Αγωγιμότητα, μεταφορά και ακτινοβολία: 3 τύποι μεταφοράς θερμότητας

Η αγωγιμότητα, η μεταφορά και η ακτινοβολία είναι οι τρεις μορφές μεταφοράς θερμότητας. Η θερμότητα είναι η ενέργεια που περνά από το ένα σώμα ή το σύστημα στο άλλο.

Η μεταφορά θερμότητας συμβαίνει μόνο όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο πραγμάτων.

Κατά την αγωγιμότητα, η μεταφορά θερμότητας συμβαίνει όταν ένα σώμα ή ένα αντικείμενο έρχεται σε επαφή με ένα άλλο.

Η αγωγιμότητα, από την άλλη πλευρά, παράγεται από την κίνηση αερίων ή υγρών σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

Από την πλευρά της, η ακτινοβολία είναι μια μεταφορά θερμότητας χωρίς τα σώματα να έρχονται σε επαφή. Επομένως, αυτό συμβαίνει μέσω της εκπομπής ενέργειας μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Ένα παράδειγμα που το δείχνει αυτό θα ήταν ένα δοχείο με βραστό νερό: η φωτιά θερμαίνει το δοχείο (ακτινοβολία), το μέταλλο του δοχείου θερμαίνει το νερό (αγωγιμότητα) και το ζεστό νερό ανεβαίνει ως αποτέλεσμα της θερμότητας (μεταγωγή).

Οδήγηση	Μεταγωγή	Ακτινοβολία
Ορισμός	Μορφή μεταφοράς θερμότητας με επαφή.	Μορφή μεταφοράς θερμότητας με κίνηση της ύλης.	Μορφή μεταφοράς θερμότητας από ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Μεταφορά κατεύθυνσης	Από υψηλή έως χαμηλή θερμοκρασία
Μηχανισμός	Κίνηση ατόμων μέσα σε ένα σώμα	Μετακίνηση αερίων και υγρών με διαφορά θερμοκρασίας	Διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο διάστημα
Παραδείγματα	Η λαβή ενός δοχείου αλουμινίου σε έναν καυστήρα	Οικιακά συστήματα θέρμανσης	Η θερμότητα του ήλιου

Τι είναι η αγωγή θερμότητας;

Η αγωγιμότητα είναι μια μορφή μεταφοράς θερμότητας που συμβαίνει όταν δύο σώματα βρίσκονται σε επαφή ή όταν η θερμότητα περνά από τη μία πλευρά του ίδιου σώματος στην άλλη. Για παράδειγμα, εάν θερμάνουμε το ένα άκρο μιας ράβδου σιδήρου, το άλλο άκρο θα θερμανθεί μετά από λίγο, παρόλο που δεν έρχεται σε άμεση επαφή με την πηγή θερμότητας.

Ο μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας με αγωγή βασίζεται στην κίνηση ατόμων. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, τα άτομα κινούνται γρηγορότερα και επίσης ωθούν τα γειτονικά άτομα, μεταφέροντας θερμότητα σε αυτά.

Η ικανότητα των υλικών για την αγωγή θερμότητας είναι γνωστή ως θερμική αγωγιμότητα. Για παράδειγμα, ο αέρας έχει χαμηλή αγωγιμότητα όπως το ξύλο.

Από την άλλη πλευρά, μέταλλα, όπως αλουμίνιο και σίδερο, έχουν υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Αυτά τα υλικά είναι πολύ αποτελεσματικά στην αγωγή θερμότητας, καθώς έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια που μεταφέρουν ενέργεια γρηγορότερα από θερμές περιοχές σε ψυχρές περιοχές του σώματος.

Παραδείγματα θερμικής αγωγής

• Κατσαρόλα από χυτοσίδηρο σε καυστήρα: η θερμότητα από τον καυστήρα θερμαίνει το τηγάνι που μεταφέρει τη θερμότητα στο υπόλοιπο τηγάνι και τα περιεχόμενα μέσα σε αυτό.
• Λιωμένο πάγο στο χέρι: αν βάλουμε έναν πάγο στο χέρι, λιώνει λόγω της αγωγής θερμότητας του σώματος.
• Ζεστά πόδια στην άμμο: σε μια καυτή μέρα στην παραλία, αν περπατήσουμε μέσα από την καυτή άμμο με γυμνά πόδια, μετά από λίγο θα νιώσουμε ότι μας καίγονται από την αγωγή της θερμότητας της άμμου στα πόδια μας.
• Το ζεστό φλιτζάνι καφέ: ρίχνοντας ζεστό καφέ (ή άλλο ζεστό ρόφημα) σε ένα φλιτζάνι, με την πάροδο του χρόνου θα νιώσουμε τη ζέστη στα χέρια μας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα κύπελλα έχουν λαβή, ώστε να μπορούμε να το πιάσουμε χωρίς να κάψουμε τον εαυτό μας.
• Ρούχα σιδερώματος: Το σίδερο που χρησιμοποιείται για την αφαίρεση των ρυτίδων από τα ρούχα θερμαίνεται και προκαλεί θερμότητα όταν έρχεται σε επαφή με ρούχα.
• Το θερμόμετρο: Αυτό το όργανο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας επειδή δέχεται ή μεταφέρει θερμότητα μέσω της αγωγής του αντικειμένου ή της ουσίας με την οποία βρίσκεται σε επαφή.
• Μεταλλικό κουτάλι ενάντια στο ξύλινο κουτάλι: ένα ξύλινο κουτάλι αγωγεί τη θερμότητα ενώ το μεταλλικό κουτάλι θερμαίνεται γρήγορα. Γι 'αυτό μπορούμε να αναμίξουμε το φαγητό με το ξύλινο κουτάλι, αλλά όταν τρώμε τη σούπα χρησιμοποιούμε ένα μεταλλικό κουτάλι.

Τι είναι η μεταφορά θερμότητας;

Το Convection είναι η μορφή μεταφοράς θερμότητας που παράγεται από την κίνηση υγρών και αερίων από θερμές περιοχές σε ψυχρές περιοχές. Όταν ένα υγρό θερμαίνεται, γίνεται λιγότερο πυκνό, προκαλώντας την άνοδο.

Χάρη στη διαδικασία μεταφοράς σχηματίζονται σύννεφα: υδρατμοί και θερμός αέρας στην επιφάνεια της Γης ανεβαίνει και στη συνέχεια συμπυκνώνεται ως σύννεφα στα ύψη. Αυτός ο τύπος μεταφοράς είναι φυσικός ή ελεύθερος, χωρίς την παρέμβαση εξωτερικών δυνάμεων.

Από την άλλη πλευρά, η αναγκαστική μεταφορά συμβαίνει όταν εφαρμόζεται μια δύναμη για την κίνηση του υγρού. Αυτό συμβαίνει όταν χρησιμοποιούμε ανεμιστήρες για να μετακινούμε ζεστό αέρα σε ένα δωμάτιο ή όταν μετακινούμε το περιεχόμενο μιας κατσαρόλας πάνω από τον καυστήρα.

Παραδείγματα θερμότητας

• Οικιακά συστήματα θέρμανσης: ο αέρας που έρχεται σε επαφή με ένα σύστημα θέρμανσης θερμαίνεται, στη συνέχεια ανεβαίνει και μετατοπίζει τον κρύο αέρα, προκαλώντας ρεύματα.
• Η εσωτερική θερμότητα της Γης: Ο πυρήνας της Γης είναι ζεστός και ρευστός, γι 'αυτό παράγονται ρεύματα μεταφοράς που προκαλούν σεισμούς και ηφαιστειακές εκρήξεις.
• Το υγρό στις δεξαμενές αποθήκευσης- Στους σωλήνες ενός ηλιακού θερμαντήρα, το υγρό θερμαίνεται και γίνεται λιγότερο πυκνό, μεταφέροντας τη θερμότητα στα ψυχρότερα υγρά.
• Φούρνος μεταφοράς: ο ζεστός αέρας μέσα στο φούρνο κυκλοφορεί χάρη στον ανεμιστήρα, ο οποίος κάνει το φαγητό να ψήνεται πιο ομοιόμορφα.
• Βραστό νερό σε μια κατσαρόλα: Όταν βάζουμε νερό σε μια κατσαρόλα σε μια καύση, το ζεστό νερό στο κάτω μέρος ανεβαίνει, αναγκάζοντας την κίνηση του κρύου νερού από την επιφάνεια.
• Στεγνωτήρας μαλλιών: ο κρύος αέρας εισέρχεται στο στεγνωτήριο, θερμαίνεται περνώντας από μια αντίσταση και φυσά ζεστό αέρα μέσω του ακροφυσίου.
• Ωκεάνια ρεύματα: τα νερά των ωκεανών διατηρούνται σε συνεχή κίνηση μέσω μεταφοράς, το ζεστό νερό των τροπικών κινείται προς τους πόλους.
• Μπαλόνια ζεστού αέρα ή αερόστατα: θερμαίνοντας τον αέρα, γίνεται λιγότερο πυκνό, παγιδεύεται μέσα στο ύφασμα του μπαλονιού, αναγκάζοντάς το να επιπλέει. Για αυτόν τον λόγο, για να κατεβείτε, ανοίγει ένα παράθυρο που αφήνει τον ζεστό αέρα να διαφύγει.

Τι είναι η ακτινοβολία θερμότητας;

Η ακτινοβολία είναι η μεταφορά θερμότητας χωρίς επαφή μεταξύ αντικειμένων. Αυτό συμβαίνει μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, όπως ορατό φως, υπεριώδες και υπέρυθρο, που ταξιδεύουν μέσω του διαστήματος. Η παρουσία υλικού δεν απαιτείται για την εμφάνιση ακτινοβολίας θερμότητας.

Τα σώματα εκπέμπουν θερμότητα από την ακτινοβολία, αλλά απορροφούν επίσης τη θερμότητα, ανάλογα με τη διαφορά θερμοκρασίας. Στην πραγματικότητα, τα σώματα που απορροφούν τα καλύτερα είναι επίσης καλοί εκπομποί. Για παράδειγμα, μια μαύρη επιφάνεια απορροφά την ακτινοβολία καλύτερα, αλλά εκπέμπει επίσης περισσότερο από μια λευκή επιφάνεια.

Έτσι, η εκπομπή εξαρτάται από τη θερμοκρασία του σώματος, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η εκπομπή θερμότητας.

Η λειτουργία ενός θερμού βασίζεται στη συγκέντρωση της θερμότητας ακτινοβολίας στο εσωτερικό. Ένα θερμό είναι χτισμένο με διπλό τοίχωμα γυαλιού χωρίς αέρα μεταξύ τους, για να αποφευχθεί η απώλεια θερμότητας από την αγωγιμότητα ή τη μεταφορά. Το ασημί εσωτερικό τοίχωμα αντανακλά την ακτινοβολία χωρίς να την απορροφά, έτσι το ποτό παραμένει ζεστό περισσότερο.

Παραδείγματα θερμικής ακτινοβολίας

• Η θερμότητα του ήλιου: η Γη δέχεται θερμότητα από τον Ήλιο με ακτινοβολία.
• Ζεστή άμμος σε μια παραλία: μια θερινή ημέρα ηλιακή ακτινοβολία θερμαίνει την άμμο.
• Οι χοίροι μιας φωτιάς: όταν πλησιάζουμε σε φωτιά ή τζάκι, οι καύσης άνθρακες εκπέμπουν θερμότητα ακτινοβολίας.
• Ηλιακός φούρνος: οι ακτίνες του ήλιου χτυπούν μια επιφάνεια που θερμαίνει τον αέρα.
• Υπέρυθρο θερμόμετρο: μετρά την ακτινοβολία ενός σώματος στην υπέρυθρη περιοχή και το αντιπροσωπεύει ως θερμοκρασία.
• Θερμικές κάμερες: οι κάμερες θερμικής απεικόνισης καταγράφουν τη θερμότητα των σωμάτων που εκπέμπονται από την ακτινοβολία.
• Κρεβάτια μαυρίσματος: τα κρεβάτια μαυρίσματος βασίζονται στην εκπομπή υπεριωδών ακτίνων που προάγουν το μαύρισμα του δέρματος. Η χρήση του περιορίζεται από την προδιάθεση για βλάβη στο δέρμα.

Μπορεί επίσης να σας ενδιαφέρει να μάθετε:

• Διαφορά μεταξύ θερμότητας και θερμοκρασίας.
• Τύποι ενέργειας