Isı transferinin ne olduğundan bahsedelim. Bu terim, maddede enerji transferi sürecini ifade eder. Isı denklemi ile tanımlanan karmaşık bir mekanizma ile karakterize edilir.
Isı transferi çeşitleri
Isı transferi nasıl sınıflandırılır? Isı iletimi, konveksiyon, radyasyon doğada var olan üç enerji transferi modudur.
Her birinin kendine özgü özellikleri, özellikleri, teknolojideki uygulamaları vardır.
Termal iletkenlik
Isı miktarı, moleküllerin kinetik enerjisinin toplamı olarak anlaşılır. Çarpıştıklarında, ısılarının bir kısmını soğuk parçacıklara aktarabilirler. Termal iletkenlik katılarda en yüksek düzeyde kendini gösterir, sıvılar için daha az tipiktir, gaz halindeki maddeler için kesinlikle tipik değildir.
Katıların bir alandan diğerine ısı aktarma yeteneğini doğrulayan bir örnek olarak, aşağıdaki deneyi düşünün.
Metal düğmeleri çelik bir tel üzerine sabitlerseniz, telin ucunu yanan bir ruh lambasına getirin, yavaş yavaş düğmeler ondan düşmeye başlayacaktır. Isıtıldığında, moleküller daha hızlı hareket etmeye başlar, daha sıklıklabirbiriyle çarpışır. Enerjilerini ve ısılarını daha soğuk bölgelere veren bu parçacıklardır. Sıvılar ve gazlar, yeterince hızlı bir ısı çıkışı sağlamazlarsa, bu, sıcak bölgedeki sıcaklık gradyanında keskin bir artışa yol açar.
Isı radyasyonu
Enerji transferinin ne tür bir ısı transferine eşlik ettiği sorusunu yanıtlarken, bu özel yöntemi not etmek gerekir. Radyant transfer, enerjinin elektromanyetik radyasyonla transferini içerir. Bu değişken 4000 K sıcaklıkta gözlenir ve ısı iletim denklemi ile tanımlanır. Absorpsiyon katsayısı, belirli bir gazın kimyasal bileşimine, sıcaklığına, yoğunluğuna bağlıdır.
Havanın ısı transferinin belirli bir sınırı vardır, enerji akışındaki artışla sıcaklık gradyanı artar, absorpsiyon katsayısı artar. Sıcaklık gradyanının değeri adyabatik gradyanı aştığında konveksiyon meydana gelir.
Isı transferi nedir? Bu, doğrudan temas veya malzemeleri ayıran bir bölme yoluyla sıcak bir nesneden soğuk bir nesneye enerji aktarmanın fiziksel sürecidir.
Aynı sistemin gövdeleri farklı sıcaklıklara sahipse, aralarında termodinamik denge kuruluncaya kadar enerji transferi süreci gerçekleşir.
Isı transfer özellikleri
Isı transferi nedir? Bu fenomenin özellikleri nelerdir? Tamamen durduramazsın, sadece yapabilirsinhızını az altmak? Doğada ve teknolojide ısı transferi kullanılıyor mu? Birçok doğal fenomene eşlik eden ve karakterize eden ısı transferidir: gezegenlerin ve yıldızların evrimi, gezegenimizin yüzeyindeki meteorolojik süreçler. Örneğin, kütle değişimi ile birlikte, ısı transferi süreci, buharlaşmalı soğutma, kurutma, difüzyonu analiz etmenizi sağlar. Gövdeler arasında bir arayüz görevi gören katı bir duvar aracılığıyla iki termal enerji taşıyıcısı arasında gerçekleştirilir.
Doğada ve teknolojide ısı transferi, bir termodinamik sistemin özelliklerini analiz ederek, tek bir vücudun durumunu karakterize etmenin bir yoludur.
Fourier Yasası
Buna ısı iletimi yasası denir, çünkü ısı kaybının toplam gücünü, sıcaklık farkını paralel borunun kesit alanı, uzunluğu ve ayrıca termal iletkenlik katsayısı ile ilişkilendirir. Örneğin, bir vakum için bu gösterge neredeyse sıfırdır. Bu fenomenin nedeni, bir vakumda ısı taşıyabilen minimum malzeme parçacıkları konsantrasyonudur. Bu özelliğe rağmen, vakumda radyasyonla enerji aktarımının bir çeşidi vardır. Bir termos bazında ısı transferinin kullanımını düşünün. Yansıma sürecini arttırmak için duvarları çift yapılmıştır. Isı kaybını az altırken, aralarında hava pompalanır.
Konveksiyon
Isı transferi nedir sorusuna sıvılarda ısı transferi sürecini düşününveya gazlarda kendiliğinden veya zorla karıştırılarak. Zorlanmış konveksiyon durumunda, maddenin hareketine dış kuvvetlerin etkisi neden olur: fan kanatları, pompa. Doğal konveksiyonun etkili olmadığı durumlarda da benzer bir seçenek kullanılır.
Eşit olmayan ısıtma ile maddenin alt katmanlarının ısıtıldığı durumlarda doğal bir süreç gözlenir. Yoğunlukları azalır, yükselirler. Üst katmanlar ise tam tersine soğur, ağırlaşır ve çöker. Ayrıca, işlem birkaç kez tekrarlanır ve karıştırma sırasında girdapların yapısında kendi kendine organizasyon gözlenir, konveksiyon hücrelerinden düzenli bir kafes oluşur.
Doğal taşınım nedeniyle bulutlar oluşur, yağış düşer ve tektonik plakalar hareket eder. Güneş'te granüller konveksiyonla oluşur.
Isı transferinin doğru kullanımı minimum ısı kaybı, maksimum tüketim sağlar.
Konveksiyonun özü
Konveksiyonu açıklamak için Arşimet yasasını ve ayrıca katıların ve sıvıların termal genleşmesini kullanabilirsiniz. Sıcaklık arttıkça sıvının hacmi artar ve yoğunluğu azalır. Arşimet kuvvetinin etkisi altında, daha hafif (ısıtılmış) bir sıvı yukarı doğru yönelir ve soğuk (yoğun) katmanlar aşağı inerek yavaş yavaş ısınır.
Sıvı yukarıdan ısıtıldığında, ılık sıvı orijinal konumunda kalır, bu nedenle konveksiyon gözlenmez. Döngü böyle işliyorsıcak bölgelerden soğuk yerlere enerji transferinin eşlik ettiği sıvı. Gazlarda konveksiyon benzer bir mekanizmaya göre gerçekleşir.
Termodinamik bir bakış açısından, konveksiyon, iç enerji transferinin eşit olmayan bir şekilde ısıtılan maddelerin ayrı akışları ile gerçekleştiği bir ısı transfer çeşidi olarak kabul edilir. Benzer bir fenomen doğada ve günlük yaşamda meydana gelir. Örneğin, kalorifer radyatörleri yerden minimum yükseklikte, pencere pervazının yanına kurulur.
Soğuk hava pil tarafından ısıtılır, ardından yavaş yavaş yükselir ve pencereden inen soğuk hava kütleleriyle karışır. Konveksiyon, odada tek tip bir sıcaklık oluşmasına yol açar.
Atmosferik konveksiyonun yaygın örnekleri arasında rüzgarlar vardır: musonlar, esintiler. Dünyanın bazı parçaları üzerinde ısınan hava, diğerleri üzerinde soğur, bunun sonucunda dolaşır, nem ve enerji aktarılır.
Doğal konveksiyonun özellikleri
Aynı anda birkaç faktörden etkilenir. Örneğin, doğal taşınım hızı, Dünya'nın günlük hareketinden, deniz akıntılarından ve yüzey topografyasından etkilenir. Yanardağ kraterlerinden ve duman borularından çıkışın, dağların oluşumunun, çeşitli kuşların süzülmesinin temeli konveksiyondur.
Sonuç olarak
Termal radyasyon, madde tarafından yayılan, iç enerji nedeniyle oluşan sürekli spektrumlu elektromanyetik bir süreçtir. Termal radyasyon hesaplamalarını yapmak için,Fizik, kara cisim modelini kullanır. Stefan-Boltzmann yasasını kullanarak termal radyasyonu açıklayın. Böyle bir cismin radyasyon gücü, dördüncü güce göre alındığında, cismin yüzey alanı ve sıcaklığı ile doğru orantılıdır.
Isı iletkenliği, homojen olmayan bir sıcaklık dağılımına sahip herhangi bir gövdede mümkündür. Fenomenin özü, vücudun sıcaklığını belirleyen moleküllerin ve atomların kinetik enerjisindeki değişimdir. Bazı durumlarda, termal iletkenlik, belirli bir maddenin ısıyı iletme konusundaki nicel yeteneği olarak kabul edilir.
Geniş ölçekli termal enerji alışverişi süreçleri, güneş radyasyonu ile dünya yüzeyinin ısıtılmasıyla sınırlı değildir.
Dünya atmosferindeki şiddetli konveksiyon akımları, gezegendeki hava koşullarındaki değişikliklerle karakterize edilir. Kutup ve ekvatoral bölgeler arasındaki atmosferdeki sıcaklık farkları ile konveksiyon akışları ortaya çıkar: jet akımları, ticaret rüzgarları, soğuk ve sıcak cepheler.
Dünyanın çekirdeğinden yüzeye ısı transferi volkanik patlamalara, gayzerlerin oluşmasına neden olur. Birçok bölgede jeotermal enerji elektrik üretmek, konut ve endüstriyel binaları ısıtmak için kullanılmaktadır.
Birçok üretim teknolojisinde zorunlu bir katılımcı haline gelen ısıdır. Örneğin, metallerin işlenmesi ve eritilmesi, gıda üretimi, petrol arıtımı, motorların çalışması - tüm bunlar yalnızca termal enerji varlığında gerçekleştirilir.
