Какви са типовете пренос на топлина?

Топлопренасянето в природата позволява на Вселената да съществува във формата, която всички сме свикнали. Трудно е да се каже как изглежда светът, процесът на топлопреминаване ще изчезне дори за момент. Нека да разгледаме по-отблизо какъв вид топлопренос има и какво се разбира под този термин.

Съгласно общоприетата дефиниция преносът на топлина е физичен процес, при който топлинната енергия се разпределя по един или друг начин между няколко тела с различна степен на отопление. Процесът се прекратява чрез изравняване на техните температури или, с други думи, термодинамично равновесие.

Нека да изброим какви са основните типове пренос на топлина: конвекция, топлинна проводимост, радиация. Всички други възможни сортове са комбинация от два или повече основни метода. Тази точка винаги трябва да се има предвид.

Конвекцията е позната на всички от детството. Много латинската дума "convectio" означава трансфер. Следователно, когато се извършва конвекция, преносът на топлина се осъществява от потоците на самото вещество. Той е характерен за газове и течности, въпреки че понякога се среща в някои насипни материали. Нека си представим един горещ летен ден: над повърхността на нагрятата земя е видимо лека мъгла - това изкривяване се обяснява с възходящите въздушни течения. При свечеряване, когато отоплението действие слънчева светлина престава процесът на изравняване на температурите на повърхността на земята и въздуха започва: почвата комуникира топлинна енергия към по-ниската слоеве на атмосферата (това е смесен механизъм за пренос на топлина), които се издигат нагоре, заменени от по-студени въздушни маси. Ето още един пример: поставете ребрата в съд с вода и я включете. При внимателно наблюдение се наблюдават движещи се потоци от вода. Горещите маси се изместват от източника на топлина и на тяхно място се охлаждат.

Какво може да е по-добре от интересен разговор за чаша горещ чай на студена зимна вечер? В същото време достатъчно е да се разсеете за момент и да вземете периферията на метална лъжичка, за да издърпате бързо ръката си, за да избегнете изгаряне. Причината е проста - някои видове пренос на топлина много бързо нагрява метални лъжици до температурата на водата в чашата. Говорим за топлопроводимост. Ситуации, в които можете да се срещнете с този тип топлопренос, огромна сума. Нека да определим: топлопроводимостта е трансфер на топлинна енергия от по-нагрятата част на тялото в по-студена чрез частиците, образуващи тялото (електрони, атоми, молекули). Специален случай е предаването на топлина между различните обекти в контакт. Различните материали имат различна термична проводимост. Така че, ако загреете единия край дървен бар, тогава втората ще бъде студена. Но ако направите такъв експеримент с метален прът, резултатът ще бъде обратното. Тази разлика се дължи на разликата във вътрешната структура на материалите.

Имайки предвид видовете пренос на топлина, не можем да споменем прехвърлянето на топлина чрез излъчване. Източник на топлина генерира електромагнитни колебания с дължина на вълната до 1000 μm (инфрачервена част от спектъра). Интензитетът на лъчевия поток и температурата на нагрятото тяло са в пряка корелация. За да разберете как радиацията предава топлината, достатъчно е да проведете малък експеримент - да запалите огън и да поставите прозрачно стъкло между себе си и огъня. Въпреки бариерата, топлината все още ще бъде предадена. Или погледнете котката, която през зимата лежи на перваза на прозореца под слънцето. Това е просто - в тези примери топлинна енергия се предава чрез лъчение. Една от характеристиките на този метод за пренос на топлина е независимостта от междинните носители. Ако по време на конвекция трансферът се осъществява от самата субстанция (газ), а когато топлопроводимостта - от частици, тогава радиацията не се нуждае от "посредници". По този начин Слънцето пренася топлината си през вакуума точно чрез лъчение.