Hőátadás típusai: hőátbocsátási tényező

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Minden anyagi testnek van olyan jellemzője, mint a hő, amely növekedhet és csökkenhet. A hő nem anyagi anyag: az anyag belső energiájának részeként a molekulák mozgása és kölcsönhatása eredményeként keletkezik. Mivel a különböző anyagok hője eltérő lehet, van egy folyamat, amely során a hőt egy forróbb anyagból egy kevesebb hővel rendelkező anyagra adják át. Ezt a folyamatot hőátadásnak nevezik. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a hőátadás fő típusait és hatásmechanizmusait.

Hőátadás meghatározása

A hőátadás vagy a hőmérséklet-átadás folyamata mind az anyag belsejében, mind az egyik anyagról a másikra történhet. Ugyanakkor a hőátadás intenzitása nagyban függ az anyag fizikai tulajdonságaitól, az anyagok hőmérsékletétől (ha több anyag vesz részt a hőátadásban) és a fizika törvényeitől. A hőátadás olyan folyamat, amely mindig egyoldalúan megy végbe. A hőátadás fő elve, hogy mindig a legforróbb test ad le hőt egy alacsonyabb hőmérsékletű tárgynak. Például ruhák vasalásánál forró vasalómeleget ad a nadrágnak, és nem fordítva. A hőátadás időfüggő jelenség, amely a hő térbeli visszafordíthatatlan eloszlását jellemzi.

Hőátadó mechanizmusok

Az anyagok termikus kölcsönhatásának mechanizmusai különböző formákat ölthetnek. A természetben háromféle hőátadás létezik:

1. A hővezető képesség az intermolekuláris hőátadás mechanizmusa a test egyik részéből a másikba vagy egy másik tárgyba. A tulajdonság a vizsgált anyagok hőmérsékletének inhomogenitásán alapul.
2. Konvekció – hőcsere a folyékony közegek között (folyadék, levegő).
3. A sugárzási hatás a felhevült és felhevült testek (források) energiájának köszönhetően állandó spektrumú elektromágneses hullámok formájában történő hőátadás.

Vegyük részletesebben a felsorolt hőátadás típusokat.

Hővezetőképesség

A hővezető képesség leggyakrabban szilárd anyagokban figyelhető meg. Ha bármilyen tényező hatására különböző hőmérsékletű területek jelennek meg ugyanabban az anyagban, akkor a melegebb területről a hőenergia átmegy a hidegbe. Egyes esetekben ez a jelenség vizuálisan is megfigyelhető. Például, ha veszünk egy fémrudat, mondjuk egy tűt, és tűzön hevítjük, akkor egy idő után látni fogjuk, hogyan jut el a hőenergia a tűn keresztül, és egy bizonyos területen izzást hoz létre. Ugyanakkor, ahol a hőmérséklet magasabb, ott a fény világosabb, és fordítva, ahol t kisebb, ott sötétebb. Hővezetés két test között is megfigyelhető (egy bögre forró tea és egy kéz)

A hőáram átadás intenzitása sok tényezőtől függ, ezek arányát Fourier francia matematikus tárta fel. Ezek a tényezők elsősorban a hőmérsékleti gradienst (a rúd végének hőmérséklet-különbségének aránya az egyik végétől a másikig mért távolsághoz), a test keresztmetszeti területét és a hővezetési együtthatót (minden anyagnál eltérő, de a legmagasabb a fémeknél figyelhető meg). A legjelentősebb hővezetési együttható a rézben és az alumíniumban figyelhető meg. Nem meglepő, hogy ezt a két fémet gyakrabban használják elektromos vezetékek gyártásához. A Fourier-törvényt követve a hőáram növelhető vagy csökkenthető ezen paraméterek valamelyikének megváltoztatásával.

A hőátadás konvekciós típusai

A főként gázokra és folyadékokra jellemző konvekciónak két összetevője van: az intermolekuláris hővezető képesség és a közeg mozgása (eloszlása). A konvekció hatásmechanizmusa a következőképpen történik: a folyékony anyag hőmérsékletének növekedésével molekulái aktívabban kezdenek mozogni, és térbeli korlátozások hiányában az anyag térfogata nő. Ennek a folyamatnak a következménye az anyag sűrűségének csökkenése és felfelé irányuló mozgása lesz. A konvekció szembetűnő példája a radiátor által felmelegített levegő mozgása az akkumulátorról a mennyezetre.

Tegyen különbséget a szabad és a kényszerkonvektív hőátadás között. A szabad típusú hőátadás és tömegmozgás az anyag heterogenitása miatt következik be, vagyis a forró folyadék a hideg természetes fölé emelkedik.anélkül, hogy külső erők befolyásolnák (pl. helyiség fűtése központi fűtéssel). Kényszerített konvekció esetén a tömeg mozgása külső erők hatására történik, például teát kanállal keverve.

Sugárzó hőátadás

Sugárzó vagy sugárzó hőátadás más tárggyal vagy anyaggal való érintkezés nélkül is megtörténhet, ezért levegőtlen térben (vákuum) is lehetséges. A sugárzó hőátadás kisebb-nagyobb mértékben minden testben benne van, és folytonos spektrumú elektromágneses hullámok formájában nyilvánul meg. Kiváló példa erre a nap. A hatásmechanizmus a következő: a test folyamatosan bizonyos mennyiségű hőt sugároz ki az őt körülvevő térbe. Amikor ez az energia egy másik tárgyhoz vagy anyaghoz ér, egy része elnyelődik, a második része áthalad, a harmadik része pedig visszaverődik a környezetbe. Bármely tárgy képes hőt sugározni és elnyelni, míg a sötét anyagok több hőt képesek elnyelni, mint a világosak.

Kombinált hőátadó mechanizmusok

A természetben a hőátadási folyamatok típusai ritkán találhatók külön-külön. Sokkal gyakrabban lehet őket együtt látni. A termodinamikában ezeknek a kombinációknak még neveik is vannak, például a hővezetés + konvekció konvektív hőátadás, a hővezetés + hősugárzás pedig sugárzó-vezető hőátadás. Ezenkívül léteznek olyan kombinált hőátadási típusok, mint:

• Hőelvezetés -a hőenergia mozgása gáz vagy folyadék és szilárd anyag között.
• A hőátadás a t egyik anyagból a másikba történő átvitele mechanikai akadályon keresztül.
• Konvektív-sugárzó hőátadás a konvekció és a hősugárzás kombinálásával jön létre.

A hőátadás típusai a természetben (példák)

A természetben a hőátadás óriási szerepet játszik, és nem korlátozódik a földgömb napsugarak általi felmelegedésére. A kiterjedt konvekciós áramok, például a légtömegek mozgása nagymértékben meghatározzák az időjárást bolygónkon.

A Föld magjának hővezető képessége gejzírek megjelenéséhez és vulkáni kőzetek kitöréséhez vezet. Ez csak néhány példa a hőátadásra globális szinten. Együtt alkotják a konvektív hőátadás és a sugárzó-vezető hőátadás típusait, amelyek szükségesek az élet fenntartásához bolygónkon.

A hőátadás használata antropológiai tevékenységekben

A hő szinte minden gyártási folyamat fontos összetevője. Nehéz megmondani, hogy az ember melyik hőcserét használja leginkább a nemzetgazdaságban. Valószínűleg mindhárom egyszerre. A fémek olvasztására hőátadási eljárásokat alkalmaznak, amelyek a mindennapi cikkektől az űrhajókig terjedő áruk széles skáláját állítják elő.

A civilizáció számára rendkívül fontosak azok a hőegységek, amelyek képesek a hőenergiát hasznos energiává alakítani. Közöttnevezhetjük benzines, dízel, kompresszoros, turbinás egységeknek. Munkájukhoz különböző típusú hőátadást alkalmaznak.