Le të flasim se çfarë është transferimi i nxehtësisë. Ky term i referohet procesit të transferimit të energjisë në materie. Karakterizohet nga një mekanizëm kompleks, i përshkruar nga ekuacioni i nxehtësisë.
Llojet e transferimit të nxehtësisë
Si klasifikohet transferimi i nxehtësisë? Përçimi i nxehtësisë, konvekcioni, rrezatimi janë tre mënyrat e transferimit të energjisë që ekzistojnë në natyrë.
Secili prej tyre ka karakteristikat, veçoritë, aplikimet e veta dalluese në teknologji.
Përçueshmëri termike
Sasia e nxehtësisë kuptohet si shuma e energjisë kinetike të molekulave. Kur përplasen, ata janë në gjendje të transferojnë një pjesë të nxehtësisë së tyre tek grimcat e ftohta. Përçueshmëria termike manifestohet maksimalisht në trupat e ngurtë, më pak tipike për lëngjet, absolutisht jo tipike për substancat e gazta.
Si një shembull që konfirmon aftësinë e trupave të ngurtë për të transferuar nxehtësinë nga një zonë në tjetrën, merrni parasysh eksperimentin e mëposhtëm.
Nëse rregulloni butona metalikë në një tel çeliku, pastaj sillni fundin e telit në një llambë shpirtërore që digjet, gradualisht butonat do të fillojnë të bien prej saj. Kur nxehen, molekulat fillojnë të lëvizin me një shpejtësi më të madhe, më shpeshpërplasen me njëri-tjetrin. Janë këto grimca që japin energjinë dhe nxehtësinë e tyre në rajone më të ftohta. Nëse lëngjet dhe gazrat nuk ofrojnë një dalje mjaftueshëm të shpejtë të nxehtësisë, kjo çon në një rritje të mprehtë të gradientit të temperaturës në rajonin e nxehtë.
Rrezatimi i nxehtësisë
Duke iu përgjigjur pyetjes se çfarë lloji i transferimit të nxehtësisë shoqërohet me transferim të energjisë, është e nevojshme të theksohet kjo metodë e veçantë. Transferimi rrezatues përfshin transferimin e energjisë nga rrezatimi elektromagnetik. Ky variant vërehet në një temperaturë prej 4000 K dhe përshkruhet nga ekuacioni i përcjelljes së nxehtësisë. Koeficienti i përthithjes varet nga përbërja kimike, temperatura, dendësia e një gazi të caktuar.
Transferimi i nxehtësisë së ajrit ka një kufi të caktuar, me një rritje të rrjedhës së energjisë, rritet gradienti i temperaturës, rritet koeficienti i përthithjes. Pasi vlera e gradientit të temperaturës tejkalon gradientin adiabatik, do të ndodhë konvekcioni.
Çfarë është transferimi i nxehtësisë? Ky është procesi fizik i transferimit të energjisë nga një objekt i nxehtë në një të ftohtë me kontakt të drejtpërdrejtë ose nëpërmjet një ndarjeje që ndan materialet.
Nëse trupat e të njëjtit sistem kanë temperatura të ndryshme, atëherë procesi i transferimit të energjisë ndodh derisa të vendoset ekuilibri termodinamik ndërmjet tyre.
Veçoritë e transferimit të nxehtësisë
Çfarë është transferimi i nxehtësisë? Cilat janë veçoritë e këtij fenomeni? Nuk mund ta ndalosh plotësisht, vetëm mundeshtë zvogëlojë shpejtësinë e saj? A përdoret transferimi i nxehtësisë në natyrë dhe teknologji? Është transferimi i nxehtësisë që shoqëron dhe karakterizon shumë dukuri natyrore: evolucionin e planetëve dhe yjeve, proceset meteorologjike në sipërfaqen e planetit tonë. Për shembull, së bashku me shkëmbimin e masës, procesi i transferimit të nxehtësisë ju lejon të analizoni ftohjen avulluese, tharjen, difuzionin. Ajo kryhet ndërmjet dy bartësve të energjisë termike përmes një muri të fortë, i cili vepron si një ndërfaqe ndërmjet trupave.
Transferimi i nxehtësisë në natyrë dhe teknologji është një mënyrë për të karakterizuar gjendjen e një trupi individual, duke analizuar vetitë e një sistemi termodinamik.
Ligji i Furierit
Quhet ligji i përcjelljes së nxehtësisë, sepse lidh fuqinë totale të humbjes së nxehtësisë, ndryshimin e temperaturës me sipërfaqen e prerjes tërthore të paralelepipedit, gjatësinë e tij, si dhe me koeficientin e përçueshmërisë termike. Për shembull, për një vakum, ky tregues është pothuajse zero. Arsyeja për këtë fenomen është përqendrimi minimal i grimcave materiale në një vakum që mund të bartë nxehtësinë. Pavarësisht nga kjo veçori, në vakum ekziston një variant i transferimit të energjisë nga rrezatimi. Merrni parasysh përdorimin e transferimit të nxehtësisë në bazë të një termos. Muret e saj janë bërë të dyfishta për të rritur procesin e reflektimit. Ajri pompohet mes tyre, duke reduktuar humbjen e nxehtësisë.
Konveksion
Duke iu përgjigjur pyetjes se çfarë është transferimi i nxehtësisë, merrni parasysh procesin e transferimit të nxehtësisë në lëngjeose në gaze me përzierje spontane ose të detyruar. Në rastin e konvekcionit të detyruar, lëvizja e materies shkaktohet nga veprimi i forcave të jashtme: fletët e ventilatorit, pompa. Një opsion i ngjashëm përdoret në situatat kur konvekcioni natyror nuk është efektiv.
Një proces natyror vërehet në ato raste kur me ngrohje të pabarabartë nxehen shtresat e poshtme të substancës. Dendësia e tyre zvogëlohet, ato ngrihen lart. Shtresat e sipërme, përkundrazi, ftohen, bëhen më të rënda dhe zhyten. Më tej, procesi përsëritet disa herë dhe gjatë përzierjes vërehet vetëorganizimi në strukturën e vorbullave, nga qelizat e konvekcionit formohet një grilë e rregullt.
Për shkak të konvekcionit natyror, formohen retë, bien reshjet dhe pllakat tektonike lëvizin. Është nga konvekcioni që granula formohen në Diell.
Përdorimi i duhur i transferimit të nxehtësisë siguron humbje minimale të nxehtësisë, konsum maksimal.
Thelbi i konvekcionit
Për të shpjeguar konvekcionin, mund të përdorni ligjin e Arkimedit, si dhe zgjerimin termik të trupave të ngurtë dhe lëngjeve. Me rritjen e temperaturës, vëllimi i lëngut rritet dhe densiteti zvogëlohet. Nën ndikimin e forcës së Arkimedit, një lëng më i lehtë (i nxehtë) priret lart dhe shtresat e ftohta (të dendura) bien poshtë, duke u ngrohur gradualisht.
Kur lëngu nxehet nga lart, lëngu i ngrohtë mbetet në pozicionin e tij origjinal, kështu që nuk vërehet konvekcion. Kështu funksionon ciklilëng, i cili shoqërohet me transferimin e energjisë nga zonat e ngrohta në vendet e ftohta. Te gazet, konvekcioni ndodh sipas një mekanizmi të ngjashëm.
Nga pikëpamja termodinamike, konvekcioni konsiderohet si një variant i transferimit të nxehtësisë, në të cilin transferimi i energjisë së brendshme ndodh nga rrjedha të veçanta të substancave të ngrohura në mënyrë të pabarabartë. Një fenomen i ngjashëm ndodh në natyrë dhe në jetën e përditshme. Për shembull, radiatorët e ngrohjes janë instaluar në një lartësi minimale nga dyshemeja, pranë pragut të dritares.
Ajri i ftohtë ngrohet nga bateria, pastaj gradualisht ngrihet lart, ku përzihet me masat e ajrit të ftohtë që zbresin nga dritarja. Konvekcioni çon në vendosjen e një temperature uniforme në dhomë.
Ndër shembujt e zakonshëm të konvekcionit atmosferik janë erërat: musonet, flladet. Ajri që nxehet mbi disa fragmente të Tokës ftohet mbi të tjerat, si rezultat i të cilit qarkullon, transferohet lagështia dhe energjia.
Veçoritë e konvekcionit natyror
Ndikohet nga disa faktorë njëherësh. Për shembull, shpejtësia e konvekcionit natyror ndikohet nga lëvizja ditore e Tokës, rrymat e detit dhe topografia e sipërfaqes. Është konvekcioni që është baza për daljen nga krateret e vullkaneve dhe tubat e tymit, formimi i maleve, fluturimi i shpendëve të ndryshëm.
Në përfundim
Rrezatimi termik është një proces elektromagnetik me një spektër të vazhdueshëm, i cili emetohet nga materia, ndodh për shkak të energjisë së brendshme. Për të kryer llogaritjet e rrezatimit termik, nëFizika përdor modelin e trupit të zi. Përshkruani rrezatimin termik duke përdorur ligjin Stefan-Boltzmann. Fuqia e rrezatimit të një trupi të tillë është drejtpërdrejt proporcionale me sipërfaqen dhe temperaturën e trupit, marrë në fuqinë e katërt.
Përçueshmëria termike është e mundur në çdo trup që ka një shpërndarje jo uniforme të temperaturës. Thelbi i fenomenit është ndryshimi i energjisë kinetike të molekulave dhe atomeve, e cila përcakton temperaturën e trupit. Në disa raste, përçueshmëria termike konsiderohet aftësia sasiore e një lënde të caktuar për të përcjellë nxehtësinë.
Proceset në shkallë të gjerë të shkëmbimit të energjisë termike nuk kufizohen vetëm në ngrohjen e sipërfaqes së tokës nga rrezatimi diellor.
Rrymat e forta të konvekcionit në atmosferën e tokës karakterizohen nga ndryshimet në kushtet e motit në të gjithë planetin. Me ndryshimet e temperaturës në atmosferë midis rajoneve polare dhe ekuatoriale, lindin rrjedhat e konvekcionit: rrjedhat e avionëve, erërat tregtare, frontet e ftohta dhe të ngrohta.
Transferimi i nxehtësisë nga bërthama e tokës në sipërfaqe shkakton shpërthime vullkanike, shfaqjen e gejzerëve. Në shumë rajone, energjia gjeotermale përdoret për të prodhuar energji elektrike, ngrohje për ambiente banimi dhe industriale.
Është nxehtësia ajo që bëhet pjesëmarrëse e detyrueshme në shumë teknologji prodhimi. Për shembull, përpunimi dhe shkrirja e metaleve, prodhimi i ushqimit, rafinimi i naftës, funksionimi i motorëve - e gjithë kjo kryhet vetëm në prani të energjisë termike.
