Uvod v prenos toplote: Kako poteka prenos toplote?

Kaj je prenos toplote in kako se toplota premika od enega telesa do drugega

Kondukcija prenaša toploto skozi element gorilnika, medtem ko konvekcija segreva hrano, ki se kuha v loncu. Halfdark, Getty Images

Kaj je toplota? Kako poteka prenos toplote? Kakšni so učinki na snov pri prenosu toplote z enega telesa na drugo? Tukaj morate vedeti:

Definicija prenosa toplote

Prenos toplote je proces, pri katerem notranja energija iz ene snovi prehaja v drugo snov. Termodinamika je preučevanje prenosa toplote in sprememb, ki iz tega izhajajo. Razumevanje prenosa toplote je ključnega pomena za analizo a termodinamični proces , kot so tisti, ki potekajo v toplotnih motorjih in toplotnih črpalkah.

Oblike prenosa toplote

Po kinetični teoriji je notranja energija snovi nastane zaradi gibanja posameznih atomov ali molekul. Toplotna energija je oblika energije, ki to energijo prenaša iz enega telesa ali sistema v drugega. Ta prenos toplote lahko poteka na več načinov:

• Vodenje je, ko toplota teče skozi segreto trdno snov skozi a toplotni tok premikanje skozi material. Prevod lahko opazite pri segrevanju elementa gorilnika peči ali kovinske palice, ki gre od vročine do bele vročine.
• Konvekcija je, ko segreti delci prenesejo toploto na drugo snov, na primer kuhanje nečesa v vreli vodi.
• sevanje je, ko se toplota prenaša prek elektromagnetnih valov, na primer od sonca. Sevanje lahko prenaša toploto skozi prazen prostor, medtem ko drugi dve metodi za prenos zahtevata neko obliko stika snovi na snov.

Da lahko dve snovi vplivata druga na drugo, morata biti v toplotni stik drug z drugim. Če pustite pečico odprto, ko je vklopljena, in stojite nekaj metrov pred njo, ste v toplotnem stiku s pečico in čutite toploto, ki jo prenaša na vas (s konvekcijo skozi zrak).

Običajno seveda ne čutite toplote iz pečice, ko ste oddaljeni nekaj metrov, in to zato, ker ima pečica toplotna izolacija da ohrani toploto v njej in tako prepreči toplotni stik z zunanjostjo pečice. To seveda ni popolno, zato, če stojite v bližini, čutite nekaj toplote iz pečice.

Toplotno ravnovesje je, ko dva predmeta, ki sta v toplotnem stiku, ne prenašata več toplote med seboj.

Učinki prenosa toplote

Osnovni učinek prenosa toplote je, da delci ene snovi trčijo ob delce druge snovi. Snov z več energije bo običajno izgubila notranjo energijo (tj. 'ohladila'), medtem ko bo snov z manj energije pridobila notranjo energijo (tj. 'segrela').

Najbolj očiten učinek tega v našem vsakdanjem življenju je fazni prehod, kjer se snov spremeni iz ene agregatno stanje drugemu, takemu kot se tali led iz trdne snovi v tekočino, saj absorbira toploto. Voda vsebuje več notranje energije (tj. molekule vode premikajo hitreje) kot v ledu.

Poleg tega gre skozi bodisi veliko snovi toplotno raztezanje oz termično krčenje saj pridobivajo in izgubljajo notranjo energijo. Voda (in druge tekočine) se med zmrzovanjem pogosto razširi, kar je ugotovil vsak, ki je pijačo s pokrovčkom predolgo dajal v zamrzovalnik.

Toplotna zmogljivost

The toplotna kapaciteta predmeta pomaga definirati, kako se temperatura tega predmeta odziva na absorpcijo ali prenos toplote. Toplotna zmogljivost je opredeljena kot sprememba toplote, deljena s spremembo temperature.

Zakoni termodinamike

Prenos toplote vodijo nekatera osnovna načela, ki so postala znana kot zakoni termodinamike , ki določajo, kako je prenos toplote povezan z delom, ki ga opravi sistem, in postavljajo nekatere omejitve glede tega, kaj lahko sistem doseže.

UredilAnne Marie Helmenstine, dr.