Przewodzenie, konwekcja i promieniowanie: 3 rodzaje wymiany ciepła

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

Przenoszenie ciepła następuje tylko wtedy, gdy między dwiema rzeczami występuje różnica temperatur.

Przewodzenie ciepła następuje, gdy jedno ciało lub przedmiot styka się z drugim.

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

Ze swojej strony promieniowanie jest przenoszeniem ciepła bez kontaktu ciał. Dlatego dzieje się to poprzez emanację energii za pośrednictwem fal elektromagnetycznych.

Przykładem ilustrującym to może być garnek z wrzącą wodą: ogień podgrzewa garnek (promieniowanie), metal garnka podgrzewa wodę (przewodnictwo), a gorąca woda unosi się w wyniku ciepła (konwekcja).

Napędowy	Konwekcja	Promieniowanie
Definicja	Forma wymiany ciepła przez kontakt.	Forma wymiany ciepła przez ruch materii.	Forma wymiany ciepła przez fale elektromagnetyczne.
Kierunek transferu	Od najwyższej do najniższej temperatury
Mechanizm	Ruch atomów w ciele	Ruch gazów i cieczy przez różnicę temperatur	Propagacja fal elektromagnetycznych w przestrzeni
Przykłady	Uchwyt aluminiowego garnka na płonącym piecu	Domowe systemy grzewcze	Ciepło słońca

Co to jest przewodzenie ciepła?

Przewodzenie to forma 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 ma bezpośredniego kontaktu ze źródłem ciepła.

Mechanizm przekazywania ciepła przez przewodzenie opiera się na ruchu atomów. Wraz ze wzrostem temperatury atomy poruszają się szybciej, a także popychają 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 zawierają swobodne elektrony, które szybciej przenoszą energię z gorących obszarów do zimnych obszarów ciała.

Przykłady przewodzenia ciepła

• Patelnia żeliwna na płonącym palniku: Ciepło z palnika ogrzewa patelnię, która przewodzi ciepło do reszty patelni i znajdującej się w niej zawartości.
• Stopiony lód w dłoni: jeśli włożymy lód do ręki, topi się on pod wpływem przewodzenia ciepła ciała.
• Gorące stopy na piasku?: w upalny dzień na plaży, jeśli przejdziemy przez gorący piasek bosymi stopami, po chwili poczujemy, że pali nas przewodzenie ciepła piasku u naszych stóp.
• Kubek gorącej kawy: wlewając gorącą kawę (lub inny gorący napój) do filiżanki, z czasem poczujemy ciepło w dłoniach. Dlatego kubki posiadają rączkę, dzięki której możemy ją chwycić bez ryzyka poparzenia.
• Prasowanie ubrań: Żelazko używane do usuwania zagnieceń z odzieży nagrzewa się i przewodzi ciepło w kontakcie z odzieżą.
• Termometr: Przyrząd ten służy do pomiaru temperatury, ponieważ odbiera lub przekazuje ciepło poprzez przewodzenie przedmiotu lub substancji, z którą się styka.
• Metalowa łyżka przeciwko drewnianej łyżce: drewniana łyżka słabo przewodzi ciepło, podczas gdy metalowa szybko się nagrzewa. Dlatego możemy mieszać jedzenie drewnianą łyżką, ale do zupy używamy łyżki metalowej.

Co to jest konwekcja ciepła?

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

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

Z drugiej strony konwekcja wymuszona występuje, gdy siła jest przyłożona do poruszania płynu. Dzieje się tak, gdy używamy wentylatorów do przemieszczania gorącego powietrza w pomieszczeniu lub gdy przenosimy zawartość garnka nad palnikiem.

Przykłady konwekcji ciepła

• Domowe systemy grzewcze: powietrze w kontakcie z systemem grzewczym nagrzewa się, a następnie unosi i wypiera zimne powietrze, powodując przeciągi.
• Ciepło wewnętrzne Ziemi: Jądro Ziemi jest gorące i płynne, dlatego wytwarzane są prądy konwekcyjne, które powodują trzęsienia ziemi i erupcje wulkanów.
• Płyn w zbiornikach magazynowych- W rurach podgrzewacza słonecznego płyn nagrzewa się i staje się mniej gęsty, przenosząc ciepło do chłodniejszych płynów.
• Piec konwekcyjny: gorące powietrze wewnątrz piekarnika krąży dzięki wentylatorowi, który sprawia, że ​​potrawa piecze się bardziej równomiernie.
• Wrząca woda w garnku: Kiedy wlewamy wodę do garnka na rozpalonym piecu, gorąca woda na dnie unosi się, wymuszając ruch zimnej wody z powierzchni.
• Suszarka do włosów: zimne powietrze dostaje się do suszarki, jest ogrzewane przechodząc przez opór i wdmuchuje gorące powietrze przez dyszę.
• prądy oceaniczne: wody oceanów są utrzymywane w ciągłym ruchu przez konwekcję, ciepłe wody tropików poruszają się w kierunku biegunów.
• Balony na gorące powietrze lub balony na ogrzane powietrze: ogrzewając powietrze, staje się ono mniej gęste, zostaje uwięzione w tkaninie balonu, powodując jego unoszenie się. Z tego powodu, aby zejść na dół, otwiera się okno, które pozwala uciec gorącemu powietrzu.

Co to jest promieniowanie cieplne?

Promieniowanie to przenoszenie ciepła bez kontaktu między obiektami. Dzieje się to za pomocą fal elektromagnetycznych, takich jak światło widzialne, ultrafioletowe i podczerwone, które przemieszczają się w przestrzeni. Obecność materiału nie jest wymagana, aby mogło wystąpić promieniowanie cieplne.

Ciała emitują ciepło przez promieniowanie, ale także pochłaniają ciepło, w zależności od różnicy temperatur. W rzeczywistości ciała, które najlepiej wchłaniają, są również dobrymi emiterami. Na przykład czarna powierzchnia lepiej pochłania promieniowanie, ale emituje również 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 ściany szklanej bez powietrza między nimi, aby uniknąć utraty 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 przez promieniowanie.
• Gorący piasek na plaży?: w letni dzień promieniowanie słoneczne ogrzewa piasek.
• Żar ogniska: gdy zbliżamy się do ogniska lub kominka, płonące węgle wydzielają ciepło promieniowania.
• Piec słoneczny: promienie słoneczne uderzają w powierzchnię ogrzewającą powietrze.
• Termometr na podczerwień: mierzy promieniowanie ciała w zakresie podczerwieni i przedstawia je jako temperaturę.
• Kamery termowizyjne: kamery termowizyjne rejestrują ciepło ciał emitowane przez promieniowanie.
• Łóżka opalające: łóżka opalające są oparte na emisji promieni ultrafioletowych, które promują opalanie skóry. Jego stosowanie jest ograniczone predyspozycją do uszkodzeń skóry.

Możesz być również zainteresowany:

• Różnica między ciepłem a temperaturą.
• Rodzaje energii