Isı transferi türleri: ısı transfer katsayısı

Herhangi bir maddi bedeninIsı olarak karakteristik, artırabilir ve azaltabilir. Isı maddesel bir madde değildir: maddenin iç enerjisinin bir parçası olarak, moleküllerin hareketi ve etkileşiminden kaynaklanır. Çeşitli maddelerin ısısı farklılık gösterebileceğinden, daha sıcak bir maddeden daha az ısıya sahip bir maddeye ısı transferi işlemi gerçekleşir. Bu sürece ısı transferi denir. Bu yazıda, ana ısı transferi türleri ve bunların etki mekanizmaları dikkate alınacaktır.

Isı transferinin belirlenmesi

Isı transferi, veya sıcaklık transferi süreci,Hem madde içinde hem de bir maddeden diğerine oluşabilir. Aynı zamanda, ısı alışverişinin yoğunluğu büyük ölçüde maddenin fiziksel özelliklerine, maddelerin sıcaklığına (eğer birkaç madde ısı değişimine katılırsa) ve fizik kurallarına bağlıdır. Isı transferi, her zaman tek taraflı olarak ilerleyen bir süreçtir. Isı değişiminin ana prensibi, en ısıtılmış gövdenin her zaman daha düşük bir sıcaklığa sahip bir nesneye ısı vermesidir. Örneğin, kıyafetleri ütülerken, sıcak bir ütü pantolonlara sıcaklık verir ve bunun tersi de doğru değildir. Isı transferi, uzayda ısının geri dönüşümsüz yayılımını karakterize eden zaman indeksine bağlı bir olgudur.

Isı transferinin mekanizmaları

Maddelerin termal etkileşimi mekanizmaları farklı şekillerde olabilir. Doğada üç tip ısı değişimi vardır:

1. Termal iletkenlik - vücudun bir kısmından diğerine veya başka bir nesneye ısı molekülleri arası geçiş mekanizması. Özellik, söz konusu maddelerdeki sıcaklık homojensizliğine dayanmaktadır.
2. Konveksiyon - akışkanlar arasındaki ısı değişimi (sıvı, hava).
3. Radyasyona maruz kalma, sabit bir spektruma sahip elektromanyetik dalgalar şeklinde enerji (kaynaklar) ile ısıtılan ısıtılmış cisimlerden ısı transferidir.

Listelenen ısı değişimi türlerini daha ayrıntılı olarak ele alın.

Termal iletkenlik

Çoğu zaman termal iletkenlik katı olarak gözlenir.cesetleri. Eğer bazı faktörlerin etkisi altında, aynı madde üzerinde farklı sıcaklıklara sahip bölgeler ortaya çıkarsa, daha ısıtılmış bölümden gelen termal enerji soğuğa geçer. Bazı durumlarda, bu olay görsel olarak bile gözlenebilir. Örneğin, bir metal çubuk alırsak, bir iğne alıp ateşe attırırsak, bir süre sonra ısı enerjisinin iğneden nasıl geçtiğini göreceğiz ve belli bir alanda bir parlaklık oluşturuyoruz. Sıcaklığın daha yüksek olduğu bir yerde, kızdırma daha parlak ve tersine, t daha düşük, daha koyu. Termal iletkenlik iki vücut arasında da görülebilir (bir fincan sıcak çay ve bir el)

Isı akısının iletilme şiddeti değişir.Fransız matematikçi Fourier tarafından oranı ortaya çıkan birçok faktörden. Bu faktörler, her şeyden önce, sıcaklık gradyanını (çubuğun uçlarındaki sıcaklık farkının bir uçtan diğerine olan mesafeye oranı), gövdenin kesit alanına ve termal iletkenlik katsayısına (tüm maddeler için farklı fakat metaller için en yüksek olanı) içerir. Termal iletkenliğin en önemli katsayısı bakır ve alüminyumda gözlemlenmiştir. Bu iki metalin elektrik telleri üretiminde daha sık kullanılması şaşırtıcı değildir. Fourier yasasının ardından, bu parametrelerden biri değiştirilerek ısı akısının değeri arttırılabilir veya azaltılabilir.

Isı transferinin taşınım türleri

Konveksiyon, esas olarak gazlar vesıvılar, iki bileşene sahiptir: moleküller arası ısı iletkenliği ve ortamın hareketi (yayılması). Konveksiyonun etki mekanizması şu şekilde gerçekleşir: molekülünün akan maddesinin sıcaklığı arttıkça, daha aktif hareket başlar ve mekansal sınırlamaların yokluğunda madde hacmi artar. Bu işlemin sonucu, maddenin yoğunluğunda ve hareketinde bir azalma olacaktır. Çarpıcı bir konveksiyon örneği, radyatör ile ısıtılmış havanın bataryadan tavana hareketidir.

Serbest ve zorlanmış konvektif ayırt etmekısı transferi türleri. Serbest tipte ısı transferi ve kütle hareketi, maddenin heterojenliğinden ötürü, yani sıcak sıvının, dış kuvvetleri etkilemeden doğal olarak soğukluğun üzerine yükselmesi (örneğin, odayı merkezi ısıtmayla ısıtmak) nedeniyle meydana gelir. Zorlanmış taşınım sırasında, dış kuvvetlerin etkisi altında kütle hareketi meydana gelir, örneğin, bir kaşıkla çayı karıştırın.

Radyant ısı transferi

Radyasyon veya radyasyon ısı transferi olabilirBaşka bir nesne veya madde ile temas etmeden oluşur, bu nedenle havasız bir alanda bile (vakum) mümkündür. Radyasyon ısı transferi, tüm vücutlarda daha büyük veya daha az bir ölçüde içseldir ve sürekli bir spektruma sahip elektromanyetik dalgalar şeklinde kendini gösterir. Parlak bir örnek güneş ışınlarıdır. Hareket mekanizması şu şekildedir: vücut sürekli olarak çevrede belli bir miktarda ısı yayar. Bu enerji başka bir nesneye veya maddeye çarptığında, bir kısmı emilir, ikinci kısım geçer ve üçüncüsü çevreye yansır. Herhangi bir nesne hem ısı yayar hem de emer, karanlık maddeler ise ışık olanlardan daha fazla ısıyı emebilir.

Kombine ısı transfer mekanizmaları

Doğada, ısı değişim süreçleri nadirdirayrı ayrı meydana gelir. Çok daha sıklıkla birlikte gözlemlenebilirler. Termodinamik olarak kombinasyon daha, örneğin, termal iletkenlik + konveksiyon bir isim - bir konvektif ısı transferini ve ısıl iletkenlik + termik radyasyon ışın iletken ısı transferi olarak adlandırılır. Ayrıca, aşağıdaki gibi birleşik ısı değişim türleri de vardır:

• Isı transferi - bir gaz veya bir sıvı ve bir katı arasındaki ısı enerjisinin hareketi.
• Isı transferi, mekanik bir engel vasıtasıyla t maddesinin bir maddeden diğerine aktarılmasıdır.
• Konvektif radyan ısı değişimi, konveksiyon ve termal radyasyonu birleştirerek oluşturulur.

Doğada ısı değişimi türleri (örnekler)

Doğada ısı transferi büyük rol oynar veGüneş ışınlarıyla dünyanın ısınmasıyla sınırlıdır. Hava kütlelerinin hareketi gibi yoğun konveksiyon akımları büyük ölçüde tüm gezegenimizde hava durumunu belirler.

Dünya'nın çekirdeğinin termal iletkenliği ortaya çıkmasına yol açar.geyserler ve volkanik kayaların patlaması. Bu, küresel ölçekte ısı alışverişi örneklerinin sadece küçük bir parçasıdır. Birlikte gezegenimizde yaşamı sürdürmek için gerekli olan konvektif ısı transferi ve radyasyon-iletken tipte ısı transferini oluştururlar.

Antropolojik etkinliklerde ısı alışverişi kullanımı

Isı hemen hemen hepsinin önemli bir parçasıüretim süreçleri. Bir insanın ulusal ekonomide en çok kullandığı ısı değişimini söylemek zordur. Muhtemelen üçü aynı anda. Isı transferi süreçleri sayesinde, metallerden oluşan bir eritme, günlük eşyalardan uzay gemilerine kadar çok sayıda malın üretimi vardır.

Medeniyet için en önemli olanTermal enerjiyi faydalı bir güce dönüştüren termal üniteler. Bunların arasında benzin, dizel, kompresör, türbin birimleri adlandırabiliriz. İşleri için farklı tipte ısı alışverişi kullanıyorlar.