Віды цеплаабмену: каэфіцыент цеплаперадачы

Любое матэрыяльнае цела валодае такой характарыстыкай як цеплыня, якая можа павялічвацца і памяншацца. Цеплыня не з'яўляецца матэрыяльнай субстанцыяй: як частка ўнутранай энергіі рэчыва яна ўзнікае з прычыны руху і ўзаемадзеяння малекул. Паколькі цеплыня розных рэчываў можа адрознівацца, адбываецца працэс перадачы цяпла ад больш нагрэтай субстанцыі да рэчыва з меншай колькасцю цеплыні. Гэты працэс носіць назву цеплаперадача. Асноўныя віды цеплаабмену і механізмы іх дзеянні мы разгледзім у гэтым артыкуле.

вызначэнне цеплаперадачы

Цеплаабмен, або працэс пераносу тэмпературы, можа адбывацца як унутры матэрыі, так і ад аднаго рэчыва да іншага. Пры гэтым інтэнсіўнасць цеплаабмену шмат у чым залежыць ад фізічных уласцівасцяў матэрыі, тэмпературы рэчываў (калі ў цеплаабмене ўдзельнічаюць некалькі субстанцый) і законаў фізікі. Цеплаперадача - гэта працэс, які заўсёды працякае ў аднабаковым парадку. Галоўны прынцып цеплаабмену заключаецца ў тым, што найбольш нагрэтае цела заўсёды аддае цяпло аб'екту з меншай тэмпературай. Напрыклад, пры Глажка адзення гарачы прас аддае цяпло штанах, а не наадварот. Цеплаперадача - з'ява, залежнае ад часовага паказчыка, якое характарызуе незваротнае распаўсюд цяпла ў прасторы.

механізмы цеплаперадачы

Механізмы цеплавога ўзаемадзеяння рэчываў могуць набываць розныя формы. Вядомыя тры выгляду цеплаабмену ў прыродзе:

1. Цеплаправоднасць - механізм межмолекулярных перадачы цяпла з аднаго ўчастка цела ў іншай або ў іншы аб'ект. Ўласцівасць грунтуецца на неаднастайнасці тэмпературы ў разгляданых рэчывах.
2. Канвекцыя - цеплаабмен паміж цякучымі асяроддзямі (вадкая, паветраная).
3. Прамянёвая ўздзеянне - перадача цяпла ад нагрэтых і нагреваемых за кошт сваёй энергіі тэл (крыніц) у выглядзе электрамагнітных хваль з пастаянным спектрам.

Разгледзім пералічаныя віды цеплаабмену больш падрабязна.

цеплаправоднасць

Часцей за ўсё цеплаправоднасць назіраецца ў цвёрдых целах. Калі пад уздзеяннем якіх-небудзь фактараў у аднаго і таго ж рэчывы з'яўляюцца ўчасткі з рознымі тэмпературамі, то цеплавая энергія з больш нагрэтага ўчастка пяройдзе да халоднага. Падобнае з'ява ў некаторых выпадках можна назіраць нават візуальна. Напрыклад, калі ўзяць металічны стрыжань, скажам, іголку, і нагрэць яго на агні, то праз нейкі час пабачым, як цеплавая энергія перадаецца па іголкі, утвараючы на пэўным участку свячэнне. Пры гэтым у месцы, дзе тэмпература вышэй, свячэнне ярчэй і, наадварот, дзе t ніжэй, яно цямней. Цеплаправоднасць можа назірацца таксама паміж двума целамі (кубкам гарачай гарбаты і рукой)

Інтэнсіўнасць перадачы цеплавога патоку залежыць ад шматлікіх фактараў, суадносіны якіх выявіў французскі матэматык Фур'е. Да гэтых фактараў ставіцца ў першую чаргу градыент тэмпературы (суадносіны рознасці тэмператур на канцах стрыжня да адлегласці ад аднаго канца да іншага), плошча перасеку цела, а таксама каэфіцыент цеплаправоднасці (ва ўсіх рэчываў ён розны, але самы высокі назіраецца ў металаў). Самы значны каэфіцыент цеплаправоднасці назіраецца ў медзі і алюмінія. Нядзіўна што менавіта гэтыя два металу часцей выкарыстоўваюцца ў вырабе электрапровадаў. Вынікаючы законе Фур'е, велічыню цеплавога патоку можна павялічыць або паменшыць, змяніўшы адзін з гэтых параметраў.

Канвекцыйныя віды цеплаабмену

Канвекцыя, уласцівая ў асноўным для газаў і вадкасцей, мае два кампаненты: межмолекулярных цеплаправоднасць і рух (распаўсюджванне) асяроддзя. Механізм дзеяння канвекцыі адбываецца наступным чынам: пры павышэнні тэмпературы цякучай субстанцыі яе малекулы пачынаюць больш актыўны рух і пры адсутнасці прасторавых абмежаванняў аб'ём рэчывы павялічваецца. Следствам дадзенага працэсу будзе памяншэнне шчыльнасці субстанцыі і яе рух уверх. Яскравы прыклад канвекцыі - гэта рух нагрэтага радыятарам паветра ад батарэі да столі.

Адрозніваюць свабодныя і вымушаныя Канвектыўныя віды цеплаабмену. Цеплаперадача і рух масы пры вольным тыпе адбываецца за кошт неаднастайнасці субстанцыі, то ёсць гарачая вадкасць падымаецца над халоднай натуральным чынам без аказання ўплыву знешніх сіл (напрыклад, абаграванне пакоя пры дапамозе цэнтральнага ацяплення). Пры вымушанай канвекцыі рух масы адбываецца пад дзеяннем знешніх сіл, напрыклад, памешванні гарбаты лыжкай.

прамяністы цеплаабмен

Прамяністая або радыяцыйная цеплаперадача можа адбывацца без кантакту з іншым аб'ектам або субстанцыяй, таму магчымая нават у беспаветранай прасторы (вакууме). Радыяцыйны цеплаабмен ўласцівы ўсім целам у большай ці меншай ступені і выяўляецца ў выглядзе электрамагнітных хваль з бесперапынным спектрам. Яркі таму прыклад - сонечныя прамяні. Механізм дзеяння выглядае наступным чынам: цела бесперапынна выпраменьвае пэўную колькасць цеплыні ў навакольнае яго прастору. Калі гэтая энергія трапляе на іншы аб'ект або субстанцыю, частка яе паглынаецца, другая частка праходзіць наскрозь, а трэцяя адлюстроўваецца ў навакольнае асяроддзе. Любы аб'ект можа як выпраменьваць цяпло, так і паглынаць, пры гэтым цёмныя рэчывы здольныя паглынаць больш цяпла, чым светлыя.

Камбінаваныя механізмы цеплаперадачы

У прыродзе віды працэсаў цеплаабмену рэдка сустракаюцца паасобку. Значна часцей іх можна назіраць у сукупнасці. У тэрмадынаміцы гэтыя спалучэння нават маюць назвы, скажам, цеплаправоднасць + канвекцыя - гэта Канвектыўныя цеплаабмен, а цеплаправоднасць + цеплавое выпраменьванне называюць радыяцыйна-кондуктивной цеплаперадачы. Акрамя гэтага, вылучаюць такія камбінаваныя віды цеплаабмену, як:

• Цеплааддача - рух цеплавой энергіі паміж газам або вадкасцю і цвёрдым рэчывам.
• Цеплаперадача - перадача t ад адной матэрыі да іншай праз механічнае перашкода.
• Канвектыўныя-прамяністы цеплаабмен утворыцца пры сумяшчэнні канвекцыі і цеплавога выпраменьвання.

Віды цеплаабмену ў прыродзе (прыклады)

Цеплаабмен ў прыродзе адыгрывае вялікую ролю і не абмяжоўваецца награваннем зямнога шара сонечнымі прамянямі. Шырокія канвекцыйныя патокі, такія як перамяшчэнне паветраных мас, шмат у чым вызначаюць надвор'е на ўсёй нашай планеце.

Цеплаправоднасць ядра Зямлі прыводзіць да з'яўлення гейзераў і вывяржэнню вулканічных парод. Гэта толькі малая частка прыкладаў цеплаабмену ў глабальных маштабах. У сукупнасці яны ўтвараюць віды Канвектыўныя цеплаабмену і радыяцыйна-кондуктивные тыпы цеплаперадачы неабходныя для падтрымання жыцця на нашай планеце.

Выкарыстанне цеплаабмену ў антрапалагічнай дзейнасці

Цяпло - гэта важная складнік амаль усіх вытворчых працэсаў. Складана сказаць, які выгляд цеплаабмену чалавекам выкарыстоўваецца больш за ўсё ў народнай гаспадарцы. Напэўна, усе тры адначасова. Дзякуючы працэсам цеплаперадачы адбываецца выплаўленьне металаў, вытворчасць велізарнай колькасці тавараў, пачынаючы з прадметаў паўсядзённага выкарыстання і заканчваючы касмічнымі судамі.

Вельмі важнае значэнне для цывілізацыі маюць цеплавыя агрэгаты, здольныя ператвараць цеплавую энергію ў карысную сілу. Сярод іх можна назваць бензінавыя, дызельныя, кампрэсарныя, турбінныя ўстаноўкі. Для сваёй працы яны выкарыстоўваюць розныя віды цеплаабмену.