Transmiterea căldurii

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea tratamentului matematic al subiectului, consultați ecuația căldurii .

Transmiterea căldurii (sau schimbul de căldură ) este un fenomen de transport în care energia termică [1] este implicată între două sisteme termodinamice , care este cauzată de o diferență de temperatură între cele două sisteme. Dacă nu se produce căldură în timpul acestui proces (de exemplu printr- o reacție chimică ), căldura eliberată de un sistem este achiziționată de al doilea sistem, în conformitate cu legea conservării energiei .

Modul de transmitere a căldurii

Model de transport de căldură și masă în atmosfera terestră; sunt indicate diferitele contribuții implicate, inclusiv încălzirea prin radiații de la razele soarelui.

Transmiterea căldurii poate avea loc în trei moduri: [2]

  • Conducerea termică : apare în prezența unui gradient de temperatură într-un mediu staționar, care poate fi un solid sau un lichid;
  • convecție : apare între o suprafață și un fluid în mișcare, între care există un gradient de temperatură;
  • iradiere : are loc între două suprafețe cu gradient de temperatură, prin emisia de energie sub formă de radiație electromagnetică ; iradierea are loc chiar și fără prezența unui mediu interpus sau cu cele două suprafețe în cauză separate de vid .

Propagarea căldurii prin mecanismele de convecție și radiații în același timp se numește „aducție” sau „conducere externă”. [3] [4]

Conducerea

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Conducerea termică .

Conducerea termică provine din activitatea moleculară și atomică; de fapt, poate fi văzut ca un transfer de energie de la cea mai energică particulă de materie la cea minoră, prin interacțiuni între particulele în sine. Mecanismul fizic de conducere poate fi explicat prin luarea în considerare a unui gaz, în care este prezent un gradient de temperatură și unde se presupune absența mișcărilor macroscopice. Gazul va ocupa spațiul dintre cele două suprafețe menținut la temperaturi diferite. În fiecare punct temperatura este asociată cu energia moleculelor de gaz din apropierea punctului. Această energie se referă la mișcarea aleatorie a translației, precum și la cele de rotație și vibrație ale moleculelor. Temperatura ridicată este asociată cu energia ridicată a moleculelor: atunci când aceste molecule cu energie ridicată se ciocnesc cu cele adiacente, există un transfer de energie de la moleculele mai energetice la cele mai puțin energetice. În prezența unui gradient, schimbul va avea loc în direcția scăderii temperaturii. Acest discurs poate fi extins la lichide și solide, unde coliziunea moleculelor este mai frecventă deoarece are loc într-un spațiu și mai mic.

Convecție

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Convecție .

Convecția se referă în esență la fluide și apare în principal datorită diferenței dintre densitățile fluidelor în sine, pe măsură ce temperatura variază; include două mecanisme de transmitere a energiei. Pe lângă mișcarea aleatorie a moleculelor, transferul are loc cu mișcări macroscopice ale fluidului, moleculele comportându-se ca și cum ar fi parte dintr-un singur agregat.

Iradiere

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: iradiere .

Iradierea este un mecanism de transmisie diferit, deoarece apare și în absența materiei. De exemplu, energia emisă de Soare sub formă de radiații electromagnetice se propagă în spațiul interplanetar înainte de a ajunge pe Pământ. Sau chiar becuri vechi incandescente.

Aplicații

Transmiterea căldurii este concepută pentru trei activități fundamentale care sunt utilizate în mod obișnuit în aproape toate plantele:

  • conservarea căldurii;
  • disiparea căldurii;
  • răcire gratuită.

Conservarea căldurii

Căldura produsă pentru încălzirea unei case, pentru a genera vapori de apă sau pentru a topi materialul este o căldură care trebuie conservată și, prin urmare, nu trebuie dispersată; de fapt, scopul studiului izolației este tocmai acela de a putea găsi materiale cu un coeficient adecvat de inerție termică pentru a conține căldura fără a o dispersa.

Disiparea căldurii

Adesea, în unele sisteme se generează căldură, ceea ce este o pagubă și o problemă. De fapt, această căldură trebuie disipată (eliminată) deoarece face ca sistemul să devină prea fierbinte. Acesta este cazul tuturor mașinilor termice care se încălzesc și trebuie răcite pentru a evita defecțiunile.

Răcire gratuită

Răcirea gratuită, ca exemplu, este introducerea aerului extern (netratat, dar filtrat corespunzător), cu sarcina de răcire a încăperilor; un al doilea exemplu poate fi acela de a aduce un fluid care este în general răcit cu un grup frigorific sau de răcire radială în bobine externe neventilate care exploatează numai convecția naturală. Acest tip de aplicație este alternativa pentru răcirea numai a fluidelor sau a mediilor care, în caz contrar (în principal din cauza condițiilor externe care nu o permit, de exemplu, la temperaturi ridicate), necesită utilizarea unităților de refrigerare.

Transmiterea căldurii în sisteme

Transmiterea căldurii în sisteme are o mare importanță, deoarece deseori acolo unde se produce căldură nu este locul în care este necesară. În trecut (și parțial și astăzi) a existat un șemineu în camere și problema transferului de căldură nu exista, deoarece locul în care a fost ars lemnul (sursă de căldură) a coincis și cu locul în care era nevoie de căldură. Astăzi, căldura este produsă cu combustibili diferiți, cum ar fi cărbunele tare , nafta , gazul natural , motorina etc. Din acest motiv, de-a lungul anilor, tehnologia căldurii a studiat diferite forme de vector pentru a transfera căldura dintr-o parte în alta.

fluidul de transfer de căldură utilizat în sistemele de transfer de căldură:

Căldura este transferată prin intermediul bateriilor de schimb (schimbătoare) la purtătorul de căldură care este mutat de la sursa de căldură la locul unde este necesară această căldură și aici purtătorul de căldură o transferă în mediu printr-un nou schimbător de căldură.

Transmisie forțată a căldurii

Un cazan pe gaz produce căldură prin arderea unui gaz (de exemplu, gaz natural ). Căldura produsă în interiorul cazanului este transferată printr-o bobină în apă (purtător de căldură), care este împins de un circulator prin conducte, până la radiator , unde este transferată căldura.

Transmiterea naturală a căldurii

O ceașcă de lapte fierbinte lăsată să se odihnească pe masă (într-o cameră ale cărei ferestre sunt închise, astfel încât să reducă efectele convecției forțate), în timp, își eliberează căldura în mediul înconjurător, până când atinge aceeași temperatură ca mediul înconjurător.

Notă

  1. ^ Căldura este energie termică în tranzit, deci în acest context termenii „căldură” și „căldură schimbată” sunt echivalenți.
  2. ^ Felli , pp. 3-8 .
  3. ^ Felli , p. 7 .
  4. ^ Grillo , p. 43 .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

Controlul autorității LCCN (EN) sh85059767 · GND (DE) 4064211-2 · NDL (EN, JA) 00.56139 milioane