Llojet e transferimit të nxehtësisë: koeficienti i transferimit të nxehtësisë

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 10:40

Çdo trup material ka një karakteristikë të tillë si nxehtësia, e cila mund të rritet dhe të ulet. Nxehtësia nuk është një substancë materiale: si pjesë e energjisë së brendshme të një substance, ajo lind si rezultat i lëvizjes dhe ndërveprimit të molekulave. Meqenëse nxehtësia e substancave të ndryshme mund të ndryshojë, ekziston një proces i transferimit të nxehtësisë nga një substancë më e nxehtë në një substancë me më pak nxehtësi. Ky proces quhet transferim i nxehtësisë. Ne do të shqyrtojmë llojet kryesore të transferimit të nxehtësisë dhe mekanizmat e veprimit të tyre në këtë artikull.

Përcaktimi i transferimit të nxehtësisë

Transferimi i nxehtësisë, ose procesi i transferimit të temperaturës, mund të ndodhë si brenda lëndës ashtu edhe nga një substancë në tjetrën. Në të njëjtën kohë, intensiteti i transferimit të nxehtësisë varet kryesisht nga vetitë fizike të materies, temperatura e substancave (nëse disa substanca marrin pjesë në transferimin e nxehtësisë) dhe ligjet e fizikës. Transferimi i nxehtësisë është një proces që vazhdon gjithmonë në mënyrë të njëanshme. Parimi kryesor i transferimit të nxehtësisë është se trupi më i nxehtë gjithmonë i jep nxehtësi një objekti me një temperaturë më të ulët. Për shembull, kur hekurosni rrobat, një hekur i nxehtëi jep ngrohtësi pantallonave, dhe jo anasjelltas. Transferimi i nxehtësisë është një fenomen i varur nga koha që karakterizon shpërndarjen e pakthyeshme të nxehtësisë në hapësirë.

Mekanizmat e transferimit të nxehtësisë

Mekanizmat e bashkëveprimit termik të substancave mund të marrin forma të ndryshme. Ekzistojnë tre lloje të transferimit të nxehtësisë në natyrë:

1. Përçueshmëria termike është një mekanizëm i transferimit ndërmolekular të nxehtësisë nga një pjesë e trupit në një tjetër ose në një objekt tjetër. Vetia bazohet në johomogjenitetin e temperaturës në substancat në shqyrtim.
2. Konvekcion - shkëmbimi i nxehtësisë ndërmjet mediave të lëngshme (lëng, ajër).
3. Veprimi i rrezatimit është transferimi i nxehtësisë nga trupat (burimet) e nxehtë dhe të nxehtë për shkak të energjisë së tyre në formën e valëve elektromagnetike me një spektër konstant.

Le të shqyrtojmë më në detaje llojet e listuara të transferimit të nxehtësisë.

Përçueshmëri termike

Më shpesh, përçueshmëria termike vërehet në trupat e ngurtë. Nëse, nën ndikimin e ndonjë faktori, zona me temperatura të ndryshme shfaqen në të njëjtën substancë, atëherë energjia termike nga një zonë më e nxehtë do të kalojë në një të ftohtë. Në disa raste, ky fenomen mund të vërehet edhe vizualisht. Për shembull, nëse marrim një shufër metalike, të themi, një gjilpërë, dhe e ngrohim atë në zjarr, atëherë pas ca kohësh do të shohim se si energjia termike transferohet përmes gjilpërës, duke formuar një shkëlqim në një zonë të caktuar. Në të njëjtën kohë, në një vend ku temperatura është më e lartë, shkëlqimi është më i ndritshëm dhe, anasjelltas, ku t është më i ulët, është më i errët. Përçimi i nxehtësisë mund të vërehet gjithashtu midis dy trupave (një filxhan çaj të nxehtë dhe një dorë)

Intensiteti i transferimit të fluksit të nxehtësisë varet nga shumë faktorë, raporti i të cilëve u zbulua nga matematikani francez Fourier. Këta faktorë përfshijnë kryesisht gradientin e temperaturës (raportin e ndryshimit të temperaturës në skajet e shufrës me distancën nga njëri skaj në tjetrin), zonën e prerjes tërthore të trupit dhe koeficientin e përçueshmërisë termike (është e ndryshme për të gjitha substancat, por më e larta vërehet te metalet). Koeficienti më i rëndësishëm i përçueshmërisë termike vërehet në bakër dhe alumin. Nuk është për t'u habitur që këto dy metale përdoren më shpesh në prodhimin e telave elektrikë. Duke ndjekur ligjin Furier, fluksi i nxehtësisë mund të rritet ose zvogëlohet duke ndryshuar një nga këto parametra.

Llojet e transferimit të nxehtësisë me konvekcion

Konvekcioni, i cili është karakteristik kryesisht për gazet dhe lëngjet, ka dy komponentë: përçueshmërinë termike ndërmolekulare dhe lëvizjen (shpërndarjen) e mediumit. Mekanizmi i veprimit të konvekcionit ndodh si më poshtë: me një rritje të temperaturës së një lënde të lëngshme, molekulat e saj fillojnë të lëvizin më aktivisht, dhe në mungesë të kufizimeve hapësinore, vëllimi i substancës rritet. Pasoja e këtij procesi do të jetë ulja e densitetit të substancës dhe lëvizja e saj lart. Një shembull i mrekullueshëm i konvekcionit është lëvizja e ajrit të ngrohur nga një radiator nga një bateri në tavan.

Dalloni midis llojeve konvektive të lira dhe të detyruara të transferimit të nxehtësisë. Transferimi i nxehtësisë dhe lëvizja e masës në llojin e lirë ndodh për shkak të heterogjenitetit të substancës, domethënë, lëngu i nxehtë ngrihet mbi të ftohtin natyror.mënyrë pa u ndikuar nga forcat e jashtme (p.sh. ngrohja e një dhome me ngrohje qendrore). Me konvekcion të detyruar, lëvizja e masës ndodh nën ndikimin e forcave të jashtme, për shembull, përzierja e çajit me një lugë.

Transferim i nxehtësisë rrezatuese

Transferimi i nxehtësisë rrezatuese ose rrezatuese mund të ndodhë pa kontakt me një objekt ose substancë tjetër, prandaj është i mundur edhe në një hapësirë pa ajër (vakum). Transferimi i nxehtësisë rrezatuese është i natyrshëm në të gjithë trupat në një masë më të madhe ose më të vogël dhe manifestohet në formën e valëve elektromagnetike me një spektër të vazhdueshëm. Një shembull kryesor i kësaj është dielli. Mekanizmi i veprimit është si më poshtë: trupi vazhdimisht rrezaton një sasi të caktuar nxehtësie në hapësirën që e rrethon. Kur kjo energji godet një objekt ose substancë tjetër, një pjesë e saj absorbohet, pjesa e dytë kalon dhe pjesa e tretë reflektohet në mjedis. Çdo objekt mund të rrezatojë nxehtësi dhe të thithë, ndërsa substancat e errëta janë në gjendje të thithin më shumë nxehtësi sesa ato të lehta.

Mekanizma të kombinuar të transferimit të nxehtësisë

Në natyrë, llojet e proceseve të transferimit të nxehtësisë rrallë gjenden veçmas. Shumë më shpesh ata mund të shihen së bashku. Në termodinamikë, këto kombinime madje kanë emra, për shembull, përçueshmëria termike + konvekcioni është transferim konvektiv i nxehtësisë, dhe përçueshmëria termike + rrezatimi termik quhet transferim i nxehtësisë rrezatuese-përçuese. Përveç kësaj, ekzistojnë lloje të tilla të kombinuara të transferimit të nxehtësisë si:

• Shpërndarja e nxehtësisë -lëvizja e energjisë termike ndërmjet një gazi ose lëngu dhe një trupi të ngurtë.
• Transferimi i nxehtësisë është transferimi i t nga një lëndë në tjetrën përmes një pengese mekanike.
• Transferimi i nxehtësisë me rreze konvektive formohet duke kombinuar konvekcionin dhe rrezatimin termik.

Llojet e transferimit të nxehtësisë në natyrë (shembuj)

Transferimi i nxehtësisë në natyrë luan një rol të madh dhe nuk kufizohet vetëm në ngrohjen e globit nga rrezet e diellit. Rrymat e gjera të konvekcionit, të tilla si lëvizja e masave të ajrit, përcaktojnë kryesisht motin në të gjithë planetin tonë.

Përçueshmëria termike e bërthamës së Tokës çon në shfaqjen e gejzerëve dhe në shpërthimin e shkëmbinjve vullkanikë. Këto janë vetëm disa shembuj të transferimit të nxehtësisë në shkallë globale. Së bashku, ato formojnë llojet e transferimit të nxehtësisë konvektive dhe llojet e transferimit të nxehtësisë rrezatuese-përçuese të nevojshme për të mbajtur jetën në planetin tonë.

Përdorimi i transferimit të nxehtësisë në aktivitetet antropologjike

Nxehtësia është një komponent i rëndësishëm i pothuajse të gjitha proceseve të prodhimit. Është e vështirë të thuhet se cili lloj i shkëmbimit të nxehtësisë përdoret nga njeriu më së shumti në ekonominë kombëtare. Ndoshta të tre në të njëjtën kohë. Proceset e transferimit të nxehtësisë përdoren për shkrirjen e metaleve, duke prodhuar një gamë të gjerë mallrash që variojnë nga sendet e përditshme deri te anijet kozmike.

Jashtëzakonisht të rëndësishme për qytetërimin janë njësitë termike të afta të shndërrojnë energjinë termike në energji të dobishme. Ndërato mund të quhen njësi benzinë, naftë, kompresor, turbina. Për punën e tyre, ata përdorin lloje të ndryshme të transferimit të nxehtësisë.