Przewodnictwo, konwekcja i promieniowanie

Przewodnictwo, konwekcja i promieniowanie to trzy formy wymiany ciepła. Ciepło to energia, która przechodzi z jednego ciała lub systemu do drugiego.

Przenikanie ciepła występuje tylko wtedy, gdy istnieje różnica temperatur między dwiema rzeczami.

W przewodzeniu przenoszenie ciepła występuje, gdy jedno ciało lub przedmiot stykają się z innym.

Z drugiej strony konwekcja jest wytwarzana przez ruch gazów lub cieczy o różnych temperaturach.

Ze swojej strony promieniowanie jest przenoszeniem ciepła bez kontaktu ciał. Dlatego dzieje się to poprzez emanację energii przez fale elektromagnetyczne.

Przykładem, który to ilustruje, mógłby być garnek z wrzącą wodą: ogień ogrzewa garnek (promieniowanie), metal w garnku podgrzewa wodę (przewodzenie), a gorąca woda podnosi się pod wpływem ciepła (konwekcja).

	Napędowy	Konwekcja	Promieniowanie
Definicja	Skontaktuj się z formularzem wymiany ciepła.	Forma przekazywania ciepła przez ruch materii.	Forma przekazywania ciepła przez fale elektromagnetyczne.
Kierunek transferu	Od najwyższej do najniższej temperatury
Mechanizm	Ruch atomów w ciele	Ruch gazów i cieczy pod wpływem różnicy temperatur	Rozprzestrzenianie się fal elektromagnetycznych w przestrzeni
Przykłady	Rączka garnka aluminiowego na palniku	Domowe systemy grzewcze	Ciepło słońca

Co to jest przewodzenie ciepła?

Przewodnictwo jest formą wymiany ciepła, która występuje, gdy dwa ciała stykają się lub gdy ciepło przechodzi z jednej strony tego samego ciała na drugą. Na przykład, jeśli podgrzejemy jeden koniec żelaznego pręta, drugi koniec nagrzeje się po chwili, mimo że nie będzie w bezpośrednim kontakcie ze źródłem ciepła..

Mechanizm przewodzenia ciepła opiera się na ruchu atomów. Wraz ze wzrostem temperatury atomy poruszają się szybciej, a także wypychają sąsiednie atomy, przekazując im ciepło..

Zdolność materiałów do przewodzenia ciepła nazywana jest przewodnością cieplną. Na przykład powietrze ma niską przewodność, podobnie jak drewno.

Z drugiej strony metale, takie jak aluminium i żelazo, mają wysoką przewodność cieplną. Materiały te są bardzo skuteczne w przewodzeniu ciepła, ponieważ mają wolne elektrony, które szybciej przenoszą energię z gorących obszarów do zimnych obszarów ciała..

Przykłady przewodzenia ciepła

• Żeliwna patelnia na płonącym palniku: ciepło z palnika ogrzewa patelnię, która przewodzi ciepło pozostałej części naczynia i zawartej w nim zawartości.
• Roztopiony lód w dłoni: jeśli włożymy lód do dłoni, topi się w wyniku przewodzenia ciepła ciała.
• Gorące stopy na piasku: w upalny dzień na plaży, jeśli chodzimy bosymi stopami po gorącym piasku, to po chwili poczujemy, że parzy nas przewodzenie ciepła z piasku u naszych stóp.
• Kubek gorącej kawy: wlewając do filiżanki gorącą kawę (lub inny gorący napój), z czasem poczujemy ciepło w dłoniach. Dlatego miseczki posiadają rączkę, abyśmy mogli ją chwycić bez poparzenia..
• Prasowanie odzieży: żelazko używane do usuwania zmarszczek z odzieży nagrzewa się i przewodzi ciepło w kontakcie z ubraniem.
• Termometr: Przyrząd ten służy do pomiaru temperatury, ponieważ odbiera lub przenosi ciepło poprzez przewodzenie obiektu lub substancji, z którą się styka.
• Metalowa łyżka na drewnianej łyżce: drewniana łyżka słabo przewodzi ciepło, podczas gdy metalowa łyżka szybko się nagrzewa. Dlatego możemy mieszać jedzenie drewnianą łyżką, a do zupy używamy metalowej łyżki.

Co to jest konwekcja ciepła?

Konwekcja to forma wymiany ciepła, która jest wytwarzana przez ruch cieczy i gazów z obszarów gorących do zimnych. Gdy płyn jest podgrzewany, staje się mniej gęsty, powodując jego wzrost.

To dzięki procesowi konwekcji powstają chmury: para wodna i gorące powietrze na powierzchni Ziemi unoszą się, a następnie kondensują w postaci chmur na wysokościach. Ten rodzaj konwekcji jest naturalny lub swobodny, bez udziału sił zewnętrznych.

Z drugiej strony konwekcja wymuszona występuje, gdy przyłożona jest siła w celu poruszenia płynu. Tak się dzieje, gdy używamy wentylatorów do poruszania gorącego powietrza w pomieszczeniu lub gdy przesuwamy zawartość garnka nad palnikiem.

Przykłady konwekcji ciepła

• Domowe systemy grzewcze: powietrze w kontakcie z systemem grzewczym nagrzewa się, następnie unosi się i wypiera zimne powietrze, powodując przeciągi.
• Wewnętrzne ciepło Ziemi: jądro Ziemi jest gorące i płynne, dlatego wytwarzane są prądy konwekcyjne, które powodują trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów.
• Płyn w zbiornikach magazynowych- W rurach podgrzewacza słonecznego płyn nagrzewa się i staje się mniej gęsty, przenosząc ciepło do chłodniejszego płynu.
• Piec konwekcyjny: gorące powietrze wewnątrz piekarnika krąży dzięki wentylatorowi, który zapewnia równomierne pieczenie potraw.
• Wrząca woda w garnku: kiedy wlewamy wodę do garnka na płonącym piecu, gorąca woda z dna unosi się, wymuszając ruch zimnej wody z powierzchni.
• Suszarka do włosów: zimne powietrze dostaje się do suszarki, jest ogrzewane przechodząc przez opornik i wydmuchuje gorące powietrze przez dyszę.
• prądy oceaniczne: wody oceanów są utrzymywane w ciągłym ruchu przez konwekcję, ciepła woda tropików przemieszcza się w kierunku biegunów.
• Balony na gorące powietrze lub balonów na ogrzane powietrze: po podgrzaniu powietrza staje się mniej gęsty, zostaje uwięziony w tkaninie balonu, powodując jego unoszenie się. Dlatego, aby zejść na dół, otwiera się okno, które pozwala na ucieczkę gorącego powietrza.

Co to jest promieniowanie cieplne?

Promieniowanie to przekazywanie ciepła bez kontaktu między przedmiotami. Dzieje się to za pośrednictwem fal elektromagnetycznych, takich jak światło widzialne, ultrafiolet i podczerwień, które przemieszczają się w przestrzeni. Aby wystąpiło promieniowanie cieplne, obecność materiału nie jest wymagana.

Ciała emitują ciepło poprzez promieniowanie, ale także pochłaniają ciepło, w zależności od różnicy temperatur. W rzeczywistości ciała, które pochłaniają najlepiej, są również dobrymi emiterami. Na przykład czarna powierzchnia lepiej absorbuje promieniowanie, ale emituje też więcej niż biała powierzchnia.

Zatem emisja zależy od temperatury ciała, im wyższa temperatura, tym większa emisja ciepła..

Działanie termosu polega na skoncentrowaniu promieniowania cieplnego wewnątrz. Termos jest zbudowany z podwójnej szklanej ściany bez powietrza między nimi, aby uniknąć strat ciepła przez przewodzenie lub konwekcję. Srebrna ścianka wewnętrzna odbija promieniowanie, nie pochłaniając go, dzięki czemu napój dłużej pozostaje gorący.

Przykłady promieniowania cieplnego

• Ciepło słońca: Ziemia otrzymuje ciepło od Słońca poprzez promieniowanie.
• Gorący piasek na plaży: w letni dzień promieniowanie słoneczne podgrzewa piasek.
• Żar ogniska: kiedy zbliżamy się do ogniska lub kominka, płonące węgle wydzielają ciepło promieniowania.
• Piec słoneczny: promienie słoneczne uderzają w powierzchnię ogrzewając powietrze.
• Termometr na podczerwień: mierzy promieniowanie ciała w zakresie podczerwieni i przedstawia je jako temperaturę.
• Kamery termowizyjne: kamery termowizyjne rejestrują ciepło ciał emitowanych przez promieniowanie.
• Łóżka opalające: łóżka opalające są oparte na emisji promieni ultrafioletowych, które sprzyjają opalaniu się skóry. Jego stosowanie jest ograniczone predyspozycją do uszkodzenia skóry.

Możesz być także zainteresowany:

• Różnica między ciepłem a temperaturą.
• Rodzaje energii