Soojusülekande näited looduses, kodus

Soojusenergia on termin, mida me kasutame, et kirjeldada molekulide aktiivsust objektis. Ühel või teisel viisil suurenev põnevus on seotud temperatuuri tõusuga, samas kui külmas objektis liikuvad aatomid palju aeglasemalt.

Soojusülekande näiteid saab leida kõikjal - looduses, tehnoloogias ja igapäevaelus.

Näited soojusülekandest

Suurim näide soojusülekandest on päike, mis soojendab planeedi Maad ja kõike seda, mis seal on. Igapäevases elus võite täita palju selliseid võimalusi, ainult palju vähem globaalses mõttes. Milliseid näiteid soojusülekandest saate jälgida igapäevaelus?

Siin on mõned neist:

• Gaasi- või elektripliit ja näiteks praepann munade praadimiseks.
• Mootorikütused, nagu bensiin, on mootori soojusenergia allikad.
• Sisestatud röster lülitab leiva tükki röstimiseks. Selle põhjuseks on röstsaia kiirgussoojusenergia, mis juhib leiba niiskust ja muudab selle krõmpsuks.
• Kuum tass auruvat kakao soojendab käed.
• Igasugune leeg, alates sobituse leegest kuni tohutu metsatulekahjudeni.
• Kui jää asetatakse klaasi vees, siis soojeneb vesi oma veest, see tähendab, et vesi ise on energiaallikas.
• Maja radiaator või küttesüsteem annab pikki ja külmas talvekuudel kuumust.
• Tavapärased ahjud on konvektsiooni allikad, mille tagajärjel soojendatakse neile paigutatud toiduainet ja käivitatakse küpsetusprotsess.
• Soojusülekande näiteid võib täheldada ka oma kehas, võttes käes tükk jääd.
• Soojusenergia on isegi kassi sees, mis võib soojendada peremeesorganismi põlvi.

Kuumus on liikumine

Soojusvoog on pidevas liikumises. Nende ülekandmise põhimeetodeid võib nimetada konventsiooniks, kiirguseks ja juhtivuseks. Vaatame neid mõisteid üksikasjalikumalt.

Mis juhtivus on?

Võibolla on paljud inimesed märganud, et ühes toas on põrandal puudutanud tunded täiesti erinevad. Vaibale on kõnnimas kena ja soe, kuid kui te lähete paljajalgadega vannituppa, annab käegakatsutav tunne otsekohe materiaalse jahe kätte. Ainult mitte juhul, kui on soojendusega põrandad.

Miks on plaaditud pind külmutamine? See on kõik soojusjuhtivuse tõttu. See on üks kolmest soojusülekande liigist. Kui mõlemad teineteisega kokku puutuvad kaks erineva temperatuuriga eset, liiguvad nende vahel soojusenergia. Sellisel juhul võib soojusülekande näiteid kokku võtta järgmiselt: hoides metallplaati, mille teine ots asetatakse küünla leegi kohal, võite tunda põletust ja valu aja jooksul ning kui puutute keedetud vett potti rauaga, võite põletada.

Juhtivuse tegurid

Hea või halb juhtivus sõltub mitmest tegurist:

• Materjali tüüp ja kvaliteet, millest objektid on valmistatud.
• Kahe kokkupuutuva objekti pindala.
• Mõõtmise erinevus kahe objekti vahel.
• Objektide paksus ja suurus.

Võrrandi kujul näeb see välja nii: soojusülekande kiirus objektile võrdub materjali soojusjuhtivusega, millest objekt tehakse, korrutatuna kontakti pindalaga, korrutatuna kahe eseme temperatuuri erinevuse ja jagatud materjali paksusega. See on lihtne.

Juhtivuse näited

Otsene soojusülekanne ühelt objektilt teisele on juhtivus, ja soojusenergiat juhtivad ained nimetatakse juhtideks. Mõned materjalid ja ained teevad seda ülesannet halvasti, neid nimetatakse isolaatoriteks. Nende hulka kuuluvad puit, plastik, klaaskiud ja õhk. Nagu teada, ei eralda isolaatorid kuumuse voogu, vaid aeglustavad seda teatud määral.

Konvektsioon

Selline soojusülekanne, nagu konvektsioon, esineb kõigis vedelikes ja gaasides. Selliseid soojusülekande näiteid leiate looduses ja igapäevaelus. Kui vedelikku kuumutatakse, siis alumine osa molekulid saavad energiat ja hakkavad kiiremini liikuma, mis viib tiheduse vähenemiseni. Soojad vedelad molekulid hakkavad liikuma ülespoole, samal ajal kui jahuti (tihedam vedelik) hakkab kraanima. Kui lahedad molekulid jõuavad põhja, saavad nad jälle oma energia osakaalu ja jälle soovivad tippu. Tsükkel jätkub niikaua, kui põhjas on soojusallikas.

Looduses oleva soojusülekande näited võib kokku võtta järgmiselt: spetsiaalselt varustatud põleti kasutamine, soe õhk, ballooni ruumi täitmine, võib kogu konstruktsiooni tõsta piisavalt kõrgele kõrgusele, kogu asi on see, et soe õhk on külmas õhust kergem.

Kiirgus

Kui te istute tulekahju ees, siis soojate tema soojus. Sama juhtub, kui paned oma käe põleva lambipirni, ilma seda puudutamata. Ka te tunnete soojust. Suurimad näited soojusülekandest igapäevaelus ja looduses on päikeseenergia all. Iga päev päikese soojus läbib 146 miljonit kilomeetrit tühja ruumi otse Maa enda peale. See on tänapäeval meie planeedi kõigi eluvormide ja süsteemide liikumapanev jõud. Ilma selle edastusmeetodita oleks meil suur hädas ja maailm ei oleks sama, nagu me seda teame.

Kiirgus on kuumuse ülekanne elektromagnetlainete kaudu, olgu selleks siis raadiolainete, infrapuna, röntgenkiirte või isegi nähtava valguse. Kõik objektid kiirgavad ja neelavad kiirgusenergiat, kaasa arvatud inimene ise, kuid mitte kõik objektid ja ained ei suuda seda ülesannet täita. Näiteid soojusülekandest igapäevaelus võib vaadelda tavapärase antenniga. Reeglina kiirgustab hästi ka hea ja imab. Maa puhul võtab see päikese kätte energiat ja annab siis kosmosesse tagasi. Seda kiirgusenergiat nimetatakse maapealseks kiirguseks ja see teeb planeedil elu võimalikuks.

Soojusülekande näited looduses, elus, tehnoloogias

Energia, eriti soojusenergia edastamine on kõigi inseneride jaoks oluline uurimisvaldkond. Kiirgus muudab Maa elamiseks sobilikuks ja annab taastuva päikeseenergia. Konvektsioon on mehhaanika aluseks, mis vastutab ehitiste õhuvoolu ja kodude õhuvahetuse eest. Juhtivus võimaldab soojendada pannile, lihtsalt asetades selle tulele.

Inseneride ja looduse soojusülekande arvukad näited on ilmsed ja leitavad kõikjal meie maailmas. Peaaegu kõik neist mängivad suurt rolli, eriti masinaehituse valdkonnas. Näiteks hoone ventilatsioonisüsteemi projekteerimisel arvutavad insenerid selle läheduses asuva hoone soojusülekande ja sisemise soojusülekande. Lisaks valivad nad materjalid, mis vähendavad või maksimeerivad soojusülekannet üksikute komponentide abil, et optimeerida efektiivsust.

Aurustamine

Kui vedeliku aatomid või molekulid (näiteks vesi) puutuvad kokku märkimisväärse gaasikogusega, kipuvad nad spontaanselt sisestama gaasilise oleku või aurustuma. Seda seetõttu, et molekulid liiguvad pidevalt juhuslikus kiiruses eri suundades ja põrkuvad omavahel kokku. Nende protsesside käigus saavad mõned neist kineetiline energia, mis on piisav kütteallika tõrjumiseks.

Kuid mitte kõik molekulid võivad aurustuda ja saada veeauruks. Kõik sõltub temperatuurist. Seega klaasi vesi aurustub aeglasemalt kui ahjus kuumutatud pannis. Vee keetmine suurendab oluliselt molekulide energiat, mis omakorda kiirendab aurustumist.

Põhimõisted

• Juhtivus on aatomite või molekulide vahetu kokkupuute kaudu kuumuse ülekandmine.
• Konvektsioon on soojuse ülekandmine gaasi (näiteks õhu) või vedeliku (näiteks vee) ringlusest.
• Kiirgus on neeldunud ja peegeldunud soojushulga vahe. See võime sõltub suuresti värvist, mustad esemed neelavad rohkem soojust kui kerged.
• Aurustumine on protsess, mille käigus vedelas olekus olevad aatomid või molekulid saavad gaasi või aurude saamiseks piisavalt energiat.
• Kasvuhoonegaasid on gaasid, mis hajutavad Maa atmosfääri päikese soojust, tekitades kasvuhooneefekti. Seal on kaks peamist kategooriat - veeaur ja süsinikdioksiid.
• Taastuvad energiaallikad on piiramatud ressursid, mida uuendatakse kiiresti ja loomulikult. Siin on järgmised soojusülekande näited looduses ja tehnoloogias: tuuled ja päikeseenergia.
• Soojusjuhtivus on kiirus, mille juures materjal kannab ise soojusenergiat.
• Soojusvahetus on olukord, kus kõik süsteemi osad on samas temperatuuri režiimis.

Taotlus praktikas

Looduses ja tehnoloogias soojusülekande arvukad näited (ülaltoodud pildid) näitavad, et neid protsesse tuleb hästi uurida ja neid tuleb hästi teenida. Insenerid rakendavad oma teadmisi soojusülekande põhimõtetest, uurivad uusi tehnoloogiaid, mis hõlmavad taastuvate loodusvarade kasutamist ja on keskkonnale vähem kahjulikud. Põhipunkt on arusaam, et energia ülekandmine avab lõpmatuid võimalusi insenerilahenduste jaoks ja mitte ainult.