Arten der Wärmeübertragung: Wärmedurchgangskoeffizient
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Anonim

Jeder materielle Körper hat eine Eigenschaft wie Wärme, die zunehmen und abnehmen kann. Wärme ist keine materielle Substanz: Als Teil der inneren Energie einer Substanz entsteht sie durch die Bewegung und Wechselwirkung von Molekülen. Da die Wärme verschiedener Substanzen unterschiedlich sein kann, gibt es einen Prozess der Wärmeübertragung von einer heißeren Substanz auf eine Substanz mit weniger Wärme. Diesen Vorgang nennt man Wärmeübertragung. In diesem Artikel werden wir die wichtigsten Arten der Wärmeübertragung und die Mechanismen ihrer Wirkung betrachten.

Bestimmung des Wärmeübergangs

Wärmeübertragung oder der Prozess der Temperaturübertragung kann sowohl innerhalb von Materie als auch von einer Substanz zur anderen stattfinden. Gleichzeitig hängt die Intensität der Wärmeübertragung weitgehend von den physikalischen Eigenschaften der Materie, der Temperatur der Substanzen (wenn mehrere Substanzen an der Wärmeübertragung beteiligt sind) und den Gesetzen der Physik ab. Die Wärmeübertragung ist ein Prozess, der immer einseitig abläuft. Das Hauptprinzip der Wärmeübertragung besteht darin, dass der heißeste Körper immer Wärme an einen Gegenstand mit niedrigerer Temperatur abgibt. Zum Beispiel beim Bügeln von Kleidung ein heißes Bügeleisenwärmt die Hose und nicht umgekehrt. Wärmeübertragung ist ein zeitabhängiges Phänomen, das die irreversible Verteilung von Wärme im Raum charakterisiert.

Wärmeübertragungsmechanismen

Mechanismen der thermischen Wechselwirkung von Stoffen können verschiedene Formen annehmen. In der Natur gibt es drei Arten der Wärmeübertragung:

  1. Wärmeleitfähigkeit ist ein Mechanismus der intermolekularen Wärmeübertragung von einem Teil des Körpers zu einem anderen oder zu einem anderen Objekt. Die Eigenschaft beruht auf der Temperaturinhomogenität der betrachteten Substanzen.
  2. Konvektion - Wärmeaustausch zwischen flüssigen Medien (Flüssigkeit, Luft).
  3. Strahlungswirkung ist die Übertragung von Wärme von erhitzten und erhitzten Körpern (Quellen) aufgrund ihrer Energie in Form von elektromagnetischen Wellen mit konstantem Spektrum.

Betrachten wir die aufgeführten Arten der Wärmeübertragung genauer.

Wärmeleitfähigkeit

Am häufigsten wird Wärmeleitfähigkeit in Festkörpern beobachtet. Wenn unter dem Einfluss irgendwelcher Faktoren in derselben Substanz Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen auftreten, wird Wärmeenergie von einem heißeren Bereich zu einem k alten übertragen. In einigen Fällen kann dieses Phänomen sogar visuell beobachtet werden. Wenn wir zum Beispiel einen Metallstab nehmen, sagen wir eine Nadel, und ihn auf Feuer erhitzen, werden wir nach einiger Zeit sehen, wie Wärmeenergie durch die Nadel übertragen wird und in einem bestimmten Bereich ein Leuchten erzeugt. Gleichzeitig ist das Leuchten an einem Ort, an dem die Temperatur höher ist, heller und umgekehrt, wo t niedriger ist, ist es dunkler. Wärmeleitung kann auch zwischen zwei Körpern beobachtet werden (einer Tasse heißen Tees und einer Hand)

Arten der Wärmeübertragung
Arten der Wärmeübertragung

Die Intensität der Wärmestromübertragung hängt von vielen Faktoren ab, deren Verhältnis der französische Mathematiker Fourier aufgedeckt hat. Zu diesen Faktoren gehören in erster Linie der Temperaturgradient (das Verhältnis der Temperaturdifferenz an den Enden des Stabes zum Abstand von einem Ende zum anderen), die Querschnittsfläche des Körpers und der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient (es ist für alle Substanzen unterschiedlich, aber am höchsten wird es bei Metallen beobachtet). Der bedeutendste Wärmeleitfähigkeitskoeffizient wird in Kupfer und Aluminium beobachtet. Es ist nicht verwunderlich, dass diese beiden Metalle häufiger bei der Herstellung von elektrischen Drähten verwendet werden. Gemäß dem Fourier-Gesetz kann der Wärmefluss erhöht oder verringert werden, indem einer dieser Parameter geändert wird.

Konvektionsarten der Wärmeübertragung

Konvektion, die hauptsächlich für Gase und Flüssigkeiten charakteristisch ist, hat zwei Komponenten: die intermolekulare Wärmeleitfähigkeit und die Bewegung (Verteilung) des Mediums. Der Wirkungsmechanismus der Konvektion läuft wie folgt ab: Mit zunehmender Temperatur einer flüssigen Substanz beginnen sich ihre Moleküle aktiver zu bewegen, und ohne räumliche Beschränkungen nimmt das Volumen der Substanz zu. Die Folge dieses Prozesses ist eine Abnahme der Dichte der Substanz und ihre Aufwärtsbewegung. Ein markantes Beispiel für Konvektion ist die Bewegung von Luft, die von einem Heizkörper erwärmt wird, von einer Batterie zur Decke.

Hauptarten der Wärmeübertragung
Hauptarten der Wärmeübertragung

Unterscheide zwischen freien und erzwungenen konvektiven Wärmeübertragungsarten. Wärmeübertragung und Massenbewegung im freien Typ treten aufgrund der Heterogenität des Stoffes auf, dh die heiße Flüssigkeit steigt über die k alte Naturohne Beeinflussung durch äußere Kräfte (z. B. Beheizen eines Raumes mit Zentralheizung). Bei erzwungener Konvektion erfolgt die Bewegung der Masse unter dem Einfluss äußerer Kräfte, z. B. beim Rühren von Tee mit einem Löffel.

Arten von Wärmeübertragungsprozessen
Arten von Wärmeübertragungsprozessen

Strahlungswärmeübertragung

Strahlungs- oder Strahlungswärmeübertragung kann ohne Kontakt mit einem anderen Objekt oder einer anderen Substanz stattfinden, daher ist dies sogar in einem luftleeren Raum (Vakuum) möglich. Strahlungswärmeübertragung ist allen Körpern mehr oder weniger eigen und äußert sich in Form von elektromagnetischen Wellen mit kontinuierlichem Spektrum. Ein Paradebeispiel dafür ist die Sonne. Der Wirkmechanismus ist wie folgt: Der Körper strahlt kontinuierlich eine gewisse Wärmemenge in den ihn umgebenden Raum ab. Wenn diese Energie auf ein anderes Objekt oder eine andere Substanz trifft, wird ein Teil davon absorbiert, der zweite Teil wird durchgelassen und der dritte Teil wird in die Umgebung reflektiert. Jedes Objekt kann sowohl Wärme ausstrahlen als auch absorbieren, während dunkle Substanzen mehr Wärme absorbieren können als helle.

drei Arten der Wärmeübertragung
drei Arten der Wärmeübertragung

Kombinierte Wärmeübertragungsmechanismen

In der Natur kommen Arten von Wärmeübertragungsprozessen selten einzeln vor. Viel häufiger sind sie zusammen zu sehen. In der Thermodynamik haben diese Kombinationen sogar Namen, zum Beispiel ist Wärmeleitfähigkeit + Konvektion konvektive Wärmeübertragung und Wärmeleitfähigkeit + Wärmestrahlung heißt Strahlungs-Wärmeübertragung. Darüber hinaus gibt es solche kombinierten Arten der Wärmeübertragung wie:

  • Wärmeableitung -die Bewegung von Wärmeenergie zwischen einem Gas oder einer Flüssigkeit und einem Festkörper.
  • Wärmeübertragung ist die Übertragung von t von einer Materie auf eine andere durch ein mechanisches Hindernis.
  • Konvektiv-Strahlungswärmeübertragung entsteht durch die Kombination von Konvektion und Wärmestrahlung.

Arten der Wärmeübertragung in der Natur (Beispiele)

Wärmeübertragung in der Natur spielt eine große Rolle und beschränkt sich nicht nur auf die Erwärmung der Erde durch die Sonnenstrahlen. Ausgedehnte Konvektionsströmungen, wie die Bewegung von Luftmassen, bestimmen weitgehend das Wetter auf unserem Planeten.

Arten der Wärmeübertragung Wärmeübertragung
Arten der Wärmeübertragung Wärmeübertragung

Die Wärmeleitfähigkeit des Erdkerns führt zum Auftreten von Geysiren und zum Ausbruch von Vulkangestein. Dies sind nur einige Beispiele für Wärmeübertragung auf globaler Ebene. Zusammen bilden sie die Arten der konvektiven Wärmeübertragung und die strahlungsleitenden Arten der Wärmeübertragung, die notwendig sind, um das Leben auf unserem Planeten zu erh alten.

Die Nutzung der Wärmeübertragung bei anthropologischen Aktivitäten

Wärme ist ein wichtiger Bestandteil fast aller Produktionsprozesse. Es ist schwer zu sagen, welche Art von Wärmeaustausch vom Menschen in der Volkswirtschaft am meisten genutzt wird. Wahrscheinlich alle drei gleichzeitig. Wärmeübertragungsprozesse werden verwendet, um Metalle zu schmelzen und eine Vielzahl von Gütern herzustellen, die von Alltagsgegenständen bis hin zu Raumfahrzeugen reichen.

Arten der konvektiven Wärmeübertragung
Arten der konvektiven Wärmeübertragung

Extrem wichtig für die Zivilisation sind thermische Einheiten, die thermische Energie in nutzbare Energie umwandeln können. UnterSie können als Benzin-, Diesel-, Kompressor- und Turbineneinheiten bezeichnet werden. Für ihre Arbeit nutzen sie verschiedene Arten der Wärmeübertragung.

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