Tipus de transferència de calor: coeficient de transferència de calor

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Qualsevol cos material té una característica com la calor, que pot augmentar i disminuir. La calor no és una substància material: com a part de l'energia interna d'una substància, sorgeix com a resultat del moviment i la interacció de les molècules. Com que la calor de diferents substàncies pot diferir, hi ha un procés de transferència de calor d'una substància més calenta a una substància amb menys calor. Aquest procés s'anomena transferència de calor. Considerarem els principals tipus de transferència de calor i els mecanismes de la seva acció en aquest article.

Determinació de la transferència de calor

La transferència de calor, o el procés de transferència de temperatura, es pot produir tant a l'interior de la matèria com d'una substància a una altra. Al mateix temps, la intensitat de la transferència de calor depèn en gran mesura de les propietats físiques de la matèria, de la temperatura de les substàncies (si hi participen diverses substàncies) i de les lleis de la física. La transferència de calor és un procés que sempre es realitza de manera unilateral. El principi principal de la transferència de calor és que el cos més calent sempre emet calor a un objecte amb una temperatura més baixa. Per exemple, en planxar la roba, una planxa calentadóna calidesa als pantalons, i no a l'inrevés. La transferència de calor és un fenomen que depèn del temps que caracteritza la distribució irreversible de la calor a l'espai.

Mecanismes de transferència de calor

Els mecanismes d'interacció tèrmica de les substàncies poden adoptar diferents formes. Hi ha tres tipus de transferència de calor a la natura:

1. La conductivitat tèrmica és un mecanisme de transferència de calor intermolecular d'una part del cos a una altra o a un altre objecte. La propietat es basa en la deshomogeneïtat de la temperatura de les substàncies considerades.
2. Convecció: intercanvi de calor entre medis fluids (líquid, aire).
3. L'acció de la radiació és la transferència de calor dels cossos (fonts) escalfats i escalfats a causa de la seva energia en forma d'ones electromagnètiques amb un espectre constant.

Considerem els tipus de transferència de calor enumerats amb més detall.

Conductivitat tèrmica

Molt sovint, la conductivitat tèrmica s'observa en sòlids. Si, sota la influència de qualsevol factor, apareixen zones amb temperatures diferents en la mateixa substància, aleshores l'energia tèrmica d'una zona més calenta passarà a una de freda. En alguns casos, aquest fenomen fins i tot es pot observar visualment. Per exemple, si agafem una vareta metàl·lica, per exemple, una agulla, i l'escalfem al foc, després d'un temps veurem com es transfereix l'energia tèrmica a través de l'agulla, formant una resplendor en una zona determinada. Al mateix temps, en un lloc on la temperatura és més alta, la resplendor és més brillant i, per contra, on t és més baixa, és més fosca. També es pot observar conducció de calor entre dos cossos (una tassa de te calent i una mà)

La intensitat de la transferència de flux de calor depèn de molts factors, la relació dels quals va ser revelada pel matemàtic francès Fourier. Aquests factors inclouen principalment el gradient de temperatura (la relació entre la diferència de temperatura als extrems de la vareta i la distància d'un extrem a l' altre), l'àrea de la secció transversal del cos i el coeficient de conductivitat tèrmica (és diferent per a totes les substàncies, però la més alta s'observa en els metalls). El coeficient de conductivitat tèrmica més significatiu s'observa en coure i alumini. No és d'estranyar que aquests dos metalls s'utilitzen més sovint en la fabricació de cables elèctrics. Seguint la llei de Fourier, el flux de calor es pot augmentar o disminuir canviant un d'aquests paràmetres.

Tipus de transferència de calor per convecció

La convecció, que és característica principalment de gasos i líquids, té dos components: la conductivitat tèrmica intermolecular i el moviment (distribució) del medi. El mecanisme d'acció de la convecció es produeix de la següent manera: amb l'augment de la temperatura d'una substància fluida, les seves molècules comencen a moure's de manera més activa i, en absència de restriccions espacials, augmenta el volum de la substància. La conseqüència d'aquest procés serà una disminució de la densitat de la substància i el seu moviment ascendent. Un exemple sorprenent de convecció és el moviment de l'aire escalfat per un radiador des d'una bateria fins al sostre.

Distingeix entre tipus de transferència de calor convectiva lliure i forçada. La transferència de calor i el moviment de massa en el tipus lliure es produeix a causa de l'heterogeneïtat de la substància, és a dir, el líquid calent s'eleva per sobre del fred natural.manera sense ser influenciat per forces externes (per exemple, escalfar una habitació amb calefacció central). Amb la convecció forçada, el moviment de la massa es produeix sota la influència de forces externes, per exemple, remenant el te amb una cullera.

Transferència de calor radiant

La transferència de calor radiant o radiativa es pot produir sense contacte amb un altre objecte o substància, per tant és possible fins i tot en un espai sense aire (buit). La transferència de calor radiativa és inherent a tots els cossos en major o menor mesura i es manifesta en forma d'ones electromagnètiques amb un espectre continu. Un bon exemple d'això és el sol. El mecanisme d'acció és el següent: el cos irradia contínuament una certa quantitat de calor a l'espai que l'envolta. Quan aquesta energia colpeja un altre objecte o substància, una part s'absorbeix, la segona part passa i la tercera part es reflecteix a l'entorn. Qualsevol objecte pot irradiar calor i absorbir-lo, mentre que les substàncies fosques poden absorbir més calor que les clares.

Mecanismes combinats de transferència de calor

A la natura, els tipus de processos de transferència de calor rarament es troben per separat. Molt més sovint es poden veure junts. En termodinàmica, aquestes combinacions fins i tot tenen noms, per exemple, conductivitat tèrmica + convecció és transferència de calor convectiva, i conductivitat tèrmica + radiació tèrmica s'anomena transferència de calor radiatiu-conductora. A més, hi ha tipus combinats de transferència de calor com:

• Dissipació de calor -el moviment de l'energia tèrmica entre un gas o líquid i un sòlid.
• La transferència de calor és la transferència de t d'una matèria a una altra mitjançant un obstacle mecànic.
• La transferència de calor radiant-convectiva es forma combinant la convecció i la radiació tèrmica.

Tipus de transferència de calor a la natura (exemples)

La transferència de calor a la natura té un paper important i no es limita a l'escalfament del planeta pels raigs del sol. Els corrents de convecció extensos, com ara el moviment de les masses d'aire, determinen en gran mesura el temps a tot el nostre planeta.

La conductivitat tèrmica del nucli de la Terra provoca l'aparició de guèisers i l'erupció de roques volcàniques. Aquests són només alguns exemples de transferència de calor a escala mundial. Junts, formen els tipus de transferència de calor convectiva i els tipus de transferència de calor radiatiu-conductora necessaris per mantenir la vida al nostre planeta.

L'ús de la transferència de calor en activitats antropològiques

La calor és un component important de gairebé tots els processos de producció. És difícil dir quin tipus d'intercanvi de calor és el més utilitzat per l'home en l'economia nacional. Probablement tots tres alhora. Els processos de transferència de calor s'utilitzen per fondre metalls, produint una gran varietat de béns que van des d'articles quotidians fins a naus espacials.

Extremadament importants per a la civilització són les unitats tèrmiques capaces de convertir l'energia tèrmica en energia útil. Entrees poden anomenar unitats de gasolina, dièsel, compressor, turbina. Per a la seva feina, utilitzen diferents tipus de transferència de calor.