Johdanto lämmönsiirtoon: Kuinka lämmönsiirto tapahtuu?

Mikä on lämpö? Kuinka lämmönsiirto tapahtuu? Mitä vaikutuksia aineeseen on, kun lämpö siirtyy kehosta toiseen? Tässä on mitä sinun täytyy tietää:

Lämmönsiirto on prosessi, jossa sisäinen energia yhdestä aineesta siirtyy toiseen aineeseen. Termodynamiikka on lämmönsiirron ja siitä johtuvien muutosten tutkimus. Lämmönsiirron ymmärtäminen on kriittisen tärkeää a termodynaaminen prosessi, kuten lämpömoottoreissa ja lämpöpumppuissa.

Kineettisen teorian mukaisesti sisäinen energia ainetta syntyy yksittäisten atomien tai molekyylien liikkeestä. Lämpöenergia on energian muoto, joka siirtää tätä energiaa kehosta tai järjestelmästä toiseen. Tämä lämmönsiirto voi tapahtua monella tapaa:

• Johtuminen on kun lämpö virtaa kuumennetun kiinteän aineen läpi a lämpövirta liikkuu materiaalin läpi. Voit tarkkailla johtokykyä lämmittämällä uunin polttinelementtiä tai metallitangota, joka siirtyy punaisesta kuumaan valkoiseksi.
• konvektion on kun kuumennetut hiukkaset siirtävät lämpöä toiseen aineeseen, kuten keittämään jotain kiehuvassa vedessä.
instagram viewer
• säteily on kun lämpöä siirretään sähkömagneettisten aaltojen, kuten auringon, kautta. Säteily voi siirtää lämpöä tyhjän tilan läpi, kun taas kaksi muuta menetelmää vaativat jonkinlaisen aineen ja esineen välisen kontaktin siirtoon.

Jotta kaksi ainetta vaikuttaisi toisiinsa, niiden on oltava sisällä lämpökosketus toistensa kanssa. Jos jätät uunin auki, kun se on päällä, ja seisot useita jalkoja sen edessä, olet lämpökosketuksessa uunin kanssa ja voit tuntea lämmön, jonka se siirtää sinulle (kiertoilman kautta ilmaan).

Yleensä tietysti et tunne lämpöä uunista, kun olet usean metrin päässä, ja se johtuu siitä, että uunissa on lämpöeristys pitää lämpö sen sisällä, estäen siten lämpökontakti uunin ulkopuolelle. Tämä ei tietenkään ole täydellinen, joten jos seisot lähellä, tunnet uunin lämmön.

Terminen tasapaino on, kun kaksi lämpökosketuksessa olevaa esinettä ei enää siirrä lämpöä keskenään.

Lämmönsiirron perusvaikutus on, että yhden aineen hiukkaset törmäävät toisen aineen hiukkasten kanssa. Energisempi aine menettää tyypillisesti sisäisen energian (ts. "Jäähtyy"), kun taas vähemmän energinen aine saa sisäistä energiaa (ts. "Kuumenee").

Tämän räikein vaikutus päivittäisessä elämässämme on vaihesiirto, jossa aine muuttuu yhdestä aineen tila toiselle, sellaiselle jään sulaessa kiinteästä nesteeksi, koska se imee lämpöä. Vesi sisältää enemmän sisäistä energiaa (ts. vesimolekyylit liikkuvat nopeammin) kuin jäässä.

Lisäksi monet aineet käyvät läpi joko lämpölaajeneminen tai terminen supistuminen kun ne saavat ja menettävät sisäistä energiaa. Vesi (ja muut nesteet) paisuvat usein sen jäätyessä, jonka jokainen, joka on laittanut juoman korkilla pakastimeen liian kauan, on löytänyt.

lämpökapasiteetti esineen määrittely auttaa määrittelemään kuinka kohteen lämpötila reagoi lämmön imeytymiseen tai siirtämiseen. Lämpökapasiteetti määritellään lämmönmuutoksena jaettuna lämpötilanmuutoksella.

Lämmönsiirtoa ohjaavat jotkut perusperiaatteet, joista on tullut tunnetuksi termodynamiikan lait, jotka määrittelevät kuinka lämmönsiirto liittyy järjestelmän tekemiin töihin ja asettaa joitain rajoituksia sille, mitä järjestelmä voi saavuttaa.

Muokannut Anne Marie Helmenstine, tohtori