Hablemos de lo que es la transferencia de calor. Este término se refiere al proceso de transferencia de energía en la materia. Se caracteriza por un mecanismo complejo, descrito por la ecuación del calor.
Variedades de transferencia de calor
¿Cómo se clasifica la transferencia de calor? La conducción de calor, la convección y la radiación son los tres modos de transferencia de energía que existen en la naturaleza.
Cada uno de ellos tiene sus propias características distintivas, características, aplicaciones en tecnología.
Conductividad térmica
La cantidad de calor se entiende como la suma de la energía cinética de las moléculas. Cuando chocan, son capaces de transferir parte de su calor a partículas frías. La conductividad térmica se manifiesta al máximo en sólidos, menos típica en líquidos, absolutamente no típica en sustancias gaseosas.
Como ejemplo que confirma la capacidad de los sólidos para transferir calor de un área a otra, considere el siguiente experimento.
Si colocas botones de metal en un alambre de acero, llevas el extremo del alambre a una lámpara de alcohol ardiendo y los botones comenzarán a desprenderse gradualmente. Cuando se calientan, las moléculas comienzan a moverse a mayor velocidad, con mayor frecuencia.chocan entre sí. Son estas partículas las que dan su energía y calor a las regiones más frías. Si los líquidos y los gases no proporcionan una salida de calor lo suficientemente rápida, se produce un fuerte aumento del gradiente de temperatura en la región caliente.
Radiación de calor
Respondiendo a la pregunta de qué tipo de transferencia de calor va acompañada de transferencia de energía, es necesario tener en cuenta este método en particular. La transferencia radiante implica la transferencia de energía por radiación electromagnética. Esta variante se observa a una temperatura de 4000 K y se describe mediante la ecuación de conducción de calor. El coeficiente de absorción depende de la composición química, la temperatura y la densidad de un determinado gas.
La transferencia de calor del aire tiene un cierto límite, con un aumento en el flujo de energía, aumenta el gradiente de temperatura, aumenta el coeficiente de absorción. Después de que el valor del gradiente de temperatura exceda el gradiente adiabático, se producirá la convección.
¿Qué es la transferencia de calor? Este es el proceso físico de transferir energía de un objeto caliente a uno frío por contacto directo o a través de una partición que separa los materiales.
Si los cuerpos de un mismo sistema tienen diferentes temperaturas, entonces ocurre el proceso de transferencia de energía hasta que se establece el equilibrio termodinámico entre ellos.
Funciones de transferencia de calor
¿Qué es la transferencia de calor? ¿Cuáles son las características de este fenómeno? No puedes detenerlo por completo, solo puedesreducir su velocidad? ¿Se utiliza la transferencia de calor en la naturaleza y la tecnología? Es la transferencia de calor que acompaña y caracteriza muchos fenómenos naturales: la evolución de los planetas y las estrellas, los procesos meteorológicos en la superficie de nuestro planeta. Por ejemplo, junto con el intercambio de masa, el proceso de transferencia de calor le permite analizar el enfriamiento por evaporación, el secado y la difusión. Se lleva a cabo entre dos portadores de energía térmica a través de una pared sólida, que actúa como interfaz entre los cuerpos.
La transferencia de calor en la naturaleza y la tecnología es una forma de caracterizar el estado de un cuerpo individual, analizando las propiedades de un sistema termodinámico.
Ley de Fourier
Se llama ley de conducción del calor, porque relaciona la potencia total de pérdida de calor, la diferencia de temperatura con el área de la sección transversal del paralelepípedo, su longitud y también con el coeficiente de conductividad térmica. Por ejemplo, para un vacío, este indicador es casi cero. La razón de este fenómeno es la mínima concentración de partículas materiales en el vacío que pueden transportar calor. A pesar de esta característica, en el vacío existe una variante de transferencia de energía por radiación. Considere el uso de la transferencia de calor sobre la base de un termo. Sus paredes se duplican para aumentar el proceso de reflexión. Se bombea aire entre ellos, mientras se reduce la pérdida de calor.
Convección
Respondiendo a la pregunta de qué es la transferencia de calor, considere el proceso de transferencia de calor en líquidoso en gases por mezcla espontánea o forzada. En el caso de convección forzada, el movimiento de la materia se produce por la acción de fuerzas externas: aspas del ventilador, bomba. Se utiliza una opción similar en situaciones en las que la convección natural no es eficaz.
Se observa un proceso natural en aquellos casos en que, con un calentamiento desigual, se calientan las capas inferiores de la sustancia. Su densidad disminuye, se elevan. Las capas superiores, por el contrario, se enfrían, se vuelven más pesadas y se hunden. Además, el proceso se repite varias veces y, durante la mezcla, se observa la autoorganización en la estructura de los vórtices, se forma una red regular a partir de las celdas de convección.
Debido a la convección natural, se forman nubes, caen precipitaciones y se mueven las placas tectónicas. Es por convección que se forman los gránulos en el Sol.
El uso adecuado de la transferencia de calor garantiza una pérdida de calor mínima y un consumo máximo.
La esencia de la convección
Para explicar la convección, puedes usar la ley de Arquímedes, así como la expansión térmica de sólidos y líquidos. A medida que aumenta la temperatura, aumenta el volumen del líquido y disminuye la densidad. Bajo la influencia de la fuerza de Arquímedes, un líquido más ligero (calentado) tiende hacia arriba y las capas frías (densas) caen, calentándose gradualmente.
Cuando el líquido se calienta desde arriba, el líquido tibio permanece en su posición original, por lo que no se observa convección. Así funciona el ciclofluido, que va acompañado de la transferencia de energía de las zonas cálidas a las frías. En los gases, la convección ocurre según un mecanismo similar.
Desde un punto de vista termodinámico, la convección se considera una variante de la transferencia de calor, en la que la transferencia de energía interna se produce mediante flujos separados de sustancias calentadas de manera desigual. Un fenómeno similar ocurre en la naturaleza y en la vida cotidiana. Por ejemplo, los radiadores de calefacción se instalan a una altura mínima del suelo, cerca del alféizar de la ventana.
La batería calienta el aire frío, luego asciende gradualmente, donde se mezcla con las masas de aire frío que descienden de la ventana. La convección conduce al establecimiento de una temperatura uniforme en la habitación.
Entre los ejemplos comunes de convección atmosférica están los vientos: monzones, brisas. El aire que se calienta sobre unos fragmentos de la Tierra se enfría sobre otros, por lo que circula, se transfiere humedad y energía.
Características de la convección natural
Está influenciado por varios factores a la vez. Por ejemplo, la tasa de convección natural se ve afectada por el movimiento diario de la Tierra, las corrientes marinas y la topografía de la superficie. La convección es la base para la salida de los cráteres de los volcanes y los tubos de humo, la formación de montañas, el vuelo de varios pájaros.
En conclusión
La radiación térmica es un proceso electromagnético con un espectro continuo, que es emitido por la materia, se produce debido a la energía interna. Para realizar cálculos de radiación térmica, enLa física utiliza el modelo de cuerpo negro. Describa la radiación térmica utilizando la ley de Stefan-Boltzmann. El poder de radiación de tal cuerpo es directamente proporcional al área de la superficie y la temperatura del cuerpo, elevado a la cuarta potencia.
La conductividad térmica es posible en cualquier cuerpo que tenga una distribución de temperatura no uniforme. La esencia del fenómeno es el cambio en la energía cinética de las moléculas y los átomos, que determina la temperatura del cuerpo. En algunos casos, la conductividad térmica se considera la capacidad cuantitativa de una determinada sustancia para conducir el calor.
Los procesos a gran escala de intercambio de energía térmica no se limitan al calentamiento de la superficie terrestre por la radiación solar.
Las corrientes de convección severas en la atmósfera terrestre se caracterizan por cambios en las condiciones climáticas en todo el planeta. Con las diferencias de temperatura en la atmósfera entre las regiones polares y ecuatoriales, surgen flujos de convección: corrientes en chorro, vientos alisios, frentes fríos y cálidos.
La transferencia de calor desde el núcleo de la tierra a la superficie provoca erupciones volcánicas, la aparición de géiseres. En muchas regiones, la energía geotérmica se utiliza para generar electricidad, calentar locales residenciales e industriales.
Es el calor el que se convierte en un participante obligatorio en muchas tecnologías de producción. Por ejemplo, el procesamiento y la fundición de metales, la fabricación de alimentos, la refinación de petróleo, la operación de motores, todo esto se lleva a cabo solo en presencia de energía térmica.
