Uvod u prijenos topline: Kako se prenosi toplina?

Što je toplina? Kako se odvija prijenos topline? Kakvi su učinci na materiju prilikom prijenosa topline s jednog tijela na drugo? Evo što trebate znati:

Prijenos topline je proces kojim se unutarnja energija iz jedne tvari prebacuje u drugu tvar. Termodinamika je proučavanje prijenosa topline i promjena koje proizlaze iz njega. Razumijevanje prijenosa topline je ključno za analizu a termodinamički proces, poput onih koji se nalaze u toplinskim motorima i toplinskim pumpama.

Prema kinetičkoj teoriji, unutarnja energija neke tvari nastaje iz kretanja pojedinih atoma ili molekula. Toplinska energija je oblik energije koji tu energiju prenosi iz jednog tijela ili sustava u drugo. Ovaj prijenos topline može se odvijati na više načina:

• Kondukcija je kada toplina teče kroz zagrijanu krutinu kroz a toplinska struja krećući se kroz materijal. Možete primijetiti kondukciju pri grijanju elementa plamenika ili metalne šipke, koja prelazi iz crvene u bijelu vruću.
instagram viewer
• Konvekcija je kada zagrijane čestice prenose toplinu na drugu tvar, poput kuhanja nečega u kipućoj vodi.
• Radijacija je kada se toplina prenosi elektromagnetskim valovima, poput sunca. Zračenje može prenijeti toplinu kroz prazan prostor, dok druge dvije metode zahtijevaju neki oblik kontakta "na materiju" za prijenos.

Da bi dvije tvari utjecale jedna na drugu, moraju biti unutra toplinski kontakt jedno s drugim. Ako ostavite pećnicu otvorenu dok je uključena i stanete nekoliko stopa ispred nje, u toplinskom ste kontaktu s pećnicom i možete osjetiti toplinu koju prenosi prema vama (konvekcijom kroz zrak).

Normalno, naravno da ne osjećate toplinu iz pećnice kad ste nekoliko metara udaljeni i to je zato što pećnica ima toplinska izolacija da zadrži toplinu u njoj, čime se sprječava toplinski kontakt s vanjskom stranom pećnice. To, naravno, nije savršeno, tako da ako stojite u blizini osjetite neku toplinu iz pećnice.

Toplinska ravnoteža je kada dva predmeta koji su u toplinskom kontaktu više ne prenose toplinu između njih.

Osnovni učinak prijenosa topline je da se čestice jedne tvari sudaraju s česticama druge tvari. Više energetske tvari obično će izgubiti unutarnju energiju (tj. "Ohladiti se"), dok će manje energetska tvar dobiti unutarnju energiju (tj. "Zagrijati se").

Najčešći učinak toga u našem svakodnevnom životu je fazni prijelaz, gdje se tvar mijenja iz jedne stanje materije drugom, takvom kao topljenje leda od krute tvari do tekućine jer apsorbira toplinu. Voda sadrži više unutarnje energije (tj. molekule vode kreću se brže) nego u ledu.

Pored toga, mnoge tvari prolaze kroz bilo koju toplinska ekspanzija ili toplinska kontrakcija kako dobivaju i gube unutarnju energiju. Voda (i druge tekućine) često se šire dok smrzava, što je otkrio onaj tko je predugo stavio piće s poklopcem u zamrzivač.

toplinski kapacitet objekta pomaže definirati kako temperatura objekta reagira na apsorpciju ili prijenos topline. Kapacitet topline definira se kao promjena topline podijeljena s promjenom temperature.

Prijenos topline vođen je nekim osnovnim načelima koja su postala poznata kao zakoni termodinamike, koji definiraju kako se prijenos topline odnosi na posao koji obavlja sustav i postavljaju ograničenja u odnosu na ono što sustav može postići.

Uredio Anne Marie Helmenstine, dr. Sc.