Soojusenergia on termin, mida kasutame objektis olevate molekulide aktiivsuse taseme kirjeldamiseks. Suurenenud ergastus on ühel või teisel viisil seotud temperatuuri tõusuga, samas kui külmades objektides liiguvad aatomid palju aeglasem alt.
Näiteid soojusülekande kohta võib leida kõikj alt – loodusest, tehnikast ja igapäevaelust.
Soojusülekande näited
Soojusülekande suurim näide on päike, mis soojendab planeeti Maa ja kõike sellel olevat. Igapäevaelus võib leida palju sarnaseid võimalusi, ainult palju vähem globaalses mõttes. Niisiis, millised on mõned näited soojusülekandest igapäevaelus?
Siin on mõned neist:
- Gaasi- või elektripliit ja näiteks pann munade praadimiseks.
- Autokütused, nagu bensiin, annavad mootorile soojusenergiat.
- Kaasasolev röster muudab leivatüki röstsaiaks. Seda seostatakse säragaröstsaia soojusenergia, mis tõmbab leivast niiskuse välja ja muudab selle krõbedaks.
- Kuum tass auravat kakaod soojendab käsi.
- Igasugune leek, alates tikuleekidest kuni massiliste metsatulekahjudeni.
- Kui jää asetada veeklaasi, sulatab veest saadav soojusenergia selle, st vesi ise on energiaallikas.
- Teie kodu radiaator või küttesüsteem pakub sooja pikkadel ja külmadel talvekuudel.
- Tavalised ahjud on konvektsiooni allikad, mille tulemusena nendesse pandud toit kuumeneb ja küpsetusprotsess algab.
- Soojusülekande näiteid saab jälgida oma kehas, võttes pihku jäätüki.
- Kassi sees on ühtlane soojusenergia, mis võib omaniku põlvi soojendada.
Kuumus on liikumine
Soojusvood on pidevas liikumises. Peamisi nende edastamise viise võib nimetada kokkuleppeks, kiirguseks ja juhtivaks. Vaatame neid mõisteid üksikasjalikum alt.
Mis on juhtivus?
Võib-olla on paljud märganud rohkem kui korra, et samas ruumis võivad põranda puudutamisel tekkivad aistingud olla täiesti erinevad. Vaibal on mõnus ja soe kõndida, aga paljajalu vannituppa minnes annab tuntav jahedus kohe rõõmsameelsuse tunde. Mitte seal, kus on põrandaküte.
Miks siis plaaditud pind külmub? See kõik on sellepärastsoojusjuhtivus. See on üks kolmest soojusülekande tüübist. Kui kaks erineva temperatuuriga objekti puutuvad kokku, liigub nende vahel soojusenergia. Soojusülekande näited on sel juhul järgmised: hoides kinni metallplaadist, mille teine ots asetatakse küünla leegi kohale, on aja jooksul tunda põletust ja valu ning hetkel, mil puudutad triikrauda keeva vee poti käepide, võite kõrvetada.
Juhtivustegurid
Hea või halb juhtivus sõltub mitmest tegurist:
- Materjali tüüp ja kvaliteet, millest objektid on valmistatud.
- Kahe kontaktis oleva objekti pindala.
- Temperatuuride erinevus kahe objekti vahel.
- Kaubikute paksus ja suurus.
Võrrandi kujul näeb see välja järgmine: Soojusülekande kiirus objektile on võrdne materjali soojusjuhtivusega, millest objekt on valmistatud, korrutatud kontaktpinna pindala, korda temperatuuri erinevusega kahe objekti vahel ja jagatud materjali paksusega. See on lihtne.
Näited juhtivuse kohta
Soojuse otsest ülekandumist ühelt objektilt teisele nimetatakse juhtivuseks ja aineid, mis juhivad hästi soojust, nimetatakse juhtideks. Mõned materjalid ja ained ei tule selle ülesandega hästi toime, neid nimetatakse isolaatoriteks. Nende hulka kuuluvad puit, plast, klaaskiud ja isegi õhk. Nagu teate, isolaatorid tegelikult voolu ei peata.soojust, vaid lihts alt aeglustage seda ühe või teise kraadini.
Konvektsioon
Seda tüüpi soojusülekanne, nagu konvektsioon, toimub kõigis vedelikes ja gaasides. Selliseid soojusülekande näiteid leiate loodusest ja igapäevaelust. Vedeliku kuumenemisel saavad põhjas olevad molekulid energiat ja liiguvad kiiremini, mille tulemusena tihedus väheneb. Sooja vedeliku molekulid hakkavad ülespoole liikuma, samal ajal kui jahutusvedelik (tihedam vedelik) hakkab vajuma. Pärast seda, kui jahedad molekulid jõuavad põhja, saavad nad taas oma osa energiast ja kipuvad jälle ülespoole. Tsükkel jätkub seni, kuni allosas on soojusallikas.
Soojusülekande kohta looduses võib tuua näiteid: spetsiaalselt varustatud põleti abil suudab soe õhk, täites õhupalli ruumi, tõsta kogu konstruktsiooni piisav alt kõrgele, asi on selles, et et soe õhk on külmast kergem.
Kiirgus
Kui istud tule ees, soojendab sind sellest lähtuv soojus. Sama juhtub, kui viite oma peopesa põleva lambipirni juurde, ilma seda puudutamata. Samuti tunnete sooja. Soojusülekande suurimaid näiteid igapäevaelus ja looduses juhib päikeseenergia. Iga päev läbib päikesesoojus 146 miljonit km tühja ruumi kuni Maa endani. See on kõigi meie planeedil praegu eksisteerivate eluvormide ja -süsteemide liikumapanev jõud. Ilma selle edastusviisita oleksime suures hädas ja maailm poleks samasugune nagu meie.me tunneme teda.
Kiirgus on soojuse ülekanne elektromagnetlainete abil, olgu selleks raadiolained, infrapuna, röntgenikiirgus või isegi nähtav valgus. Kiirgusenergiat kiirgavad ja neelavad kõik objektid, ka inimene ise, kuid mitte kõik esemed ja ained ei tule selle ülesandega võrdselt hästi toime. Soojusülekande näiteid igapäevaelus võib kaaluda tavapärase antenni abil. See, mis hästi kiirgab, on reeglina ka hästi imenduv. Mis puutub Maasse, siis see saab energiat päikeselt ja annab selle seejärel tagasi kosmosesse. Seda kiirgusenergiat nimetatakse maapealseks kiirguseks ja see teeb elu planeedil võimalikuks.
Näited soojusülekandest looduses, igapäevaelus, tehnikas
Energia, eriti soojusenergia ülekanne on kõigi inseneride jaoks põhiline uurimisvaldkond. Kiirgus muudab Maa elamiskõlblikuks ja annab taastuvat päikeseenergiat. Konvektsioon on mehaanika alus, vastutab õhuvoolu hoonetes ja õhuvahetuse eest majades. Juhtivus võimaldab teil potti soojendada, pannes selle lihts alt tulele.
Arvukad näited soojusülekandest tehnoloogias ja looduses on ilmsed ning neid leidub kõikjal meie maailmas. Peaaegu kõik need mängivad olulist rolli, eriti masinaehituse valdkonnas. Näiteks hoone ventilatsioonisüsteemi projekteerimisel arvutavad insenerid välja soojusülekande selle ümber olevast hoonest, aga ka sisemise soojusülekande. Lisaks valivad nad materjalid, mis minimeerivad või maksimeerivad soojusülekannet.tõhususe optimeerimiseks üksikute komponentide kaudu.
Aurustumine
Kui vedeliku (nt vee) aatomid või molekulid puutuvad kokku märkimisväärse koguse gaasiga, kipuvad need spontaanselt gaasilisse olekusse minema või aurustuda. Seda seetõttu, et molekulid liiguvad pidev alt juhusliku kiirusega eri suundades ja põrkuvad üksteisega kokku. Nende protsesside käigus saavad mõned neist piisav alt kineetilist energiat, et end soojusallikast eemale tõrjuda.
Kõigil molekulidel pole aga aega aurustuda ja veeauruks muutuda. Kõik oleneb temperatuurist. Seega aurustub vesi klaasis aeglasem alt kui pliidil kuumutatud pannil. Vee keetmine suurendab oluliselt molekulide energiat, mis omakorda kiirendab aurustumisprotsessi.
Põhimõisted
- Juhtivus on soojuse ülekanne läbi aine aatomite või molekulide otsesel kokkupuutel.
- Konvektsioon on soojuse ülekanne gaasi (nt õhu) või vedeliku (nt vee) ringluse kaudu.
- Kiirgus on neeldunud ja peegeldunud soojushulga vahe. See omadus sõltub suuresti värvist, mustad objektid neelavad rohkem soojust kui heledad.
- Aurumine on protsess, mille käigus aatomid või molekulid vedelas olekus saavad piisav alt energiat, et muutuda gaasiks või auruks.
- Kasvuhoonegaasid on gaasid, mis püüavad päikese soojust Maa atmosfääri, tekitades kasvuhoonegaase. Mõju. On kaks põhikategooriat – veeaur ja süsinikdioksiid.
- Taastuvad energiaallikad on piiramatud ressursid, mis täienevad kiiresti ja loomulikult. Nende hulka kuuluvad järgmised näited soojusülekande kohta looduses ja tehnoloogias: tuuled ja päikeseenergia.
- Soojusjuhtivus on kiirus, millega materjal kannab enda kaudu soojusenergiat üle.
- Soojustasakaal on seisund, milles kõik süsteemi osad on samas temperatuurirežiimis.
Praktiline rakendus
Arvukad näited soojusülekandest looduses ja tehnoloogias (üleval olevad pildid) näitavad, et neid protsesse tuleks põhjalikult uurida ja serveerida. Insenerid rakendavad oma teadmisi soojusülekande põhimõtetest, uurivad uusi tehnoloogiaid, mis on seotud taastuvate ressursside kasutamisega ja on keskkonda vähem hävitavad. Peamine on mõista, et energiaülekanne avab lõputud võimalused insenertehniliste lahenduste ja muu jaoks.
