Як передається тепло

Чи знали ви, що конфорка випромінює електромагнітне випромінювання? Але що ваше власне тіло - це ще й випромінювач хвиль з інфрачервоного діапазону? Як це, є пристрої, які вдається бачити вночі, навіть в умовах повної нестачі світла?

Спрощуючи речі, пояснюючи теплопередачу, ми будемо використовувати деякі поняття: температура, рух тепла, теплова енергія (тепло) та інфрачервоне випромінювання. Температура - це кількість теплової енергії матеріалу, міра його середньої кінетичної енергії, що виникає внаслідок руху атомів та складових молекул. Інфрачервоне випромінювання являє собою область електромагнітного спектра з довжинами хвиль від 0,7 до 300 мкм. Рух тепла - це переміщення теплової енергії з одного місця в інше або, більш технічно, обмін внутрішньою енергією (енергією, пов’язаною з рухом частинок) між системами, що беруть участь в теплообміні. Спека, як правило, переміщується з теплого місця в більш холодне. Так, наприклад, повітряні маси переміщуються з однієї області в іншу, іноді утворюючи сильний вітер, коли різниця температур велика. Теплообмін здійснюється трьома способами: випромінюванням, конвекцією та провідністю. На мікроскопічному рівні теплова енергія (тепло) означає кінетичну енергію частинок матеріалу. Чим вище термічне збудження (вібрація та лінійний рух частинок), тим вище температура.

Оскільки тепло є формою енергії, воно вимірюється в Джоулях.

1 Джоуль = 1 Н * м = 1 кг м/с2 * м
1 калорія - це еквівалент енергії, необхідної для підвищення температури одного грама дистильованої води з 19,5 до 20,5 ° C.
1 калорія = 4186 Джоулів
1 Висока калорія = 1000 калорій

Атоми і молекули перебувають у постійному русі. У рідинах і газах атоми рухаються дуже швидко, вражаючи один одного і краї ємності, в якій вони знаходяться; крім того, вони вібрують. У твердих тілах атоми не можуть сильно рухатися, потрапляючи в матричну структуру, характерну для кожного типу твердого тіла, але натомість вони вібрують.

Об'єкти випромінюють випромінювання, коли електрони вищої енергії з вищого атомного рівня падають на нижчий рівень енергії. Втрати енергії спричинені випромінюванням фотонів, транспортних засобів електромагнітного випромінювання. Атоми також поглинають енергію, електрони починають рухатися швидше, а іноді піднімаються на вищі рівні. Всі об'єкти випромінюють або поглинають випромінювання. Якщо викид енергії вищий за поглинання енергії, температура об'єкта зменшується, а якщо випромінювання нижче за поглинання, температура об'єкта зростає.

Передача за допомогою електромагнітного випромінювання відбувається, коли тепло передається від одного тіла до іншого без дотику двох тіл. Нагрівальна плита або вогонь зігрівають вашу руку, не торкаючись та не ставлячи її на вогонь. Небачені електромагнітні хвилі, більша частина діапазону інфрачервоних хвиль, несуть тепло від плити до вас. Ваша рука поглинає випромінювання і, як результат, нагрівається.

Всі матеріали випромінюють теплову енергію в кількостях, що визначаються їх теплом (прилади нічного бачення, засновані на виявленні тепла, що випромінює тіло людини, не випромінюють, а лише отримують інфрачервоне випромінювання і перетворюють його в випромінювання із видимого спектра). У цьому випадку теплова енергія передається фотонами, транспортними засобами електромагнітного випромінювання будь-якої частоти. Якщо температури двох тіл однакові, теплообмін більше не відбувається, встановлюючи стан теплової рівноваги.

Де ми стикаємось із цим видом теплопередачі?

Сонце прогріває Землю через сонячне випромінювання
Лампочка розжарювання випромінює тепло
Вогонь випромінює електромагнітні хвилі, через які ми нагріваємось.

Звичайно, зазначена вище класифікація теплопередачі не означає, що в природі ми знайдемо або перенос випромінювання, або провідність, або конвекцію. Як показано на фотографії нижче, ці три типи можуть цілком співіснувати.

Провідність - це передача тепла між двома матеріалами, які контактують між собою. Молекулярна кінетична енергія матеріалу (ділянки матеріалу) передається іншому матеріалу (області його) з меншою кінетичною енергією через зіткнення складових частинок. Цей метод є найважливішим видом перенесення твердих речовин. Наприклад, якщо ви наважитеся торкнутися конфорки, тепловіддача відбуватиметься дуже швидко, через велику різницю температур між варильною поверхнею та рукою, і залежно від температури варильної поверхні ви будете страждати відповідно. Таким чином ви також можете пояснити, чому ручка чайника, з яким ви готуєте ранковий чай, якщо вона не виготовлена з матеріалу з низьким індексом теплопровідності або не теплоізольована, швидко нагріється, і вам знадобиться рушник. щоб підняти чайник з плити. У цьому випадку атоми рукоятки переходять у стан вібрації, яка, зіткнувшись, швидко переходить до сусідніх атомів.

Деякі речовини є хорошими провідниками тепла, такі як: срібло, сталь, залізо, мідь, а інші - хорошими ізоляторами, такі як дерево, папір або повітря.

На фотографії нижче представлено зображення руху атомів нагрітого твердого тіла, взяте з веб-сайту pbs.org.

Конвекція тепла представляє природний рух тепла; цей тип переносу застосовується до газів або рідин. Як ви могли помітити у власному будинку, тепле, менш щільне повітря має тенденцію підніматися, а холодне - опускатися вниз. Цей принцип ілюструється, наприклад, роботою печі, де повітря нагрівається пальником, а потім піднімається до верху печі, де охолоджується, знову опускається вниз, і цикл продовжується, поки їжа не буде готова.

Конвекція - це те, що координує рух рідини в чайнику, наприклад. Коли полум’я печі діє на дно чайника, вода нагрівається, внутрішнє збудження стає помітним неозброєним оком і збільшується в об’ємі, тоді як більш холодна і щільна вода на поверхні спускається, слідуючи тому ж циклу, який я описав вище. у разі надходження повітря всередину духовки.

Де ми зустрічаємо конвекцію?

Повітряна куля працює за принципом, що гаряче повітря легше холодного
У дров'яній або вугільній печі
Повітряні потоки дотримуються принципу конвекції
Рух повітря у власному будинку
Рух води з горщика на плиті зігрівав його.

Чи можуть люди блищати в темряві?

Так, навіть за відсутності світла, якщо у вас є звичайний прилад нічного бачення, ви отримаєте задоволення бачити себе навколо, не використовуючи ліхтарик! Але будьте обережні, ви зможете побачити лише те, що виділяє тепло, тобто інфрачервоне випромінювання. Ми, люди, випромінюємо електромагнітні хвилі з довжиною хвилі близько 10 мікрометрів. На малюнку нижче ви можете побачити фотографію дитини, зроблену НАСА в інфрачервоному режимі. Звичайно, те, що ми бачимо, є результатом перетворення пристрою з інфрачервоного на світло (розуміння за допомогою світлового електромагнітного випромінювання з видимого спектру), оскільки людське око, як ви, напевно зрозуміли, захоплює лише хвилі з невеликої ділянки електромагнітного спектра.

Літній теплообмін та футболка

Чорні матеріали мають властивість поглинати інфрачервоне випромінювання набагато швидше, ніж білі. Тому, якщо ви любите чорний колір влітку, вам також повинен сподобатися спека, адже ваша сорочка буде нагріватися набагато швидше, ніж ваша колега в білому одязі. Якщо чорний - це модно, все одно не відмовляйтесь від чорного ....

Ви можете коментувати використання облікового запису на сайті, FB, Twitter або Google або як відвідувач (без реєстрації). Для відвідувачів коментарі помірні (схвалено адміністратором).