Теплопередача

Мы объясним, что такое теплопередача и как она осуществляется с помощью проводимости, конвекции и излучения. Также изоляторы и измерения
Тепло всегда передается от систем с более высокой температурой к системам с более низкой температурой

Что такое теплопередача?

Теплопередача, теплообмен или передача тепла – это физическое явление , заключающееся в передаче тепловой энергии от одной среды к другой

Это происходит, когда две системы с разными температурами приводятся в контакт, позволяя энергии перетекать из точки с более высокой температурой в точку с более низкой температурой, пока не будет достигнуто тепловое равновесие , при котором температуры выравниваются

Процесс теплопередачи неостановим (его нельзя остановить), но можно замедлить (его можно замедлить) , используя стержни и изоляторы. Но когда во Вселенной существует разница в температуре, тепло будет стремиться к передаче через доступные средства. В зависимости от них такая передача может происходить по трем режимам: кондукция, конвекция и излучение

Вам может быть полезно: Законы термодинамики

Проведение

Теплопроводность часто используется для приготовления пищи.

Кондукция – это передача тепла при непосредственном контакте частиц одного материала с частицами другого , без переноса вещества между телами. Он встречается во всех агрегатных состояниях твердом жидком или газообразном , хотя для двух последних обычно предпочтительна конвекция

Количество тепла, передаваемого теплопроводностью, определяется законом Фурье, который гласит, что скорость передачи тепла через тело пропорциональна градиенту температуры внутри тела

Простой пример можно увидеть на примере электрической плиты: плита нагревается под действием электрических резисторов, и это тепло передается путем кондукции сковороде, которую мы ставим на нее, и, в свою очередь, сковорода будет делать то же самое с пищей , которую мы готовим

Это также происходит, когда мы случайно касаемся рукой горячей сковороды: тепло при контакте передается на кожу, вызывая ожог

Конвекция

При смешивании двух жидкостей одна из них, имеющая более высокую температуру, передает тепло другой.

Конвекция похожа на проводимость, за исключением того, что она возникает в тех случаях, когда жидкость получает тепло и движется, передавая его в пределах пространства, в котором она находится. Конвекция – это перенос тепла посредством движения жидкости, газообразной или жидкой

Такая передача происходит в соответствии с законом Ньютона об охлаждении, который гласит, что тело теряет тепло со скоростью, пропорциональной разнице температур между телом и окружающей средой

Наглядный пример этого – нагрев воды в емкости. Тепло, передаваемое теплопроводностью от емкости к жидкости, будет нагревать части, находящиеся в непосредственном контакте с ней, которые будут подниматься и заставлять другие холодные части жидкости занимать их место, тем самым равномерно нагревая воду

Радиация

Излучение может происходить через воздух и даже в вакууме.

Последний тип теплопередачи также является единственным, который может происходить в отсутствие контакта, а значит, и в отсутствие физической среды, т.е. в вакууме

Это объясняется тем, что его происхождение лежит в тепловом движении заряженных частиц материи , которое вызывает испускание электромагнитных частиц, т.е. тепловое излучение, интенсивность которого зависит от температуры и длины волны рассматриваемого излучения

Как правило, тела в такой ситуации испускают ультрафиолетовое излучение, но выше определенных температур они могут испускать излучение в видимом спектре, то есть свет. Количество тепла, излучаемого таким образом, можно определить по закону Стефана-Больцмана

Каждый день мы наблюдаем лучший пример теплового излучения: Солнце. Несмотря на то, что Солнце находится на расстоянии 149,6 миллиона километров от нашей планеты , его температура настолько высока, что оно излучает огромное количество света и тепла в космос

Оба они достигают поверхности Земли , согревают и освещают ее, причем длина волн варьируется от ультрафиолетового до инфракрасного и, очевидно, во всем видимом спектре

Изоляторы и радиационные барьеры

Изоляция позволяет поддерживать стабильную температуру внутри дома.

Как уже упоминалось выше, теплопередачу невозможно предотвратить, но ее можно замедлить с помощью определенных материалов. Это происходит потому, что все материалы так или иначе передают тепло, но не с одинаковой скоростью или с одинаковой легкостью

(Те, которые быстро и эффективно передают тепло, называются теплопроводниками). С другой стороны, те, которые делают это медленно и трудоемко, называются теплоизоляторами (проводимость и конвекция) или барьерами (излучение)

Ярким примером изоляционных материалов являются материалы, из которых сделана колба термоса, позволяющие сохранять жидкость горячей или холодной в течение более длительного периода времени, замедляя ее теплообмен с окружающей средой

Единицы измерения теплопередачи

Согласно Международной системе измерений проводимость тела выражается в джоулях (Дж), как и работа энергия . Однако существуют и другие общепринятые единицы измерения теплопередачи:

• килокалории (Ккал). калория определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на градусов Цельсия. Это измерение часто используется в диетологии для измерения химической энергии , содержащейся в пище. Одна килокалория эквивалентна 1000 калориям.
• BTU (британская тепловая единица). Он определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус по Фаренгейту, что эквивалентно 252 калориям. Этот показатель широко используется в англоязычных странах, в основном в Великобритании и США.