Провеждане, конвекция и излъчване: 3 вида топлообмен

Провеждането, конвекцията и излъчването са трите форми на пренос на топлина. Топлината е енергията, която преминава от едно тяло или система в друго.

Топлопредаването се случва само когато има разлика в температурата между две неща.

При проводимост преносът на топлина се получава, когато едно тяло или предмет са в контакт с друго.

Конвекцията, от друга страна, се получава от движението на газове или течности при различни температури.

От своя страна радиацията е пренос на топлина, без телата да са в контакт. Следователно това се случва чрез излъчването на енергия чрез електромагнитни вълни.

Пример, който илюстрира това, би бил тенджера с вряща вода: огънят загрява тенджерата (радиация), металът на саксията загрява водата (проводимостта) и горещата вода се издига в резултат на топлината (конвекция).

Шофиране	Конвекция	Радиация
Определение	Форма на топлопредаване чрез контакт.	Форма на топлопредаване чрез движение на материята.	Форма на топлопредаване от електромагнитни вълни.
Посока на трансфера	От висока до ниска температура
Механизъм	Движение на атомите в тялото	Движение на газове и течности чрез температурна разлика	Разпространение на електромагнитни вълни в космоса
Примери	Дръжката на алуминиев съд на горяща горелка	Битови отоплителни системи	Слънчевата топлина

Какво представлява топлопроводимостта?

Проводимостта е форма на пренос на топлина, която възниква, когато две тела са в контакт или когато топлината преминава от едната страна на едно и също тяло към другата. Например, ако загреем единия край на железен прът, другият край ще се нагрее след известно време, въпреки че не е в пряк контакт с източника на топлина.

Механизмът на топлопредаване чрез проводимост се основава на движението на атомите. С повишаването на температурата атомите се движат по-бързо и също изтласкват съседните атоми, прехвърляйки топлина към тях.

Способността на материалите да провеждат топлина е известна като топлопроводимост. Например въздухът има ниска проводимост точно като дървото.

От друга страна, металите като алуминий и желязо имат висока топлопроводимост. Тези материали са много ефективни за провеждане на топлина, тъй като те имат свободни електрони, които пренасят енергията по-бързо от горещите зони към студените части на тялото.

Примери за топлопроводимост

• Чугунен тиган на горяща горелка: Топлината от горелката загрява тигана, който отвежда топлината към останалата част от тигана и съдържанието в него.
• Разтопен лед в ръка: ако поставим лед в ръката, той се топи поради проводимостта на телесната топлина.
• Горещи крака в пясъка: в горещ ден на плажа, ако преминем през горещия пясък с боси крака, след известно време ще почувстваме, че сме изгорени от проводимостта на топлината на пясъка в краката си.
• Чашата горещо кафе: чрез наливане на горещо кафе (или друга гореща напитка) в чаша, с течение на времето ще усетим топлината в ръцете си. Ето защо чашите имат дръжка, за да можем да я грабнем, без да се изгаряме.
• Гладене на дрехи: Ютията, използвана за премахване на бръчките от дрехите, се загрява и провежда топлина при контакт с дрехите.
• Термометърът: Този инструмент се използва за измерване на температурата, тъй като получава или предава топлина чрез проводимост от обекта или веществото, с които е в контакт.
• Метална лъжица срещу дървена лъжица: дървена лъжица топло проводи топло, докато металната лъжица се загрява бързо. Ето защо можем да смесваме храната с дървената лъжица, но когато ядем супата, използваме метална лъжица.

Какво е конвекция на топлината?

Конвекцията е формата на пренос на топлина, която се получава от движението на течности и газове от горещи зони към студени зони. Когато течността се нагрее, тя става по-малко плътна, което я кара да се издига.

Благодарение на процеса на конвекция се образуват облаци: водни пари и горещ въздух на повърхността на Земята се издигат и след това се кондензират като облаци във височините. Този тип конвекция е естествена или безплатна, без намесата на външни сили.

От друга страна, принудителна конвекция възниква, когато се прилага сила за придвижване на течността. Това се случва, когато използваме вентилатори за придвижване на горещ въздух в една стая или когато преместваме съдържанието на тенджера над горелката.

Примери за конвекция на топлина

• Битови отоплителни системи: въздухът в контакт с отоплителна система се загрява, след това се издига и измества студения въздух, причинявайки течение.
• Вътрешната топлина на Земята: Сърцевината на Земята е гореща и течна, така че се получават конвекционни течения, които причиняват земетресения и вулканични изригвания.
• Течността в резервоарите за съхранение- В тръбите на соларен нагревател течността се загрява и става по-малко плътна, премествайки топлината към по-хладните течности.
• Конвенкционална фурна: горещият въздух във фурната циркулира благодарение на вентилатор, който прави храната да се пече по-равномерно.
• Вряща вода в саксия: Когато слагаме вода в тенджера върху горяща печка, горещата вода отдолу се издига нагоре, принуждавайки движението на студената вода от повърхността.
• Сешоар: студен въздух влиза в сушилнята, нагрява се чрез преминаване през съпротивление и издухва горещ въздух през дюзата.
• Океански течения: водите на океаните се поддържат в постоянно движение чрез конвекция, топлата вода на тропиците се движи към полюсите.
• Балони с горещ въздух или балони с горещ въздух: чрез нагряване на въздуха той става по-малко плътен, задържа се вътре в тъканта на балона, което го кара да плава. Поради тази причина, за да слезете надолу, се отваря прозорец, който позволява на горещия въздух да излезе.

Какво е топлинна радиация?

Радиацията е пренос на топлина без контакт между предмети. Това се случва чрез електромагнитни вълни, като видима светлина, ултравиолетови и инфрачервени лъчи, които пътуват през космоса. За да се получи топлинна радиация, не се изисква наличието на материал.

Телата излъчват топлина чрез радиация, но те също така поглъщат топлина, в зависимост от разликата в температурата. Всъщност телата, които поглъщат най-доброто, също са добри излъчватели. Например, черна повърхност поглъща по-добре радиацията, но също така излъчва повече от бяла повърхност.

По този начин излъчването зависи от температурата на тялото, колкото по-висока е температурата, толкова по-голямо е излъчването на топлина.

Работата на термос се основава на концентриране на топлинното излъчване вътре. Изграден е термос с двойна стъклена стена без въздух между тях, за да се избегнат топлинни загуби от проводимост или конвекция. Сребърната вътрешна стена отразява радиацията, без да я абсорбира, така че напитката остава гореща по-дълго.

Примери за топлинно излъчване

• Слънчевата топлина: Земята получава топлина от Слънцето чрез радиация.
• Горещ пясък на плажа: през летен ден слънчевата радиация загрява пясъка.
• Жарава на огън: Когато се приближим до огън или камина, горящите въглища отделят радиационна топлина.
• Слънчева пещ: слънчевите лъчи удрят повърхност, загряваща въздуха.
• Инфрачервен термометър: измерва излъчването на тяло в инфрачервения диапазон и го представя като температура.
• Термокамери: термовизионните камери регистрират топлината на телата, излъчвани от радиацията.
• Солариуми: солариумите се основават на излъчването на ултравиолетови лъчи, които насърчават почерняването на кожата. Използването му е ограничено от предразположението към увреждане на кожата.

Може също да ви е интересно да знаете:

• Разлика между топлина и температура.
• Видове енергия