Tepelná energia je termín, ktorý používame na opis úrovne aktivity molekúl v objekte. Zvýšená excitácia je tak či onak spojená so zvýšením teploty, zatiaľ čo v studených objektoch sa atómy pohybujú oveľa pomalšie.
Príklady prenosu tepla možno nájsť všade – v prírode, technike a každodennom živote.
Príklady prenosu tepla
Najväčším príkladom prenosu tepla je slnko, ktoré ohrieva planétu Zem a všetko na nej. V každodennom živote nájdete veľa podobných možností, len v oveľa menej globálnom zmysle. Aké sú teda príklady prenosu tepla v každodennom živote?
Tu sú niektoré z nich:
- Plynový alebo elektrický sporák a napríklad panvica na vyprážanie vajec.
- Automobilové palivá, ako napríklad benzín, poskytujú motoru tepelnú energiu.
- Priložený hriankovač premení kúsok chleba na toast. Je spojená so žiarivýmtepelná energia toastu, ktorá odvádza vlhkosť z chleba a robí ho chrumkavým.
- Horúca šálka kakaa v pare zahreje ruky.
- Akýkoľvek plameň, od zápaliek až po masívne lesné požiare.
- Keď vložíte ľad do pohára s vodou, tepelná energia z vody ho roztopí, to znamená, že samotná voda je zdrojom energie.
- Radiátor alebo vykurovací systém vo vašej domácnosti poskytuje teplo počas dlhých, chladných zimných mesiacov.
- Konvenčné rúry sú zdrojom prúdenia vzduchu, v dôsledku ktorého sa jedlo vložené do nich ohreje a spustí sa proces varenia.
- Príklady prenosu tepla môžete pozorovať na vlastnom tele, keď si vezmete do ruky kúsok ľadu.
- Tepelná energia je dokonca aj vo vnútri mačky, čo môže zahriať kolená majiteľa.
Teplo je pohyb
Toky tepla sú v neustálom pohybe. Hlavné spôsoby ich prenosu možno nazvať konvencia, žiarenie a vedenie. Pozrime sa na tieto koncepty podrobnejšie.
Čo je vodivosť?
Možno si mnohí viackrát všimli, že v tej istej miestnosti môžu byť pocity z dotyku podlahy úplne odlišné. Chodiť po koberci je príjemné a teplé, no ak vojdete do kúpeľne s bosými nohami, citeľný chlad okamžite dodá pocit veselosti. Nie tam, kde je podlahové kúrenie.
Prečo teda dláždený povrch zamŕza? Je to všetko pretotepelná vodivosť. Je to jeden z troch typov prenosu tepla. Kedykoľvek sú dva objekty s rôznou teplotou vo vzájomnom kontakte, tepelná energia medzi nimi prejde. Príklady prenosu tepla v tomto prípade zahŕňajú nasledovné: držanie sa kovovej platne, ktorej druhý koniec je umiestnený nad plameňom sviečky, časom môžete cítiť pálenie a bolesť a v momente, keď sa dotknete žehličky rukoväť hrnca s vriacou vodou, môžete sa popáliť.
Faktory vodivosti
Dobrá alebo zlá vodivosť závisí od niekoľkých faktorov:
- Typ a kvalita materiálu, z ktorého sú predmety vyrobené.
- Povrch dvoch predmetov, ktoré sú v kontakte.
- Rozdiel teplôt medzi dvoma objektmi.
- Hrúbka a veľkosť položiek.
Vo forme rovnice to vyzerá takto: Rýchlosť prenosu tepla na predmet sa rovná tepelnej vodivosti materiálu, z ktorého je predmet vyrobený, vynásobená povrchovou plochou na kontakte, vynásobená teplotným rozdielom medzi dva predmety a delené hrúbkou materiálu. Je to jednoduché.
Príklady vodivosti
Priamy prenos tepla z jedného objektu na druhý sa nazýva vedenie a látky, ktoré dobre vedú teplo, sa nazývajú vodiče. Niektoré materiály a látky sa s touto úlohou nevyrovnajú dobre, nazývajú sa izolátory. Patria sem drevo, plast, sklolaminát a dokonca aj vzduch. Ako viete, izolátory v skutočnosti nezastavia tok.teplo, ale jednoducho ho spom alte na jeden alebo druhý stupeň.
Konvekcia
Tento typ prenosu tepla, podobne ako konvekcia, sa vyskytuje vo všetkých kvapalinách a plynoch. Takéto príklady prenosu tepla nájdete v prírode av každodennom živote. Keď sa kvapalina zahrieva, molekuly na dne získavajú energiu a pohybujú sa rýchlejšie, čo vedie k zníženiu hustoty. Molekuly teplej kvapaliny sa začnú pohybovať nahor, zatiaľ čo chladiaca kvapalina (hustejšia kvapalina) začne klesať. Potom, čo chladné molekuly dosiahnu dno, opäť dostanú svoj podiel energie a opäť smerujú nahor. Cyklus pokračuje, pokiaľ je na spodnej strane zdroj tepla.
Príklady prenosu tepla v prírode možno uviesť nasledovne: pomocou špeciálne vybaveného horáka dokáže teplý vzduch, vypĺňajúci priestor balóna, zdvihnúť celú konštrukciu do dostatočne vysokej výšky, že teplý vzduch je ľahší ako studený.
Žiarenie
Keď sedíte pred ohňom, zohrieva vás teplo, ktoré z neho vychádza. To isté sa stane, ak priblížite dlaň k horiacej žiarovke bez toho, aby ste sa jej dotkli. Tiež vám bude teplo. Najväčšie príklady prenosu tepla v každodennom živote a prírode vedie slnečná energia. Každý deň prejde slnečné teplo cez 146 miliónov km prázdneho priestoru až na samotnú Zem. Je hybnou silou všetkých foriem a systémov života, ktoré dnes na našej planéte existujú. Bez tohto spôsobu prenosu by sme sa dostali do veľkých problémov a svet by nebol taký istý ako my.poznáme ho.
Žiarenie je prenos tepla pomocou elektromagnetických vĺn, či už rádiových vĺn, infračerveného žiarenia, röntgenových lúčov alebo dokonca viditeľného svetla. Všetky predmety vyžarujú a pohlcujú žiarivú energiu, vrátane človeka samotného, ale nie všetky predmety a látky sa s touto úlohou vyrovnávajú rovnako dobre. Príklady prenosu tepla v každodennom živote možno zvážiť pomocou bežnej antény. Spravidla platí, že to, čo dobre vyžaruje, je dobré aj absorbovať. Čo sa týka Zeme, tá prijíma energiu zo Slnka a potom ju dáva späť do vesmíru. Táto energia žiarenia sa nazýva pozemské žiarenie a je to, čo umožňuje život na planéte.
Príklady prenosu tepla v prírode, každodenný život, technológie
Prenos energie, najmä tepelnej, je základnou oblasťou štúdia pre všetkých inžinierov. Žiarenie robí Zem obývateľnou a poskytuje obnoviteľnú slnečnú energiu. Konvekcia je základom mechaniky, je zodpovedná za prúdenie vzduchu v budovách a výmenu vzduchu v domoch. Vodivosť vám umožňuje zohriať hrniec jednoduchým zapálením.
Mnohé príklady prenosu tepla v technológiách a prírode sú zrejmé a nachádzajú sa v celom našom svete. Takmer všetky zohrávajú významnú úlohu najmä v oblasti strojárstva. Napríklad pri návrhu vetracieho systému budovy inžinieri počítajú s prestupom tepla z budovy okolo nej, ako aj s vnútorným prestupom tepla. Okrem toho vyberajú materiály, ktoré minimalizujú alebo maximalizujú prenos tepla.prostredníctvom jednotlivých komponentov na optimalizáciu účinnosti.
Vyparovanie
Keď sú atómy alebo molekuly kvapaliny (napríklad vody) vystavené značnému objemu plynu, majú tendenciu spontánne vstúpiť do plynného stavu alebo sa vypariť. Je to spôsobené tým, že molekuly sa neustále pohybujú rôznymi smermi náhodnou rýchlosťou a navzájom sa zrážajú. Počas týchto procesov niektoré z nich dostávajú kinetickú energiu dostatočnú na to, aby sa odrazili od zdroja tepla.
Nie všetky molekuly sa však stihnú vypariť a stať sa vodnou parou. Všetko závisí od teploty. Voda v pohári sa teda bude odparovať pomalšie ako v panvici zohriatej na sporáku. Vriaca voda výrazne zvyšuje energiu molekúl, čo zase urýchľuje proces odparovania.
Základné pojmy
- Vodivosť je prenos tepla cez látku priamym kontaktom atómov alebo molekúl.
- Konvekcia je prenos tepla cirkuláciou plynu (ako je vzduch) alebo kvapaliny (ako je voda).
- Žiarenie je rozdiel medzi množstvom absorbovaného a odrazeného tepla. Táto schopnosť je vysoko závislá od farby, čierne predmety absorbujú viac tepla ako svetlé.
- Vyparovanie je proces, pri ktorom atómy alebo molekuly v kvapalnom stave získavajú dostatok energie na to, aby sa stali plynom alebo parou.
- Skleníkové plyny sú plyny, ktoré zachytávajú slnečné teplo v zemskej atmosfére a vytvárajú skleníkový plyn. Effect. Existujú dve hlavné kategórie – vodná para a oxid uhličitý.
- Obnoviteľné zdroje energie sú neobmedzené zdroje, ktoré sa rýchlo a prirodzene dopĺňajú. Patria sem nasledujúce príklady prenosu tepla v prírode a technológii: veterná a slnečná energia.
- Tepelná vodivosť je rýchlosť, ktorou materiál prenáša tepelnú energiu cez seba.
- Tepelná rovnováha je stav, v ktorom sú všetky časti systému v rovnakom teplotnom režime.
Praktická aplikácia
Mnohé príklady prenosu tepla v prírode a technológii (obrázky vyššie) naznačujú, že tieto procesy by sa mali dobre preštudovať a slúžiť im. Inžinieri uplatňujú svoje poznatky o princípoch prenosu tepla, skúmajú nové technológie, ktoré sú spojené s využívaním obnoviteľných zdrojov a sú menej deštruktívne pre životné prostredie. Kľúčom je pochopiť, že prenos energie otvára nekonečné možnosti pre inžinierske riešenia a ďalšie.
