Теплова енергія є терміном, який ми використовуємо для опису рівня активності молекул в об'єкті. Підвищена збудженість, так чи інакше, пов'язана з збільшенням температури, в той час як в холодних об'єктах атоми переміщуються набагато повільніше. Приклади теплопередачі можна зустріти всюди - в природі, техніці та повсякденному житті.

Приклади передачі теплової енергії

Найбільшим прикладом передачі тепла є сонце, яке зігріває планету Земля і все, що на ній знаходиться. У повсякденному житті можна зустріти масу подібних варіантів, тільки в набагато менш глобальному сенсі. Отже, які ж приклади теплопередачі можна спостерігати в побуті?


Ось деякі з них:

Газова або електрична плита, наприклад, сковорода для смаження яєць.

Автомобільні види палива, такі як бензин, є джерелами теплової енергії для двигуна.

Включений тостер перетворює шматок хліба у тост. Це пов'язано з променистої теплової енергією тосту, який витягує вологу з хліба і робить його хрустким.

Гаряча чашка гарячої какао зігріває руки.

Будь-яке полум'я, починаючи від сірникової полум'я і закінчуючи масивними лісовими пожежами.

Коли лід поміщають у склянку з водою, теплова енергія з води його плавить, тобто сама вода є джерелом енергії.

Система радіатора опалення або у будинку забезпечує тепло протягом довгих і холодних зимових місяців.

Звичайні печі є джерелами конвекції, в результаті чого поміщений в них харчовий продукт нагрівається, і запускається процес приготування.

Приклади теплопередачі можна спостерігати і в своєму власному тілі, взявши в руку шматочок льоду.

Теплова енергія є навіть всередині у кішки, яка може зігріти коліна господаря.

Тепло - це рух

Теплові потоки перебувають у постійному русі. Основними способами їх передачі можна назвати конвенцію, випромінювання і провідність. Давайте розглянемо ці поняття більш детально.

Що таке провідність?

Можливо, багато хто не раз помічали, що в одному і тому ж приміщенні відчуття від дотику з підлогою можуть бути абсолютно різні. Приємно і тепло ходити по килиму, але якщо зайти у ванну кімнату босими ногами, відчутна прохолода відразу дає відчуття бадьорості. Тільки не в тому випадку, де є підігрів підлоги. Так чому ж плиткова поверхню мерзне? Це все через теплопровідності. Це один з трьох типів передачі тепла. Всякий раз, коли два об'єкти різних температур знаходяться в контакті один з одним, теплова енергія буде проходити між ними. Приклади теплопередачі в цьому випадку можна привести наступні: тримаючись за металеву пластину, інший кінець якої буде поміщений над полум'ям свічки, з часом можна відчути печіння і біль, а в момент дотику до залізної ручки каструлі з киплячою водою можна отримати опік.

Фактори провідності

Хороша чи погана провідність залежить від кількох факторів:

Вид і якість матеріалу, з якого зроблені предмети.

Площа поверхні двох об'єктів, знаходяться в контакті.

Різниця температур між двома об'єктами.

Товщина і розмір предметів.

У формі рівняння це виглядає наступним чином: швидкість передачі тепла до об'єкта дорівнює теплопровідності матеріалу, з якого виготовлено об'єкт, помноженої на площу поверхні в контакті, помноженої на різницю температур між двома об'єктами і діленої на товщину матеріалу. Всі просто.

Приклади провідності

Пряма передача тепла від одного об'єкта до іншого називаються провідністю, а речовини, які добре проводять тепло, називаються провідниками. Деякі матеріали і речовини погано справляються з цією завданням, їх називають ізоляторами. До них відносять деревину, пластмасу, скловолокно і навіть повітря. Як відомо, ізолятори фактично не зупиняють потік тепла, а просто його сповільнюють в тій чи іншій мірі.

Конвекція

Такий вид теплопередачі, як конвекція, відбувається в усіх рідинах та газах. Можна зустріти такі приклади теплопередачі в природі і побуті. Коли рідина нагрівається, молекули в нижній частині набирають енергію і починають рухатися швидше, що призводить до зменшення щільності. Теплі молекули текучого середовища починають рухатися вгору, в той час як охолоджувач (більш щільна рідина) починає тонути. Після того як прохолодні молекули досягають дна, вони знову отримують свою частку енергії і знову прагнуть до вершини. Цикл продовжується до тих пір, доки існує джерело тепла в нижній частині. Приклади теплопередачі в природі можна привести наступні: допомогою спеціального обладнаної пальника тепле повітря, наповнюючи простір повітряної кулі, що може підняти всю конструкцію на досить велику висоту, вся справа в тому, що тепле повітря легше холодного.

Випромінювання

Коли ви сидите перед багаттям, вас зігріває виходить від нього тепло. Те ж саме відбувається, якщо піднести долоню до палаючій лампочці, не торкаючись до неї. Ви теж відчуєте тепло. Найбільші приклади теплопередачі в побуті та природі очолює сонячна енергія. Кожен день тепло сонця проходить через 146 млн. км порожнього простору аж до самої Землі. Це рушійна сила для всіх форм і систем життя, які існують на нашій планеті. Без цього способу передачі ми були б у великій біді, і світ був би зовсім не той, яким ми його знаємо.
Випромінювання - це передача тепла з допомогою електромагнітних хвиль, будь то радіохвилі, інфрачервоні, рентгенівські промені або навіть видиме світло. Всі об'єкти випромінюють і поглинають променисту енергію, включаючи саму людину, однак не всі предмети і речовини справляються з цим завданням однаково добре. Приклади теплопередачі в побуті можна розглянути за допомогою звичайної антени. Як правило, те, що добре випромінює, також добре і поглинає. Що стосується Землі, то вона бере енергію від сонця, а потім віддає її назад у космос. Ця енергія випромінювання називається земної радіацією, і це те, що робить можливою саму життя на планеті.

Приклади теплопередачі в природі, побуті, техніці

Передача енергії, зокрема теплової є фундаментальною галуззю дослідження для всіх інженерів. Випромінювання робить Землю придатною для проживання і дає відновлювану сонячну енергію. Конвекція є основою механіки, відповідає за потоки повітря в будівлях і повітрообмін у будинках. Провідність дозволяє нагрівати каструлю, лише поставивши її на вогонь. Численні приклади теплопередачі в техніці і природі очевидні і зустрічаються всюди в нашому світі. Практично всі з них відіграють велику роль, особливо в галузі машинобудування. Наприклад, при проектуванні системи вентиляції будівлі інженери вираховують тепловіддачу будівлі в його околицях, а також внутрішню передачу тепла. Крім того, вони вибирають матеріали, які зводять до мінімуму або максимізують передачу тепла через окремі компоненти для оптимізації ефективності.

Випаровування

Коли атоми або молекули рідини (наприклад, води) піддаються впливу значного обсягу газу, вони мають тенденцію мимовільно увійти в газоподібний стан або випаруватися. Це відбувається тому, що молекули постійно рухаються в різних напрямках при випадкових швидкостях і стикаються один з одним. У ході цих процесів деякі з них мають кінетичну енергію, достатню для того, щоб відштовхуватися від джерела нагрівання. Однак не всі молекули встигають випаруватися і стати водяною парою. Все залежить від температури. Так, вода в склянці буде випаровуватися повільніше, ніж у нагрівається на плиті каструлі. Кипіння води значно збільшує енергію молекул, що, в свою чергу, прискорює процес випаровування.

Основні поняття

Провідність - це передача тепла через речовину при безпосередньому контакті атомів або молекул.

Конвекція - це передача тепла за рахунок циркуляції газу (наприклад, повітря) або рідини (наприклад, води).

Випромінювання - це різниця між поглинутим і відбитим кількістю тепла. Ця здатність сильно залежить від кольору, чорні об'єкти поглинають більше тепла, ніж світлі.

Випаровування - це процес, при якому атоми або молекули в рідкому стані отримують достатньо енергії, щоб стати газом або парою.

Парникові гази - це гази, які затримують тепло сонця в атмосфері Землі, створюючи парниковий ефект. Виділяють дві основні категорії - це водяна пара і вуглекислий газ.

Поновлювані джерела енергії - це безмежні ресурси, які швидко і природно поповнюються. Сюди можна віднести такі приклади теплопередачі в природі і техніці: вітри та енергію сонця.

Теплопровідність - це швидкість, з якої матеріал передає теплову енергію через себе.

Теплова рівновага - це стан, в якому всі частини системи знаходяться в однаковому температурному режимі.

Застосування на практиці

Численні приклади теплопередачі в природі і техніці (зображення вище) вказують на те, що ці процеси повинні бути добре вивчені і служили на благо. Інженери застосовують свої знання про принципи передачі тепла, досліджують нові технології, які пов'язані з використанням відновлюваних ресурсів і є менш руйнівними для навколишнього середовища. Ключовим моментом є розуміння того, що перенесення енергії відкриває нескінченні можливості для інженерних рішень і не тільки.