Жылу беру түрлері: жылу беру коэффициенті

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Кез келген материалдық дененің жоғарылауы және азаюы мүмкін жылу сияқты қасиеті бар. Жылу заттық зат емес: заттың ішкі энергиясының бөлігі ретінде ол молекулалардың қозғалысы мен әрекеттесуінің нәтижесінде пайда болады. Әртүрлі заттардың жылуы әртүрлі болуы мүмкін болғандықтан, жылуды ыстық заттан жылуы аз затқа беру процесі жүреді. Бұл процесс жылу алмасу деп аталады. Жылу берудің негізгі түрлерін және олардың әсер ету механизмдерін осы мақалада қарастырамыз.

Жылу беруді анықтау

Жылу алмасу немесе температураны беру процесі заттың ішінде де, бір заттан екіншісіне де болуы мүмкін. Сонымен бірге жылу берілу қарқындылығы көбінесе заттың физикалық қасиеттеріне, заттардың температурасына (жылу алмасуға бірнеше заттар қатысса) және физика заңдарына байланысты. Жылу алмасу әрқашан біржақты жүретін процесс. Жылу берудің негізгі принципі - ең ыстық дене әрқашан температурасы төмен затқа жылу береді. Мысалы, киім үтіктегенде, ыстық үтікшалбарға жылу береді, керісінше емес. Жылу алмасу кеңістікте жылудың қайтымсыз таралуын сипаттайтын уақытқа тәуелді құбылыс.

Жылу беру механизмдері

Заттардың жылулық әрекеттесу механизмдері әртүрлі формада болуы мүмкін. Табиғатта жылу алмасудың үш түрі бар:

1. Жылуөткізгіштік – дененің бір бөлігінен екінші бөлігіне немесе басқа объектіге молекулааралық жылу беру механизмі. Сипат қарастырылып отырған заттардағы температураның біркелкі еместігіне негізделген.
2. Конвекция – сұйық орта (сұйық, ауа) арасындағы жылу алмасу.
3. Сәулелену әрекеті – бұл қыздырылған және қыздырылған денелерден (көздерден) олардың энергиясы есебінен тұрақты спектрі бар электромагниттік толқындар түріндегі жылудың берілуі.

Жылу берудің аталған түрлерін толығырақ қарастырайық.

Жылуөткізгіштік

Көбінесе жылу өткізгіштік қатты денелерде байқалады. Егер қандай да бір факторлардың әсерінен бір затта температуралары әртүрлі аймақтар пайда болса, онда ыстық аймақтың жылу энергиясы суыққа өтеді. Кейбір жағдайларда бұл құбылысты көзбен де байқауға болады. Мысалы, металл шыбықты, айталық, инені алып, оны отқа қыздырсақ, біраз уақыттан кейін жылу энергиясының ине арқылы қалай тасымалданатынын, белгілі бір аймақта жарқырау пайда болатынын көреміз. Сонымен бірге температура жоғарырақ жерде жарқырау жарқырайды, ал керісінше, t төменірек жерде қараңғы болады. Жылу өткізгіштігін екі дененің арасында да байқауға болады (бір кесе ыстық шай мен қол)

Жылу ағынының берілу қарқындылығы көптеген факторларға байланысты, олардың қатынасын француз математигі Фурье ашқан. Бұл факторларға ең алдымен температура градиенті (шыбықтың ұштарындағы температура айырмашылығының бір шетінен екіншісіне дейінгі қашықтыққа қатынасы), дененің көлденең қимасының ауданы және жылу өткізгіштік коэффициенті (ол барлық заттар үшін әртүрлі, бірақ ең жоғары металдарда байқалады). Жылу өткізгіштіктің ең маңызды коэффициенті мыс пен алюминийде байқалады. Бұл екі металдың электр сымдарын өндіруде жиі қолданылатыны таңқаларлық емес. Фурье заңына сәйкес жылу ағынын осы параметрлердің бірін өзгерту арқылы арттыруға немесе азайтуға болады.

Жылу берудің конвекциялық түрлері

Негізінен газдар мен сұйықтарға тән конвекцияның екі компоненті бар: молекулааралық жылу өткізгіштік және ортаның қозғалысы (таралу). Конвекцияның әсер ету механизмі келесідей жүреді: сұйық зат температурасының жоғарылауымен оның молекулалары белсенді түрде қозғала бастайды, ал кеңістіктік шектеулер болмаған кезде заттың көлемі ұлғаяды. Бұл процестің салдары заттың тығыздығының төмендеуі және оның жоғары қозғалысы болады. Конвекцияның жарқын мысалы - радиатормен қыздырылған ауаның батареядан төбеге қозғалысы.

Жылу берудің еркін және еріксіз конвективті түрлерін ажырату. Еркін түрдегі жылу алмасу және массалық қозғалыс заттың гетерогенділігіне байланысты болады, яғни ыстық сұйықтық табиғи суықтан жоғары көтеріледі.сыртқы күштердің әсерінсіз (мысалы, орталық жылытуы бар бөлмені жылыту). Мәжбүрлі конвекция кезінде массаның қозғалысы сыртқы күштердің әсерінен болады, мысалы, шайды қасықпен араластыру.

Сәулелі жылу беру

Радиациялық немесе радиациялық жылу беру басқа затпен немесе затпен байланыссыз болуы мүмкін, сондықтан ол тіпті ауасыз кеңістікте де (вакуумда) мүмкін. Радиациялық жылу алмасу азды-көпті дәрежеде барлық денелерге тән және үздіксіз спектрі бар электромагниттік толқындар түрінде көрінеді. Мұның жарқын мысалы - күн. Әсер ету механизмі келесідей: дене оны қоршаған кеңістікке белгілі бір мөлшерде жылуды үздіксіз таратады. Бұл энергия басқа затқа немесе затқа түскенде оның бір бөлігі жұтылады, екінші бөлігі арқылы өтеді, ал үшінші бөлігі қоршаған ортаға шағылысады. Кез келген зат жылуды тарата да, сіңіре де алады, ал қараңғы заттар жеңілге қарағанда көбірек жылуды сіңіре алады.

Біріктірілген жылу беру механизмдері

Табиғатта жылу алмасу процестерінің түрлері бөлек сирек кездеседі. Көбінесе оларды бірге көруге болады. Термодинамикада бұл комбинациялардың тіпті атаулары бар, мысалы, жылу өткізгіштік + конвекция конвективтік жылу алмасу, ал жылу өткізгіштік + жылу сәулелену радиациялық-өткізгіш жылу алмасу деп аталады. Сонымен қатар, жылу берудің аралас түрлері бар:

• Жылуды бөлу -газ немесе сұйық және қатты дене арасындағы жылу энергиясының қозғалысы.
• Жылу беру дегеніміз - t бір заттан екінші затқа механикалық кедергі арқылы өтуі.
• Конвективті-сәулелі жылу алмасу конвекция мен жылу сәулеленуін біріктіру арқылы қалыптасады.

Табиғаттағы жылу алмасу түрлері (мысалдар)

Табиғаттағы жылу алмасу орасан зор рөл атқарады және тек күн сәулесімен жер шарын жылытумен шектелмейді. Ауа массаларының қозғалысы сияқты кең конвекциялық ағындар біздің планетамыздың ауа-райын анықтайды.

Жер ядросының жылу өткізгіштігі гейзерлердің пайда болуына және жанартаулық жыныстардың атқылауына әкеледі. Бұл жаһандық масштабтағы жылу алмасудың бірнеше мысалдары ғана. Олар бірігіп планетамыздағы тіршілікті қамтамасыз ету үшін қажетті конвективтік жылу беру және жылу берудің радиациялық-өткізу түрлерін құрайды.

Антропологиялық қызметте жылу алмасуды пайдалану

Жылу барлық дерлік өндірістік процестердің маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. Халық шаруашылығында жылу алмасудың қай түрін адам көбірек қолданатынын айту қиын. Бәлкім, үшеуі бір уақытта шығар. Жылу алмасу процестері металдарды балқыту үшін пайдаланылады, күнделікті заттардан ғарыш аппараттарына дейін кең ауқымды тауарларды шығарады.

Өркениет үшін өте маңызды жылу энергиясын пайдалы қуатқа айналдыруға қабілетті жылу қондырғылары. арасындаоларды бензин, дизель, компрессор, турбиналық қондырғылар деп атауға болады. Жұмысы үшін олар жылу берудің әртүрлі түрлерін пайдаланады.