Stimuleren van warmteoverdracht (met voorbeelden)

De Drijvende warmteoverdracht Het bestaat uit de doorgang of stroom van energie tussen twee lichamen bij verschillende temperatuur, wanneer ze in contact komen. Warmte stroomt van de heetste naar de koudste, totdat beide op dezelfde temperatuur zijn. Er wordt vervolgens gezegd dat het systeem de thermische balans heeft bereikt.

Het is een frequent warmtetransmissiemechanisme in vaste stoffen, hoewel het ook voorkomt in de sterren die normaal gesproken gasvormig zijn. De kernen van de geavanceerde sterren in hun evolutie zijn echter dicht genoeg om dit mechanisme aanzienlijk te maken.

[TOC]

Calorisch rijmechanisme

Stimuleer warmteoverdracht vindt plaats door energie -uitwisseling tussen moleculen, atomen en elektronen. Terwijl de uitwisseling plaatsvindt, geven de meeste energiedeeltjes een deel van hun energie aan de minste energie door de botsingen die tussen hen plaatsvinden.

De hitte wordt door voedsel overgebracht naar het voedsel in de wok, ook de mango's van het gebruiksvoorwerpen worden beschermd met isolatiemateriaal om brandwonden te voorkomen

Bijvoorbeeld, in een pan die in brand wordt gestoken, oscilleren alle deeltjes van het materiaal met een bepaalde amplitude. De vlam verwarmt degenen die dichterbij zijn, en deze beginnen sneller te trillen, waardoor hun breedte van oscillatie en winnende energie wordt vergroot.

Een deel van deze energie wordt overgedragen op naburige moleculen, die op hun beurt hun breedte van oscillatie vergroten en ook geleidelijk energie verwerven.  En van deze deeltjes verspreidt een deel van de energie zich naar de deeltjes het verst van de vlam.

Een van de uiteinden van de balk wordt verwarmd en de energie wordt overgebracht tussen de moleculen tot het bereiken van het andere uiteinde. Bron: Wikimedia Commons.

De toename van de amplitude van oscillatie van de deeltjes vertalen zich in een temperatuurstijging, die met uw hand kan worden gevoeld, als u voldoende nadert met het metaal van de pan, inclusief het handvat of handgrepen, vandaar dat ze altijd van een isolator worden bedekt, dus dat ze kunnen worden gemanipuleerd zonder te branden.

Kan u van dienst zijn: latente hitte

Nu hangt de snelheid van het rijproces af van het materiaal, omdat sommige stoffen veel beter leiden dan andere.

In dit opzicht zijn metalen absoluut uitstekende warmte- en elektriciteitsgeleiders. Ze zijn beter dan hout en kunststoffen, omdat hun atomen ten minste één vrij elektron in de buitenste laag hebben, die door het materiaal kan bewegen en energie mee kan dragen.

Maar verrassend genoeg is de diamant de beste thermische geleider die bestaat, hoewel er vanwege de prijs geen ander alternatief is om genoegen te nemen met metalen als het gaat om praktische toepassingen.

Nieuwe onderzoeken geven aan dat een boor- en arseenverbinding mogelijk net zo goed is als de diamant voor het efficiënt schieten van warmte.

Thermische rijsnelheid

Om te weten hoe snel de warmte zich voortplant door te rijden, overweeg dan een vel breed materiaal en lateraal gebied. Het linker gezicht staat in contact met een warmtebron (in rood) bij temperatuur T_H, Terwijl het andere gezicht grenst aan een kouder object, temperatuur T_C.

Een bar in het midden van twee bronnen bij verschillende temperaturen. Warmtestromen tussen beide zijden van de hoogste temperatuurbron tot de koudste. Bron: Wikimedia Commons/F. Zapata.

De hitte die tussen de gezichten stroomt, van de heetste kant tot de koudste, in een tijd Δt. Experimenteel blijkt dat de wisselkoers of snelheid waarmee hitte tussen gezichten evenredig is met:

-Area A van de gezichten.

-Het temperatuurverschil tussen hen.

En het is ook omgekeerd evenredig met de dikte van de plaat. Wiskundig wordt het als volgt uitgedrukt:

Het kan u van dienst zijn: Stationaire staatstheorie: geschiedenis, uitleg, nieuws

De evenredigheidsconstante wordt thermische geleidbaarheid genoemd k, daarom:

Thermische geleidbaarheid is een kenmerk van het materiaal. Wat betreft de aanwezige eenheden, in het internationale systeem dat wordt gemeten in joules (j), Δt in seconden (s), daarom blijft q/ Δt in j/ s die equivalent is aan watios (w). In dit geval zijn de thermische geleidbaarheidseenheden w/m ∙ ºC, als de temperatuur wordt gemeten in graden Celsius of w/m ∙ k bij gebruik van de absolute schaal in kelvin.

Goede thermische geleiders hebben hoge waarden van k, metalen en diamant benadrukken.

Aangezien q/ Δt kracht is, is het als het wordt aangegeven door p:

Thermische geleidbaarheid van sommige materialen

Vervolgens de thermische geleidbaarheid van enkele vaak gebruikte bekende stoffen, in eenheden van het internationale systeem als W/m ∙ k:

-Synthetische diamant: 2000
-Zilver: 429
-Goud: 317
-Koper: 385
-Zink: 116
-Wolfraam: 174
-Lucht: 0.024

Voorbeelden van warmteoverdrachtstoeneringen

Het besturen van warmteoverdracht is aanwezig in veel manieren van het dagelijks leven:

Keukengerei

De potten, de pannen en in het algemeen de kookgerei gemaakt van metaal zoals staal, hebben isolatiemateriaalmango's. Dit vermindert het risico op brandwonden bij het manipuleren van ze terwijl ze in contact zijn met de vlam of inhoud is heet.

Metaal en hout

Wanneer een stuk hout in de ene hand wordt gehouden en een andere metaal in de andere, wordt onmiddellijk opgemerkt dat dit kouder aanvoelt. Metalen, zoals hierboven uitgelegd, zijn goede warmtebestuurders, dus warmte stroomt sneller van de hand naar het metaal dan hand tot hout.

Op deze manier koelt contact met metaal sneller de hand van degenen die het vasthouden, en daarom voelt het kouder aan dan hout, wat niet zo goede bestuurder is.

Het kan je van dienst zijn: wat is de emissievezoek? (Met voorbeelden)

Dekens en covers

Nieuwe dekens voelen meer verwarmd dan gebruikte hoezen, en dat komt omdat de nieuwe meer lucht in de vezels en poriën hebben. Hoe meer lucht binnenin, hoe beter een dekking werkt, omdat de lucht een zeer goede thermische isolator is.

Isolerend voor huizen

In veel delen van de wereld waar het in de winter erg koud is, worden de huizen beschermd met warmte -isolerende materialen, zodat het interieur comfortabeler blijft.

Er is bijvoorbeeld glasvezel, die binnen de luchtruimtes bevat, die functioneert als thermische isolator, waardoor warmte ontsnapt.

Warmtepompen

Warmtepompen extraheren warmte uit machines die warmte door metalen kanalen rijden, van oververhitte delen tot koudere gebieden.

Thermische verwijding in metalen

Wanneer een metaalobject wordt verwarmd, oscilleren de samenstellende deeltjes met een grotere amplitude en het gevolg is dat de dimensies van het object toenemen.

Isolerende materiaalcontainers

De containers die bestemd zijn om voedsel langer in goede staat te houden, zijn gemaakt van isolatiemateriaal, zodat de warmte van buitenaf het voedsel niet afbreken.

Oefening opgelost

De dwarsdoorsnede van een koperen blok heeft een gebied van 20 cm² en 50 cm lengte. Een van de zijkanten is op 0º C en de andere bij 100 º C. Bereken de snelheid waarnaar warmte wordt verzonden.

Oplossing

De eerder afgetrokken vergelijking zal worden gebruikt:

Uit de bestuurderslijst is het koper k = 400 w/m ∙ k, en hoewel de in de verklaring gegeven temperaturen in graden Celsius zijn, is het AT -interval op beide schalen hetzelfde:

Δt = 100 K

De lengte is l = 50 cm = 0.5m en het gebied is a = 20 cm² = 0.002 m², Het blijft om waarden in de vergelijking te vervangen:

 Referenties

1. Giambattista, een. 2010. Natuurkunde. 2e. ED. McGraw Hill.
2. Giancoli, D.  2006. Fysica: principes met toepassingen. 6e. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Conceptuele fysieke wetenschap. 5e. ED. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14e. ED. Deel 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. 2008. Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 1. 7e. ED. Cengage leren.
6. Tippens, p. 2011. Fysica: concepten en toepassingen. 7e editie. McGraw Hill.