Vedení, proudění a záření: 3 typy přenosu tepla

Vedení, proudění a záření jsou tři formy přenosu tepla. Teplo je energie, která přechází z jednoho těla nebo systému do druhého.

K přenosu tepla dochází pouze v případě, že mezi dvěma věcmi existuje rozdíl v teplotě.

Při vedení dochází k přenosu tepla, když je jedno tělo nebo předmět v kontaktu s druhým.

Konvekce se naproti tomu vytváří pohybem plynů nebo kapalin při různých teplotách.

Radiace je ze své strany přenosem tepla bez kontaktu těles. K tomu tedy dochází vyzařováním energie elektromagnetickými vlnami.

Příkladem, který to ilustruje, by byl hrnec s vařící vodou: oheň ohřívá hrnec (záření), kov hrnce ohřívá vodu (vedení) a horká voda v důsledku tepla stoupá (proudění).

Řízení	Proudění	Záření
Definice	Forma přenosu tepla kontaktem.	Forma přenosu tepla pohybem hmoty.	Forma přenosu tepla elektromagnetickými vlnami.
Směr přenosu	Od nejvyšší po nejnižší teplotu
Mechanismus	Pohyb atomů v těle	Pohyb plynů a kapalin teplotním rozdílem	Šíření elektromagnetických vln ve vesmíru
Příklady	Rukojeť hliníkového hrnce na hořícím hořáku	Domácí vytápěcí systémy	Žár slunce

Co je vedení tepla?

Vedení je forma přenosu tepla, ke které dochází, když jsou dvě těla v kontaktu nebo když teplo prochází z jedné strany stejného těla na druhé. Například, když ohříváme jeden konec železné tyče, druhý konec se po chvíli zahřeje, přestože není v přímém kontaktu se zdrojem tepla.

Mechanismus přenosu tepla vedením je založen na pohybu atomů. Jak teplota stoupá, atomy se pohybují rychleji a také tlačí sousední atomy a přenášejí na ně teplo.

Schopnost materiálů vést teplo je známá jako tepelná vodivost. Například vzduch má nízkou vodivost stejně jako dřevo.

Na druhé straně mají kovy, jako je hliník a železo, vysokou tepelnou vodivost. Tyto materiály jsou velmi účinné při vedení tepla, protože mají volné elektrony, které rychleji přenášejí energii z horkých oblastí do chladných oblastí těla.

Příklady vedení tepla

• Litinová pánev na hořícím hořáku: teplo z hořáku ohřívá pánev, která vede teplo ke zbytku pánve a obsahu v ní.
• Roztavený led v ruce: pokud dáme led do ruky, roztaje se díky vedení tělesného tepla.
• Horké nohy v písku: v horkém dni na pláži, když projdeme horkým pískem bosými nohami, po chvíli pocítime, že jsme spáleni vedením tepla písku u nohou.
• Horký šálek kávy: nalitím horké kávy (nebo jiného horkého nápoje) do šálku po čase ucítíme teplo v našich rukou. Proto mají šálky rukojeť, abychom ji mohli uchopit, aniž bychom se popálili.
• Žehlení oděvů: Žehlička použitá k odstranění vrásek oděvu se při kontaktu s oděvem zahřívá a vede teplo.
• Teploměr: Tento přístroj se používá k měření teploty, protože přijímá nebo přenáší teplo vedením předmětu nebo látky, se kterou je ve styku.
• Kovová lžíce proti dřevěnou lžící: dřevěná lžíce špatně vede teplo, zatímco kovová se rychle zahřívá. Proto můžeme jídlo míchat s dřevěnou lžící, ale když jíme polévku, použijeme kovovou lžíci.

Co je konvekce tepla?

Konvekce je forma přenosu tepla, která se vytváří pohybem kapalin a plynů z horkých oblastí do chladných oblastí. Když se kapalina zahřeje, stane se méně hustá, což způsobí její vzestup.

Díky procesu konvekce vznikají mraky: vodní pára a horký vzduch na povrchu Země stoupají a poté kondenzují jako mraky ve výškách. Tento typ proudění je přirozený nebo volný, bez zásahu vnějších sil.

Na druhou stranu k nucené konvekci dochází, když je síla aplikována na pohyb tekutiny. To se stane, když pomocí ventilátorů pohybujeme horkým vzduchem v místnosti nebo když přesouváme obsah hrnce přes hořák.

Příklady konvekce tepla

• Domácí vytápěcí systémy: vzduch v kontaktu s topným systémem se ohřívá, poté stoupá a vytlačuje studený vzduch a způsobuje průvan.
• Vnitřní teplo Země: Jádro Země je horké a tekuté, proto se vytvářejí konvekční proudy, které způsobují zemětřesení a sopečné erupce.
• Kapalina v zásobnících- V potrubí solárního ohřívače se kapalina ohřívá a stává se méně hustou, čímž se teplo přenáší na chladnější kapaliny.
• Konvekční trouba: horký vzduch uvnitř trouby cirkuluje díky ventilátoru, který zajišťuje rovnoměrnější pečení jídla.
• Vroucí voda v hrnci: Když dáme vodu do hrnce na hořící kamna, horká voda dole stoupne a vynutí pohyb studené vody z povrchu.
• Fén: studený vzduch vstupuje do sušičky, ohřívá se průchodem odporu a fouká horký vzduch tryskou.
• oceánské proudy: vody oceánů jsou udržovány v neustálém pohybu konvekcí, teplá voda v tropech se pohybuje směrem k pólům.
• Horkovzdušné balóny nebo horkovzdušné balóny: zahříváním vzduchu se stává méně hustým, zachycuje se uvnitř tkaniny balónu a způsobuje jeho vznášení. Z tohoto důvodu se dolů otevře okno, které umožňuje únik horkého vzduchu.

Co je tepelné záření?

Záření je přenos tepla bez kontaktu mezi objekty. K tomu dochází prostřednictvím elektromagnetických vln, jako je viditelné světlo, ultrafialové a infračervené záření, které cestují vesmírem. Přítomnost materiálu není nutná pro vznik tepelného záření.

Těla emitují teplo zářením, ale také absorbují teplo v závislosti na rozdílu teplot. Ve skutečnosti jsou těla, která absorbují to nejlepší, také dobrými zářiči. Například černý povrch lépe absorbuje záření, ale také vyzařuje více než bílý povrch.

Emise tedy závisí na teplotě těla, čím vyšší je teplota, tím vyšší je emise tepla.

Provoz termosky je založen na koncentraci tepelného záření uvnitř. Termoska je postavena s dvojitou stěnou skla bez vzduchu mezi nimi, aby se zabránilo ztrátám tepla vedením nebo konvekcí. Stříbrná vnitřní stěna odráží záření, aniž by jej absorbovala, takže nápoj zůstane déle horký.

Příklady tepelného záření

• Žár slunce: Země přijímá teplo ze Slunce zářením.
• Horký písek na pláži: v letním dni sluneční záření ohřívá písek.
• Žhavé uhlíky: Když se přibližujeme k ohni nebo krbu, hořící uhlí vydávají radiační teplo.
• Solární pec: sluneční paprsky zasáhly povrch ohřívající vzduch.
• Infračervený teploměr: měří záření těla v infračerveném rozsahu a představuje jej jako teplotu.
• Termální kamery: termovizní kamery zaznamenávají teplo těles vyzařovaných zářením.
• Solária: solária jsou založena na emisi ultrafialových paprsků, které podporují opalování pokožky. Jeho použití je omezeno predispozicí k poškození kůže.

Mohlo by vás také zajímat:

• Rozdíl mezi teplem a teplotou.
• Druhy energie