietrzu, a nawet w próżni.

Ten ostatni rodzaj wymiany ciepła jest również jedynym, który może wystąpić przy braku kontaktu, a zatem również w ośrodku fizycznym, czyli w próżni.

Dzieje się tak, ponieważ jego źródłem jest ruch termiczny cząstki załadowanymateriał, który wyzwala emisję cząstek elektromagnetycznych, czyli promieniowania cieplnego, którego intensywność jest zależna od jego temperatury i długość kształt fali rozważanego promieniowania.

Generalnie ciała w takiej sytuacji emitują promieniowanie ultrafioletowe, ale od określonych temperatur mogą emitować promieniowanie w zakresie widzialnym, czyli światło. Ilość wypromieniowanego w ten sposób ciepła może być określona przez prawo Stefana-Boltzmanna.

Na co dzień obserwujemy najlepszy przykład promieniowania cieplnego: Słońce. Pomimo 149,6 miliona kilometrów od nasza planeta, temperatura Słońca jest tak wysoka, że ​​emituje ogromne ilości światła i ciepła w przestrzeń kosmiczną.

Obie rzeczy docierają do powierzchnia lądu i utrzymują ją w cieple i oświetleniu, z długościami fal od ultrafioletu do podczerwieni, oczywiście przechodząc przez całe widmo widzialne.

Izolatory i bariery radiacyjne

Izolatory pozwalają na utrzymanie stabilnej temperatury wewnątrz domu.

Jak już powiedzieliśmy, przenoszeniu ciepła nie można zapobiec, ale można je spowolnić, stosując pewne i pewne materiały. Dzieje się tak, ponieważ wszystkie materiały przenoszą ciepło w taki czy inny sposób, ale nie w tym samym tempie lub z taką samą łatwością.

Te, które przenoszą go szybko i skutecznie, nazywane są przewodnikami ciepła. Wręcz przeciwnie, te, które robią to powoli i mozolnie, nazywane są izolatorami termicznymi (przewodzenie i konwekcja) lub barierami (promieniowanie).

Wyraźnym przykładem materiałów izolacyjnych są te, z których składa się termos, które pozwalają na dłuższe przechowywanie gorącej lub zimnej cieczy, spowalniając jej wymianę ciepła z środowisko.

Jednostki miary wymiany ciepła

Według niego Międzynarodowy System Miar, ten przewodność ciała jest wyrażona w dżulach (J), jak dla stanowisko i Energia. Istnieją jednak inne powszechnie używane jednostki do pomiaru wymiany ciepła:

• Kilokalorie (kcal). A kaloria definiuje się jako ilość ciepła potrzebną do podniesienia w a stopień Celsjusza temperatura grama wody. Jest to miara często stosowana w żywieniu do pomiaru energia chemiczna zawarte w żywności. Jedna kilokaloria to 1000 kalorii.
• BTU (z angielskiego Brytyjska jednostka termiczna lub brytyjska jednostka cieplna). Definiuje się ją jako ilość ciepła potrzebną do podniesienia temperatury jednego funta wody o jeden stopień Fahrenheita, co odpowiada 252 kaloriom. Miara ta jest powszechnie stosowana w krajach anglojęzycznych, głównie w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych.