Hãy nói về truyền nhiệt là gì. Thuật ngữ này dùng để chỉ quá trình truyền năng lượng trong vật chất. Nó được đặc trưng bởi một cơ chế phức tạp, được mô tả bằng phương trình nhiệt.
Truyền nhiệt đa dạng
Truyền nhiệt được phân loại như thế nào? Dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ là ba phương thức truyền năng lượng tồn tại trong tự nhiên.
Mỗi loại đều có những đặc điểm, tính năng, ứng dụng trong công nghệ riêng biệt.
Dẫn nhiệt
Nhiệt lượng được hiểu là tổng động năng của các phân tử. Khi chúng va chạm, chúng có thể truyền một phần nhiệt cho các hạt lạnh. Tính dẫn nhiệt được biểu hiện tối đa ở chất rắn, ít đặc trưng cho chất lỏng, hoàn toàn không đặc trưng cho chất khí.
Để làm ví dụ xác nhận khả năng truyền nhiệt của chất rắn từ khu vực này sang khu vực khác, hãy xem xét thí nghiệm sau.
Nếu bạn cố định các nút kim loại trên dây thép, sau đó đưa đầu dây vào đèn thần đang cháy, dần dần các nút sẽ bắt đầu rơi ra khỏi đó. Khi bị đốt nóng, các phân tử bắt đầu chuyển động với tốc độ nhanh hơn, thường xuyên hơnva chạm với nhau. Chính những hạt này đã cung cấp năng lượng và nhiệt của chúng cho những vùng lạnh hơn. Nếu chất lỏng và khí không cung cấp đủ nhiệt thoát ra nhanh chóng, điều này dẫn đến sự gia tăng mạnh về độ dốc nhiệt độ ở vùng nóng.
Bức xạ nhiệt
Trả lời câu hỏi truyền nhiệt kèm theo truyền năng lượng gì thì cần lưu ý phương pháp riêng này. Truyền bức xạ liên quan đến việc truyền năng lượng bằng bức xạ điện từ. Biến thể này được quan sát ở nhiệt độ 4000 K và được mô tả bằng phương trình dẫn nhiệt. Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào thành phần hóa học, nhiệt độ, mật độ của một loại khí nhất định.
Sự truyền nhiệt của không khí có giới hạn nhất định, dòng năng lượng tăng thì gradien nhiệt độ tăng, hệ số hấp thụ tăng. Sau khi giá trị của gradient nhiệt độ vượt quá gradient đoạn nhiệt, đối lưu sẽ xảy ra.
Truyền nhiệt là gì? Đây là quá trình vật lý truyền năng lượng từ vật nóng sang vật lạnh bằng cách tiếp xúc trực tiếp hoặc thông qua một vách ngăn ngăn cách các vật liệu.
Nếu các vật trong cùng một hệ có nhiệt độ khác nhau thì quá trình truyền năng lượng xảy ra cho đến khi cân bằng nhiệt động được thiết lập giữa chúng.
Tính năng truyền nhiệt
Truyền nhiệt là gì? Các tính năng của hiện tượng này là gì? Bạn không thể dừng nó hoàn toàn, bạn chỉ có thểgiảm tốc độ của nó? Truyền nhiệt có được sử dụng trong tự nhiên và công nghệ không? Đó là sự truyền nhiệt đi kèm và đặc trưng cho nhiều hiện tượng tự nhiên: sự tiến hóa của các hành tinh và các ngôi sao, các quá trình khí tượng trên bề mặt hành tinh của chúng ta. Ví dụ, cùng với sự trao đổi khối lượng, quá trình truyền nhiệt cho phép bạn phân tích quá trình làm mát bay hơi, làm khô, khuếch tán. Nó được thực hiện giữa hai vật mang năng lượng nhiệt thông qua một bức tường vững chắc, hoạt động như một mặt phân cách giữa các vật thể.
Truyền nhiệt trong tự nhiên và công nghệ là một cách mô tả trạng thái của một cơ thể riêng lẻ, phân tích các đặc tính của một hệ nhiệt động lực học.
Định luật Fourier
Nó được gọi là định luật dẫn nhiệt, vì nó liên kết tổng công suất mất nhiệt, chênh lệch nhiệt độ với diện tích mặt cắt ngang của ống song song, chiều dài của nó, và cả với hệ số dẫn nhiệt. Ví dụ, đối với chân không, chỉ số này gần như bằng không. Lý do của hiện tượng này là nồng độ tối thiểu của các hạt vật chất trong chân không có thể mang nhiệt. Bất chấp đặc điểm này, trong chân không có một dạng truyền năng lượng bằng bức xạ. Coi công dụng truyền nhiệt trên cơ sở của phích nước. Các bức tường của nó được làm đôi để tăng quá trình phản chiếu. Không khí được bơm ra giữa chúng, đồng thời giảm sự mất nhiệt.
Đối lưu
Trả lời câu hỏi truyền nhiệt là gì, hãy xem xét quá trình truyền nhiệt trong chất lỏnghoặc ở dạng khí bằng cách trộn tự phát hoặc cưỡng bức. Trong trường hợp đối lưu cưỡng bức, chuyển động của vật chất là do tác dụng của ngoại lực: cánh quạt, máy bơm. Một lựa chọn tương tự được sử dụng trong các trường hợp đối lưu tự nhiên không hiệu quả.
Một quá trình tự nhiên được quan sát trong những trường hợp khi, với sự gia nhiệt không đều, các lớp bên dưới của chất bị nung nóng. Mật độ của chúng giảm dần, chúng tăng lên. Ngược lại, các lớp phía trên nguội đi, trở nên nặng hơn và chìm xuống. Hơn nữa, quá trình này được lặp lại nhiều lần, và trong quá trình trộn, người ta quan sát thấy sự tự tổ chức thành cấu trúc của các xoáy, một mạng tinh thể đều đặn được hình thành từ các ô đối lưu.
Do đối lưu tự nhiên, các đám mây hình thành, lượng mưa rơi xuống và các mảng kiến tạo di chuyển. Đó là do đối lưu mà các hạt được hình thành trên Mặt trời.
Sử dụng truyền nhiệt đúng cách đảm bảo lượng nhiệt thất thoát tối thiểu, tiêu hao tối đa.
Bản chất của sự đối lưu
Để giải thích sự đối lưu, bạn có thể sử dụng định luật Archimedes, cũng như sự giãn nở vì nhiệt của chất rắn và chất lỏng. Khi nhiệt độ tăng, thể tích của chất lỏng tăng và khối lượng riêng giảm. Dưới tác động của lực Archimedes, chất lỏng nhẹ hơn (được làm nóng) có xu hướng hướng lên trên và các lớp lạnh (đặc) rơi xuống, nóng dần lên.
Khi đun chất lỏng từ trên cao xuống, chất lỏng trong ấm vẫn ở vị trí ban đầu nên không quan sát thấy hiện tượng đối lưu. Đây là cách chu trình hoạt độngchất lỏng, kèm theo sự truyền năng lượng từ vùng ấm sang nơi lạnh. Trong chất khí, sự đối lưu xảy ra theo một cơ chế tương tự.
Theo quan điểm nhiệt động lực học, đối lưu được coi là một biến thể của truyền nhiệt, trong đó sự truyền nội năng xảy ra bởi các dòng riêng biệt của các chất bị đốt nóng không đều. Một hiện tượng tương tự cũng xảy ra trong tự nhiên và trong cuộc sống hàng ngày. Ví dụ, bộ tản nhiệt sưởi ấm được lắp đặt ở độ cao tối thiểu so với sàn nhà, gần bệ cửa sổ.
Không khí lạnh được làm ấm lên bởi pin, sau đó dần dần bốc lên, nơi nó trộn với các khối không khí lạnh đi xuống từ cửa sổ. Sự đối lưu dẫn đến việc thiết lập nhiệt độ đồng nhất trong phòng.
Trong số các ví dụ phổ biến về đối lưu khí quyển là các loại gió: gió mùa, gió nhẹ. Không khí nóng lên trên một số mảnh của Trái đất sẽ nguội đi so với những mảnh khác, do đó nó luân chuyển, hơi ẩm và năng lượng được truyền đi.
Tính năng đối lưu tự nhiên
Nó bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố cùng một lúc. Ví dụ, tốc độ đối lưu tự nhiên bị ảnh hưởng bởi sự chuyển động hàng ngày của Trái đất, các dòng biển và địa hình bề mặt. Chính sự đối lưu là cơ sở để thoát ra khỏi miệng núi lửa và các ống khói, sự hình thành các ngọn núi, sự bay lên của nhiều loài chim khác nhau.
Trong kết luận
Bức xạ nhiệt là một quá trình điện từ có quang phổ liên tục, do vật chất phát ra, xảy ra do nội năng. Để thực hiện các tính toán về bức xạ nhiệt, trongVật lý sử dụng mô hình vật đen. Mô tả bức xạ nhiệt bằng định luật Stefan-Boltzmann. Công suất bức xạ của một cơ thể như vậy tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt và nhiệt độ của cơ thể, được tính đến năng lượng thứ tư.
Khả năng dẫn nhiệt có thể xảy ra trong bất kỳ vật thể nào có phân bố nhiệt độ không đồng đều. Thực chất của hiện tượng là sự thay đổi động năng của các phân tử, nguyên tử quyết định nhiệt độ của cơ thể. Trong một số trường hợp, độ dẫn nhiệt được coi là khả năng định lượng của một chất nhất định để dẫn nhiệt.
Quá trình trao đổi nhiệt năng quy mô lớn không chỉ giới hạn ở việc làm nóng bề mặt trái đất bởi bức xạ mặt trời.
Các dòng đối lưu khắc nghiệt trong khí quyển trái đất được đặc trưng bởi sự thay đổi của điều kiện thời tiết trên khắp hành tinh. Với sự chênh lệch nhiệt độ trong khí quyển giữa các vùng cực và xích đạo, các dòng đối lưu hình thành: các luồng phản lực, gió mậu dịch, các mặt trận lạnh và ấm.
Sự truyền nhiệt từ lõi trái đất lên bề mặt gây ra các vụ phun trào núi lửa, xuất hiện các mạch nước phun. Ở nhiều vùng, năng lượng địa nhiệt được sử dụng để tạo ra điện, sưởi ấm các khu dân cư và công nghiệp.
Đó là nhiệt trở thành yếu tố bắt buộc tham gia vào nhiều công nghệ sản xuất. Ví dụ: chế biến và nấu chảy kim loại, sản xuất thực phẩm, lọc dầu, vận hành động cơ - tất cả những điều này chỉ được thực hiện khi có năng lượng nhiệt.
