Sissejuhatus soojusülekandesse: kuidas toimub soojusülekanne?

Mis on kuumus? Kuidas toimub soojusülekanne? Milline on aine mõju, kui soojus siirdub ühest kehast teise? See on, mida peate teadma:

Soojusülekanne on protsess, mille käigus ühe aine sisemine energia kandub üle teisele ainele. Termodünaamika on soojusülekande ja sellest tulenevate muutuste uurimine. Soojusülekande mõistmine on a analüüsimisel ülioluline termodünaamiline protsess, näiteks need, mis toimuvad soojusmootorites ja soojuspumpades.

Kineetilise teooria kohaselt sisemine energia ainet genereeritakse üksikute aatomite või molekulide liikumisel. Soojusenergia on energiavorm, mis kannab selle energia ühest kehast või süsteemist teise. See soojusülekanne võib toimuda mitmel viisil:

• Juhtivus on siis, kui soojus voolab läbi kuumutatud tahke aine läbi a soojusvool materjali liikumine. Ahju põleti elemendi või metallvarda kuumutamisel võib juhtivust jälgida punasest kuumast valgeni.
• Konvektsioon on see, kui kuumutatud osakesed kannavad soojuse üle teisele ainele, näiteks keetvas vees keetes.
instagram viewer
• Kiirgus on siis, kui soojus kandub üle elektromagnetiliste lainete kaudu, näiteks päikese eest. Kiirgus võib soojust üle anda tühja ruumi kaudu, samal ajal kui kaks muud meetodit nõuavad edastamiseks mingisugust materjali-aine kontakti.

Selleks, et kaks ainet üksteist mõjutaksid, peavad nad olema sees termiline kontakt üksteisega. Kui jätate ahju sisse lülitatuna sisse lülitatud ja seisate mitu jalga selle ees, olete ahjuga termilises kontaktis ja tunnete soojust, mida see teile edastab (õhu kaudu konvektsiooni teel).

Tavaliselt ei tunne te ahjust kuumust, kui olete mitme jala kaugusel, ja sellepärast, et ahjus on soojusisolatsioon hoida soojust selle sees, vältides nii termilist kontakti ahju välisküljega. See pole muidugi täiuslik, nii et läheduses seistes tunnete ahjust mingit kuumust.

Termiline tasakaal on siis, kui kaks termilises kontaktis olevat eset ei edasta enam soojust nende vahel.

Soojusülekande põhiefekt on see, et ühe aine osakesed põrkuvad teise aine osakestega. Energeetilisem aine kaotab tavaliselt sisemise energia (st "jahtub"), vähem energeetiline aine aga sisemise energia (st "kuumeneb").

Selle kõige silmatorkavam mõju meie igapäevases elus on faasisiire, kus aine muutub ühe asemel asja olek teisele, selline kui jää sulamine tahkest vedelikuks, kuna see neelab soojust. Vesi sisaldab rohkem sisemist energiat (s.o. veemolekulid liiguvad ringi kiiremini) kui jääs.

Lisaks läbivad paljud ained kumbagi soojuspaisumine või termiline kokkutõmbumine kui nad võidavad ja kaotavad sisemise energia. Vesi (ja muud vedelikud) paisub sageli külmumisel, mille on avastanud kõik, kes on korgiga joogi liiga kaua sügavkülma pannud.

soojusmahtuvus Objekti väärtus aitab määratleda, kuidas objekti temperatuur reageerib soojuse neelamisele või edastamisele. Soojusmahtuvus defineeritakse kui soojusmuutus, mis jagatakse temperatuuri muutusega.

Soojusülekannet juhinduvad mõned põhiprintsiibid, mis on tuntud kui termodünaamika seadused, mis määratlevad, kuidas soojusülekanne on seotud süsteemi tehtud tööga ja seab mõned piirangud sellele, mida süsteemil on võimalik saavutada.

Toimetanud Anne Marie Helmenstine, Ph.