Provođenje, konvekcija i zračenje: 3 vrste prijenosa topline

Provođenje, konvekcija i zračenje tri su oblika prijenosa topline. Toplina je energija koja prelazi iz jednog tijela ili sustava u drugo.

Prijenos topline događa se samo kada postoji temperaturna razlika između dviju stvari.

U provođenju se prijenos topline događa kada je jedno tijelo ili predmet u kontaktu s drugim.

S druge strane, konvekcija nastaje kretanjem plinova ili tekućina pri različitim temperaturama.

Sa svoje strane, zračenje je prijenos topline bez da tijela budu u kontaktu. Stoga se to događa emanacijom energije kroz elektromagnetske valove.

Primjer koji to ilustrira bio bi lonac kipuće vode: vatra zagrijava lonac (zračenje), metal lonca zagrijava vodu (provodljivost), a vruća voda raste kao rezultat topline (konvekcija).

Vožnja	Konvekcija	Radijacija
Definicija	Oblik prijenosa topline kontaktom.	Oblik prijenosa topline kretanjem materije.	Oblik prijenosa topline elektromagnetskim valovima.
Smjer prijenosa	Od visoke do niske temperature
Mehanizam	Kretanje atoma u tijelu	Kretanje plinova i tekućina temperaturnom razlikom	Širenje elektromagnetskih valova u svemiru
Primjeri	Drška aluminijskog lonca na plameniku koji gori	Kućanski sustavi grijanja	Toplina sunca

Što je provođenje topline?

Kondukcija je oblik prijenosa topline koji se javlja kada su dva tijela u dodiru ili kada toplina prelazi s jedne strane istog tijela na drugu. Primjerice, ako zagrijemo jedan kraj željezne šipke, drugi će se kraj zagrijati nakon nekog vremena, unatoč tome što nije u izravnom kontaktu s izvorom topline.

Mehanizam prijenosa topline provođenjem temelji se na kretanju atoma. Kako temperatura raste, atomi se brže kreću i također guraju susjedne atome, prenoseći im toplinu.

Sposobnost materijala da provode toplinu poznata je kao toplinska vodljivost. Na primjer, zrak ima malu vodljivost baš kao i drvo.

S druge strane, metali, poput aluminija i željeza, imaju visoku toplinsku vodljivost. Ti su materijali vrlo učinkoviti u provođenju topline, jer imaju slobodne elektrone koji brže prenose energiju iz vrućih područja u hladna područja tijela.

Primjeri provođenja topline

• Tava od lijevanog željeza na plameniku koji gori: toplina iz plamenika zagrijava posudu koja vodi toplinu do ostatka posude i sadržaja u njoj.
• Otopljeni led u ruci: ako led stavimo u ruku, on se topi zbog provođenja tjelesne topline.
• Vruće noge u pijesku: u vrućem danu na plaži, ako prolazimo vrućim pijeskom bosih nogu, nakon nekog vremena osjećat ćemo da smo izgorjeli provođenjem topline pijeska pred našim nogama.
• Vruća šalica kave: ulijevanjem vruće kave (ili drugog vrućeg napitka) u šalicu, s vremenom ćemo osjetiti vrućinu u rukama. Zbog toga čaše imaju ručku kako bismo je mogli zgrabiti, a da se ne opečemo.
• Peglanje odjeće: Glačalo koje se koristi za uklanjanje bora s odjeće zagrijava se i provodi toplinu u kontaktu s odjećom.
• Termometar: Ovaj se instrument koristi za mjerenje temperature jer prima ili prenosi toplinu provodeći objekt ili tvar s kojom je u kontaktu.
• Metalna žlica protiv drvene žlice: drvena žlica slabo provodi toplinu dok se metalna žlica brzo zagrijava. Zato hranu možemo miješati s drvenom žlicom, ali kad jedemo juhu koristimo metalnu žlicu.

Što je konvekcija topline?

Konvekcija je oblik prijenosa topline koji nastaje kretanjem tekućina i plinova iz vrućih u hladna područja. Kada se tekućina zagrije, ona postaje manje gusta, zbog čega raste.

Zahvaljujući procesu konvekcije stvaraju se oblaci: vodena para i vrući zrak na površini Zemlje raste, a zatim se kondenzira kao oblaci u visinama. Ova vrsta konvekcije je prirodna ili slobodna, bez intervencije vanjskih sila.

S druge strane, prisilna konvekcija događa se kada se primijeni sila za pomicanje tekućine. To se događa kada ventilatore koristimo za premještanje vrućeg zraka u sobi ili kada premještamo sadržaj posude iznad plamenika.

Primjeri konvekcije topline

• Kućanski sustavi grijanja: zrak koji je u dodiru sa sustavom grijanja zagrijava se, a zatim podiže i istiskuje hladni zrak uzrokujući propuh.
• Unutarnja toplina Zemlje: Jezgra Zemlje je vruća i fluidna, zbog čega se proizvode konvekcijske struje koje uzrokuju zemljotrese i vulkanske erupcije.
• Tekućina u spremnicima- U cijevima solarnog grijača tekućina se zagrijava i postaje manje gusta premještajući toplinu u hladnije tekućine.
• Konvekcijska pećnica: Vrući zrak unutar pećnice cirkulira zahvaljujući ventilatoru, zbog čega se hrana ravnomjernije peče.
• Vrela voda u loncu: Kad vodu stavimo u lonac na goruću peć, vruća voda na dnu se podiže prisiljavajući kretanje hladne vode s površine.
• Sušilo za kosu: hladni zrak ulazi u sušilicu, zagrijava se prolaskom kroz otpor i puše vrući zrak kroz mlaznicu.
• Oceanske struje: vode oceana održavaju se u stalnom kretanju konvekcijom, topla voda tropskog područja kreće se prema polovima.
• Baloni na vrući zrak ili baloni s vrućim zrakom: zagrijavanjem zraka on postaje manje gust, zarobljen je unutar tkanine balona, ​​zbog čega pluta. Zbog toga se za silazak otvara prozor koji propušta vrući zrak.

Što je toplinsko zračenje?

Zračenje je prijenos topline bez kontakta između predmeta. To se događa kroz elektromagnetske valove, poput vidljive svjetlosti, ultraljubičastog i infracrvenog zraka, koji putuju svemirom. Prisutnost materijala nije potrebna za pojavu toplinskog zračenja.

Tijela zrače toplinu zračenjem, ali i apsorbiraju toplinu, ovisno o temperaturnoj razlici. U stvari, tijela koja najbolje apsorbiraju ujedno su i dobri emiteri. Primjerice, crna površina bolje apsorbira zračenje, ali zrači i više od bijele površine.

Dakle, emisija ovisi o temperaturi tijela, što je temperatura veća, emisija topline je veća.

Rad termosice temelji se na koncentriranju toplinskog zračenja unutra. Termos je izgrađen s dvostrukim staklenim zidom bez zraka između njih, kako bi se izbjegao gubitak topline provođenjem ili konvekcijom. Srebrni unutarnji zid reflektira zračenje, a da ga ne apsorbira, pa piće dulje ostaje vruće.

Primjeri toplinskog zračenja

• Toplina sunca: Zemlja prima toplinu od Sunca zračenjem.
• Vrući pijesak na plaži: ljetnog dana sunčevo zračenje zagrijava pijesak.
• Žar krijesa: Kad se približimo krijesu ili kaminu, gorući ugljen odaje toplinu zračenja.
• Solarna peć: sunčeve zrake udaraju u površinu koja zagrijava zrak.
• Infracrveni termometar: mjeri zračenje tijela u infracrvenom području i predstavlja ga kao temperaturu.
• Termalne kamere: termovizijske kamere bilježe toplinu tijela koja emitira zračenje.
• Solariji: solariji se temelje na emisiji ultraljubičastih zraka koje potiču preplanulost kože. Njegova je upotreba ograničena sklonošću oštećenju kože.

Možda će vas zanimati i saznanje:

• Razlika između topline i temperature.
• Vrste energije