Podsumowanie

  • Przedyskutuj różne metody wymiany ciepła.

Równie interesujące jak efekty wymiany ciepła w układzie są metody, dzięki którym to następuje. Zawsze, gdy występuje różnica temperatur, dochodzi do wymiany ciepła. Wymiana ciepła może następować szybko, np. przez patelnię do gotowania, lub powoli, np. przez ścianki piknikowej skrzyni na lód. Możemy kontrolować szybkość wymiany ciepła poprzez dobór materiałów (np. grube wełniane ubrania na zimę), kontrolowanie ruchu powietrza (np. stosowanie listew pogodowych wokół drzwi) lub poprzez dobór koloru (np. biały dach odbijający letnie promienie słoneczne). Tak wiele procesów wiąże się z wymianą ciepła, że trudno sobie wyobrazić sytuację, w której nie dochodzi do wymiany ciepła. Jednak każdy proces związany z wymianą ciepła odbywa się tylko trzema metodami:

  1. Przewodzenie to wymiana ciepła przez nieruchomą materię poprzez kontakt fizyczny. (Materia jest nieruchoma w skali makroskopowej – wiemy, że istnieje ruch termiczny atomów i cząsteczek w każdej temperaturze powyżej zera bezwzględnego). Ciepło przekazywane między palnikiem elektrycznym kuchenki a dnem patelni jest przekazywane przez przewodzenie.
  2. Konwekcja to przekazywanie ciepła przez makroskopowy ruch płynu. Ten rodzaj transferu odbywa się w piecu z wymuszonym obiegiem powietrza i w systemach pogodowych, na przykład.
  3. Przekazywanie ciepła przez promieniowanie występuje, gdy mikrofale, promieniowanie podczerwone, światło widzialne lub inna forma promieniowania elektromagnetycznego jest emitowana lub absorbowana. Oczywistym przykładem jest ocieplanie Ziemi przez Słońce. Mniej oczywistym przykładem jest promieniowanie cieplne ludzkiego ciała.
Rysunek przedstawia kominek w pokoju. Kominek znajduje się w lewej dolnej części rysunku. Po prawej stronie pomieszczenia znajduje się okno. Z okna zimne powietrze wpada do pomieszczenia i podąża za zakrzywionymi niebieskimi strzałkami oznaczonymi jako konwekcja do kominka. Powietrze ogrzane przez ogień unosi się w górę komina, podążając za czerwonymi zakrzywionymi strzałkami, które również są oznaczone jako konwekcja. Żółte linie faliste rozchodzą się od płomieni ognia do pomieszczenia i są oznaczone jako promieniowanie. Wreszcie, czarna zakrzywiona linia oznaczona jako przewodzenie biegnie od spodu polan ognia i kieruje się w stronę podłogi pod pomieszczeniem.
Rysunek 1. W kominku wymiana ciepła odbywa się wszystkimi trzema metodami: przewodzenia, konwekcji i promieniowania. Promieniowanie jest odpowiedzialne za większość ciepła przekazywanego do pomieszczenia. Przekazywanie ciepła do pomieszczenia odbywa się również poprzez przewodzenie, ale w znacznie wolniejszym tempie. Wymiana ciepła przez konwekcję również zachodzi poprzez zimne powietrze wpadające do pomieszczenia wokół okien i gorące powietrze opuszczające pomieszczenie poprzez unoszenie się w górę komina.

Przeanalizujemy te metody nieco bardziej szczegółowo w trzech kolejnych modułach. Każda z metod ma unikalne i interesujące cechy, ale wszystkie trzy mają jedną wspólną cechę: przekazują ciepło wyłącznie z powodu różnicy temperatur Rysunek 1.

Sprawdź swoje zrozumienie

1: Wymień przykład z życia codziennego (inny niż w tekście) dla każdego mechanizmu przekazywania ciepła.

  • Ciepło jest przekazywane trzema różnymi metodami: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie.

Pytania pojęciowe

1: Jakie są główne metody przekazywania ciepła z gorącego jądra Ziemi do jej powierzchni? Z powierzchni Ziemi do przestrzeni kosmicznej?

2: Kiedy nasze ciała stają się zbyt ciepłe, reagują poceniem się i zwiększeniem krążenia krwi na powierzchni, aby przenieść energię cieplną z dala od jądra. Jaki to będzie miało wpływ na osobę przebywającą w jacuzzi o temperaturze 40,0o C?

3: Rysunek 2 przedstawia rysunek przekroju butelki termosu (znanej również jako kolba Dewara), która jest urządzeniem zaprojektowanym specjalnie w celu spowolnienia wszystkich form wymiany ciepła. Wyjaśnij funkcje różnych części, takich jak próżnia, srebrzenie ścianek, cienkościenna długa szklana szyjka, gumowy wspornik, warstwa powietrza i korek.

Na rysunku przedstawiono rysunek przekroju butelki termosowej, z oznaczonymi różnymi częściami.
Figure 2. Konstrukcja butelki termosowej jest zaprojektowana tak, aby hamować wszystkie metody wymiany ciepła.

Słowniczek

przewodzenie przekazywanie ciepła przez nieruchomą materię poprzez kontakt fizyczny konwekcja przekazywanie ciepła poprzez makroskopowy ruch płynu promieniowanie przekazywanie ciepła, które występuje, gdy mikrofale, promieniowanie podczerwone, światło widzialne lub inne promieniowanie elektromagnetyczne jest emitowane lub absorbowane

Rozwiązania

Sprawdź swoje rozumienie

1: Przewodzenie: Ciepło przenika do rąk, gdy trzymasz gorącą filiżankę kawy.

Konwekcja: Ciepło przenosi się, gdy barista „paruje” zimne mleko, aby zrobić gorące kakao.

Promieniowanie: Odgrzewanie zimnej filiżanki kawy w kuchence mikrofalowej.

By: adminPosted on

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *