انرژی حرارتی اصطلاحی است که ما برای توصیف سطح فعالیت مولکول ها در یک جسم استفاده می کنیم. افزایش تحریک، به هر نحوی، با افزایش دما همراه است، در حالی که در اجسام سرد، اتم‌ها بسیار کندتر حرکت می‌کنند.
نمونه هایی از انتقال حرارت را می توان در همه جا یافت - در طبیعت، فناوری و زندگی روزمره.
نمونه هایی از انتقال حرارت
بزرگترین مثال انتقال گرما خورشید است که سیاره زمین و همه چیز روی آن را گرم می کند. در زندگی روزمره، می‌توانید گزینه‌های مشابه زیادی پیدا کنید، فقط به معنای بسیار کمتر جهانی. بنابراین، چند نمونه از انتقال حرارت در زندگی روزمره چیست؟
در اینجا برخی از آنها آمده است:
- اجاق گاز یا برقی و مثلا ماهیتابه برای سرخ کردن تخم مرغ.
- سوخت های خودرو مانند بنزین انرژی حرارتی موتور را تامین می کند.
- توستر موجود یک تکه نان را به نان تست تبدیل می کند. با درخشندگی همراه استانرژی حرارتی نان تست که رطوبت را از نان می گیرد و آن را ترد می کند.
- یک فنجان داغ کاکائو بخارپز دست ها را گرم می کند.
- هر شعله ای، از شعله کبریت گرفته تا آتش سوزی های عظیم جنگل.
- وقتی یخ در یک لیوان آب قرار می گیرد، انرژی حرارتی آب آن را ذوب می کند، یعنی خود آب منبع انرژی است.
- رادیاتور یا سیستم گرمایشی در خانه شما گرما را در طول ماه های طولانی و سرد زمستان فراهم می کند.
- فرهای معمولی منبع همرفت هستند که در نتیجه غذای قرار داده شده در آنها گرم شده و فرآیند پخت شروع می شود.
- نمونه هایی از انتقال گرما را می توان در بدن خود مشاهده کرد، با گرفتن یک تکه یخ در دست.
- انرژی حرارتی حتی در داخل گربه وجود دارد که می تواند زانوهای صاحبش را گرم کند.
گرما حرکت است
جریانهای حرارتی در حرکت ثابت هستند. راه های اصلی انتقال آنها را می توان قرارداد، تشعشع و هدایت نامید. بیایید به این مفاهیم با جزئیات بیشتری نگاه کنیم.
رسانایی چیست؟
شاید، بسیاری بیش از یک بار متوجه شده اند که در یک اتاق، احساسات ناشی از لمس زمین می تواند کاملاً متفاوت باشد. راه رفتن روی فرش خوب و گرم است، اما اگر با پاهای برهنه وارد حمام شوید، خنکی محسوس بلافاصله احساس نشاط می دهد. نه جایی که گرمایش از کف وجود دارد.
پس چرا سطح کاشی یخ می زند؟ این همه به این دلیل استهدایت حرارتی. این یکی از سه نوع انتقال حرارت است. هرگاه دو جسم با دماهای متفاوت با یکدیگر در تماس باشند، انرژی حرارتی از بین آنها عبور می کند. نمونه هایی از انتقال حرارت در این مورد عبارتند از: نگه داشتن یک صفحه فلزی که سر دیگر آن روی شعله شمع قرار می گیرد، به مرور زمان احساس سوزش و درد می کنید و در لحظه ای که اتو را لمس می کنید. دسته یک قابلمه آب جوش، می توانید بسوزید.
عوامل رسانایی
رسانایی خوب یا بد به عوامل مختلفی بستگی دارد:
- نوع و کیفیت ماده ای که اشیاء از آن ساخته شده اند.
- مساحت سطح دو جسم در تماس.
- تفاوت دما بین دو جسم.
- ضخامت و اندازه اقلام.
در شکل معادله به نظر می رسد: سرعت انتقال حرارت به یک جسم برابر است با رسانایی حرارتی ماده ای که جسم از آن ساخته شده است، برابر مساحت سطح در تماس، ضربدر اختلاف دما. بین دو جسم و تقسیم بر ضخامت مواد. ساده است.
نمونه هایی از رسانایی
انتقال مستقیم گرما از جسمی به جسم دیگر را رسانایی و به موادی که گرما را به خوبی هدایت می کنند رسانا می گویند. برخی از مواد و مواد به خوبی از عهده این کار بر نمی آیند، به آنها عایق می گویند. اینها شامل چوب، پلاستیک، فایبرگلاس و حتی هوا است. همانطور که می دانید، جداکننده ها در واقع جریان را متوقف نمی کنند.گرما کنید، اما به سادگی آن را تا یک درجه کاهش دهید.
همرفت
این نوع انتقال حرارت، مانند همرفت، در همه مایعات و گازها رخ می دهد. شما می توانید چنین نمونه هایی از انتقال حرارت را در طبیعت و در زندگی روزمره بیابید. با گرم شدن مایع، مولکول های پایین انرژی می گیرند و سریعتر حرکت می کنند و در نتیجه چگالی آن کاهش می یابد. مولکول های مایع گرم شروع به حرکت به سمت بالا می کنند در حالی که خنک کننده (مایع متراکم تر) شروع به فرو رفتن می کند. پس از رسیدن مولکول های خنک به پایین، آنها دوباره سهم خود را از انرژی دریافت می کنند و دوباره به سمت بالا تمایل دارند. چرخه تا زمانی ادامه می یابد که یک منبع گرما در پایین وجود داشته باشد.
نمونه‌هایی از انتقال حرارت در طبیعت را می‌توان به شرح زیر بیان کرد: با کمک مشعل مجهز، هوای گرم که فضای یک بالون را پر می‌کند، می‌تواند کل سازه را تا ارتفاع کافی بلند کند. که هوای گرم سبکتر از هوای سرد است.
تابش
وقتی جلوی آتش می نشینید، گرمای ناشی از آن گرم می شوید. همین اتفاق می افتد اگر کف دست خود را بدون دست زدن به لامپ در حال سوختن نزدیک کنید. شما همچنین احساس گرما خواهید کرد. بزرگترین نمونه های انتقال حرارت در زندگی روزمره و طبیعت توسط انرژی خورشیدی هدایت می شود. گرمای خورشید هر روز از 146 میلیون کیلومتر فضای خالی می گذرد و به خود زمین می رسد. این نیروی محرکه همه اشکال و سیستم های حیاتی است که امروزه در سیاره ما وجود دارد. بدون این روش انتقال، ما دچار مشکل بزرگی می‌شویم و دنیا مثل ما نخواهد بود.ما او را می شناسیم.
تابش عبارت است از انتقال گرما با استفاده از امواج الکترومغناطیسی اعم از امواج رادیویی، مادون قرمز، اشعه ایکس یا حتی نور مرئی. همه اشیاء، از جمله خود شخص، انرژی تابشی ساطع و جذب می کنند، اما همه اشیا و مواد به یک اندازه با این وظیفه مقابله نمی کنند. نمونه هایی از انتقال حرارت در زندگی روزمره را می توان با استفاده از یک آنتن معمولی در نظر گرفت. به عنوان یک قاعده، آنچه به خوبی تابش می کند در جذب نیز خوب است. در مورد زمین، انرژی از خورشید دریافت می کند و سپس آن را به فضا باز می گرداند. این انرژی تشعشعی، تشعشع زمینی نامیده می‌شود، و این چیزی است که حیات در این سیاره را ممکن می‌کند.
نمونه هایی از انتقال حرارت در طبیعت، زندگی روزمره، فناوری
انتقال انرژی، به ویژه حرارتی، یک حوزه اساسی مطالعه برای همه مهندسان است. تابش زمین را قابل سکونت می کند و انرژی خورشیدی تجدید پذیر را فراهم می کند. همرفت اساس مکانیک است، وظیفه جریان هوا در ساختمان ها و تبادل هوا در خانه ها را بر عهده دارد. رسانایی به شما این امکان را می دهد که یک قابلمه را به سادگی با آتش زدن آن گرم کنید.
نمونه های متعددی از انتقال حرارت در فناوری و طبیعت آشکار است و در سراسر جهان ما یافت می شود. تقریباً همه آنها به ویژه در زمینه مهندسی مکانیک نقش مهمی دارند. به عنوان مثال، مهندسان هنگام طراحی سیستم تهویه ساختمان، انتقال حرارت از ساختمان اطراف آن و همچنین انتقال حرارت داخلی را محاسبه می کنند. علاوه بر این، آنها موادی را انتخاب می کنند که انتقال حرارت را به حداقل یا حداکثر می رساند.از طریق اجزای جداگانه برای بهینه سازی کارایی.
تبخیر
وقتی اتم ها یا مولکول های یک مایع (مانند آب) در معرض حجم قابل توجهی از گاز قرار می گیرند، تمایل دارند به طور خود به خود وارد حالت گازی شوند یا تبخیر شوند. این به این دلیل است که مولکول ها به طور مداوم در جهات مختلف با سرعت های تصادفی حرکت می کنند و با یکدیگر برخورد می کنند. در طی این فرآیندها، برخی از آنها انرژی جنبشی کافی برای دفع خود را از منبع گرما دریافت می کنند.
با این حال، همه مولکول ها زمان تبخیر و تبدیل شدن به بخار آب را ندارند. همه چیز به دما بستگی دارد. بنابراین، آب در یک لیوان نسبت به ظرفی که روی اجاق گاز گرم شده است، کندتر تبخیر می شود. جوشاندن آب انرژی مولکول ها را تا حد زیادی افزایش می دهد که به نوبه خود فرآیند تبخیر را تسریع می کند.
مفاهیم اساسی
- رسانایی عبارت است از انتقال گرما از طریق یک ماده با تماس مستقیم اتم ها یا مولکول ها.
- همرفت انتقال گرما از طریق گردش یک گاز (مانند هوا) یا یک مایع (مانند آب) است.
- تابش تفاوت بین مقدار گرمای جذب شده و بازتاب شده است. این توانایی به شدت وابسته به رنگ است، اجسام سیاه‌رنگ گرمای بیشتری نسبت به اجسام نور جذب می‌کنند.
- تبخیر فرآیندی است که طی آن اتم ها یا مولکول ها در حالت مایع انرژی کافی برای تبدیل شدن به گاز یا بخار به دست می آورند.
- گازهای گلخانه ای گازهایی هستند که گرمای خورشید را در جو زمین به دام می اندازند و گاز گلخانه ای تولید می کنند.اثر. دو دسته اصلی وجود دارد - بخار آب و دی اکسید کربن.
- منابع انرژی تجدیدپذیر منابع بی حد و حصری هستند که به سرعت و به طور طبیعی دوباره پر می شوند. اینها شامل نمونه های زیر از انتقال گرما در طبیعت و فناوری است: باد و انرژی خورشیدی.
- رسانایی حرارتی سرعتی است که یک ماده انرژی گرمایی را از طریق خود منتقل می کند.
- تعادل حرارتی حالتی است که در آن تمام قسمت های سیستم در یک رژیم دمایی قرار دارند.
کاربرد عملی
نمونه های متعددی از انتقال حرارت در طبیعت و فناوری (تصاویر بالا) نشان می دهد که این فرآیندها باید به خوبی مورد مطالعه قرار گیرند و برای همیشه مورد استفاده قرار گیرند. مهندسان دانش خود را در مورد اصول انتقال حرارت به کار می گیرند، در مورد فناوری های جدیدی تحقیق می کنند که با استفاده از منابع تجدیدپذیر مرتبط هستند و کمتر برای محیط زیست مخرب هستند. نکته کلیدی درک این موضوع است که انتقال انرژی فرصت های بی پایانی را برای راه حل های مهندسی و موارد دیگر باز می کند.
