Parlons de ce qu'est le transfert de chaleur. Ce terme fait référence au processus de transfert d'énergie dans la matière. Elle est caractérisée par un mécanisme complexe, décrit par l'équation de la chaleur.
Variétés de transfert de chaleur
Comment le transfert de chaleur est-il classé ? La conduction thermique, la convection et le rayonnement sont les trois modes de transfert d'énergie qui existent dans la nature.
Chacun d'entre eux a ses propres caractéristiques, caractéristiques et applications technologiques.
Conduction thermique
La quantité de chaleur est comprise comme la somme de l'énergie cinétique des molécules. Lorsqu'ils entrent en collision, ils sont capables de transférer une partie de leur chaleur à des particules froides. La conductivité thermique se manifeste au maximum dans les solides, moins typique pour les liquides, absolument pas typique pour les substances gazeuses.
A titre d'exemple qui confirme la capacité des solides à transférer la chaleur d'une zone à une autre, considérons l'expérience suivante.
Si vous fixez des boutons métalliques sur un fil d'acier, puis amenez l'extrémité du fil à une lampe à alcool brûlante, progressivement les boutons commenceront à en tomber. Lorsqu'elles sont chauffées, les molécules commencent à se déplacer à une vitesse plus rapide, plus souvententrer en collision les uns avec les autres. Ce sont ces particules qui transmettent leur énergie et leur chaleur aux régions plus froides. Si les liquides et les gaz ne fournissent pas une sortie de chaleur suffisamment rapide, cela entraîne une forte augmentation du gradient de température dans la région chaude.
Radiation thermique
En répondant à la question de savoir quel type de transfert de chaleur s'accompagne d'un transfert d'énergie, il est nécessaire de noter cette méthode particulière. Le transfert radiant implique le transfert d'énergie par rayonnement électromagnétique. Cette variante est observée à une température de 4000 K et est décrite par l'équation de conduction thermique. Le coefficient d'absorption dépend de la composition chimique, de la température et de la densité d'un certain gaz.
Le transfert de chaleur de l'air a une certaine limite, avec une augmentation du flux d'énergie, le gradient de température augmente, le coefficient d'absorption augmente. Une fois que la valeur du gradient de température dépasse le gradient adiabatique, la convection se produit.
Qu'est-ce que le transfert de chaleur ? C'est le processus physique de transfert d'énergie d'un objet chaud à un objet froid par contact direct ou à travers une cloison qui sépare les matériaux.
Si les corps d'un même système ont des températures différentes, alors le processus de transfert d'énergie se produit jusqu'à ce qu'un équilibre thermodynamique soit établi entre eux.
Fonctions de transfert de chaleur
Qu'est-ce que le transfert de chaleur ? Quelles sont les caractéristiques de ce phénomène ? Vous ne pouvez pas l'arrêter complètement, vous ne pouvez queréduire sa vitesse ? Le transfert de chaleur est-il utilisé dans la nature et la technologie ? C'est le transfert de chaleur qui accompagne et caractérise de nombreux phénomènes naturels: l'évolution des planètes et des étoiles, les processus météorologiques à la surface de notre planète. Par exemple, avec l'échange de masse, le processus de transfert de chaleur vous permet d'analyser le refroidissement par évaporation, le séchage, la diffusion. Elle s'effectue entre deux vecteurs d'énergie thermique à travers une paroi solide, qui sert d'interface entre les corps.
Le transfert de chaleur dans la nature et la technologie est un moyen de caractériser l'état d'un corps individuel, en analysant les propriétés d'un système thermodynamique.
Loi de Fourier
C'est ce qu'on appelle la loi de conduction thermique, car elle relie la puissance totale de perte de chaleur, la différence de température avec la section transversale du parallélépipède, sa longueur, ainsi qu'avec le coefficient de conductivité thermique. Par exemple, pour un vide, cet indicateur est presque nul. La raison de ce phénomène est la concentration minimale de particules de matériau dans un vide pouvant transporter de la chaleur. Malgré cette caractéristique, il existe dans le vide une variante de transfert d'énergie par rayonnement. Envisagez l'utilisation du transfert de chaleur sur la base d'un thermos. Ses parois sont doublées afin d'augmenter le processus de réflexion. L'air est pompé entre eux, tout en réduisant les pertes de chaleur.
Convection
Pour répondre à la question de savoir ce qu'est le transfert de chaleur, considérons le processus de transfert de chaleur dans les liquidesou dans les gaz par mélange spontané ou forcé. Dans le cas de la convection forcée, le mouvement de matière est provoqué par l'action de forces extérieures: pales de ventilateur, pompe. Une option similaire est utilisée dans les situations où la convection naturelle n'est pas efficace.
Un processus naturel est observé dans les cas où, avec un chauffage inégal, les couches inférieures de la substance sont chauffées. Leur densité diminue, elles remontent. Les couches supérieures, au contraire, se refroidissent, s'alourdissent et s'affaissent. De plus, le processus est répété plusieurs fois, et pendant le mélange, une auto-organisation dans la structure des tourbillons est observée, un réseau régulier est formé à partir des cellules de convection.
En raison de la convection naturelle, des nuages se forment, les précipitations tombent et les plaques tectoniques se déplacent. C'est par convection que des granules se forment sur le Soleil.
L'utilisation appropriée du transfert de chaleur garantit une perte de chaleur minimale, une consommation maximale.
L'essence de la convection
Pour expliquer la convection, vous pouvez utiliser la loi d'Archimède, ainsi que la dilatation thermique des solides et des liquides. Lorsque la température augmente, le volume du liquide augmente et la densité diminue. Sous l'influence de la force d'Archimède, un liquide plus léger (chauffé) tend vers le haut et des couches froides (denses) tombent, se réchauffant progressivement.
Lorsque le liquide est chauffé par le haut, le liquide chaud reste dans sa position d'origine, donc aucune convection n'est observée. Voici comment fonctionne le cyclefluide, qui s'accompagne du transfert d'énergie des zones chaudes vers les zones froides. Dans les gaz, la convection se produit selon un mécanisme similaire.
D'un point de vue thermodynamique, la convection est considérée comme une variante du transfert de chaleur, dans laquelle le transfert d'énergie interne se produit par des flux séparés de substances chauffées de manière inégale. Un phénomène similaire se produit dans la nature et dans la vie quotidienne. Par exemple, les radiateurs de chauffage sont installés à une hauteur minimale du sol, près du rebord de la fenêtre.
L'air froid est réchauffé par la batterie, puis monte progressivement, où il se mélange aux masses d'air froid descendant de la fenêtre. La convection conduit à l'établissement d'une température uniforme dans la pièce.
Parmi les exemples courants de convection atmosphérique, on trouve les vents: les moussons, les brises. L'air qui se réchauffe sur certains fragments de la Terre se refroidit sur d'autres, à la suite de quoi il circule, de l'humidité et de l'énergie sont transférées.
Caractéristiques de la convection naturelle
Il est influencé par plusieurs facteurs à la fois. Par exemple, le taux de convection naturelle est affecté par le mouvement quotidien de la Terre, les courants marins et la topographie de surface. C'est la convection qui est à la base de la sortie des cratères volcaniques et des conduits de fumée, de la formation des montagnes, de l'envol de divers oiseaux.
En conclusion
Le rayonnement thermique est un processus électromagnétique à spectre continu, qui est émis par la matière, se produit en raison de l'énergie interne. Pour effectuer des calculs de rayonnement thermique, enLa physique utilise le modèle du corps noir. Décrire le rayonnement thermique à l'aide de la loi de Stefan-Boltzmann. La puissance de rayonnement d'un tel corps est directement proportionnelle à la surface et à la température du corps, prises à la puissance quatre.
La conductivité thermique est possible dans tous les corps qui ont une distribution de température non uniforme. L'essence du phénomène est le changement de l'énergie cinétique des molécules et des atomes, qui détermine la température du corps. Dans certains cas, la conductivité thermique est considérée comme la capacité quantitative d'une certaine substance à conduire la chaleur.
Les processus d'échange d'énergie thermique à grande échelle ne se limitent pas au réchauffement de la surface de la Terre par le rayonnement solaire.
Les courants de convection intenses dans l'atmosphère terrestre sont caractérisés par des changements dans les conditions météorologiques sur l'ensemble de la planète. Avec les différences de température dans l'atmosphère entre les régions polaires et équatoriales, des flux de convection apparaissent: courants-jets, alizés, fronts froids et chauds.
Le transfert de chaleur du noyau terrestre vers la surface provoque des éruptions volcaniques, l'apparition de geysers. Dans de nombreuses régions, l'énergie géothermique est utilisée pour produire de l'électricité, chauffer des locaux résidentiels et industriels.
C'est la chaleur qui devient un participant obligatoire dans de nombreuses technologies de production. Par exemple, le traitement et la fusion des métaux, la fabrication d'aliments, le raffinage du pétrole, le fonctionnement des moteurs - tout cela n'est effectué qu'en présence d'énergie thermique.
