Жылу беру деген не екенін айтайық. Бұл термин заттағы энергия алмасу процесін білдіреді. Ол жылу теңдеуімен сипатталған күрделі механизммен сипатталады.
Жылу берудің түрлері
Жылу беру қалай жіктеледі? Жылуөткізгіштік, конвекция, сәулелену - табиғатта бар энергияны берудің үш түрі.
Олардың әрқайсысының өзіндік ерекшелігі, мүмкіндіктері, технологиядағы қолданбалары бар.
Жылуөткізгіштік
Жылу мөлшері молекулалардың кинетикалық энергиясының қосындысы ретінде түсініледі. Олар соқтығысқан кезде жылуының бір бөлігін суық бөлшектерге бере алады. Жылу өткізгіштік қатты денелерде максималды түрде көрінеді, сұйықтарға тән емес, газ тәрізді заттарға мүлдем тән емес.
Қатты заттардың жылуды бір аймақтан екінші аймаққа беру қабілетін растайтын мысал ретінде келесі тәжірибені қарастырыңыз.
Егер сіз металл түймелерді болат сымға бекітсеңіз, содан кейін сымның ұшын жанып тұрған спирт шамына келтіріңіз, одан түймелер біртіндеп түсіп кете бастайды. Қыздырылған кезде молекулалар жылдамырақ, жиі қозғала бастайдыбір-бірімен соқтығысады. Дәл осы бөлшектер өздерінің энергиясы мен жылуын суық аймақтарға береді. Егер сұйықтықтар мен газдар жылудың жеткілікті жылдам кетуін қамтамасыз етпесе, бұл ыстық аймақтағы температура градиентінің күрт артуына әкеледі.
Жылу сәулеленуі
Жылу берудің қандай түрі энергия алмасуымен бірге жүреді деген сұраққа жауап бере отырып, осы нақты әдісті атап өту қажет. Сәулеленуді тасымалдау электромагниттік сәулелену арқылы энергияны беруді қамтиды. Бұл нұсқа 4000 К температурада байқалады және жылу өткізгіштік теңдеуі арқылы сипатталады. Жұту коэффициенті белгілі бір газдың химиялық құрамына, температурасына, тығыздығына байланысты.
Ауаның жылу беруі белгілі бір шекке ие, энергия ағынының жоғарылауымен температура градиенті жоғарылайды, сіңіру коэффициенті артады. Температура градиентінің мәні адиабаталық градиенттен асқаннан кейін конвекция пайда болады.
Жылу беру дегеніміз не? Бұл тікелей жанасу немесе материалдарды бөлетін бөлік арқылы энергияны ыстық нысаннан суыққа тасымалдаудың физикалық процесі.
Бір жүйенің денелерінің температуралары әртүрлі болса, онда энергияның берілу процесі олардың арасында термодинамикалық тепе-теңдік орнағанша жүреді.
Жылу беру мүмкіндіктері
Жылу беру дегеніміз не? Бұл құбылыстың ерекшеліктері қандай? Сіз оны толығымен тоқтата алмайсыз, тек сіз жасай аласызоның жылдамдығын азайтады? Жылу алмасу табиғатта және техникада қолданылады ма? Бұл көптеген табиғат құбылыстарын: планеталар мен жұлдыздардың эволюциясын, планетамыздың бетіндегі метеорологиялық процестерді сүйемелдейтін және сипаттайтын жылу алмасу. Мысалы, масса алмасумен бірге жылу алмасу процесі булану салқындату, кептіру, диффузияны талдауға мүмкіндік береді. Ол денелер арасындағы интерфейс қызметін атқаратын тұтас қабырға арқылы екі жылу энергиясын тасымалдаушы арасында жүзеге асады.
Табиғаттағы және техникадағы жылу алмасу - термодинамикалық жүйенің қасиеттерін талдай отырып, жеке дененің күйін сипаттау тәсілі.
Фурье заңы
Ол жылу өткізгіштік заңы деп аталады, өйткені ол жылу жоғалтудың жалпы қуатын, температура айырмашылығын параллелепипедтің көлденең қимасының ауданымен, оның ұзындығымен, сонымен қатар жылу өткізгіштік коэффициентімен байланыстырады. Мысалы, вакуум үшін бұл көрсеткіш нөлге тең. Бұл құбылыстың себебі - жылуды тасымалдай алатын вакуумдағы материалдық бөлшектердің ең аз концентрациясы. Осы ерекшелікке қарамастан, вакуумда сәулелену арқылы энергияны беру нұсқасы бар. Термос негізінде жылу беруді пайдалануды қарастырайық. Оның қабырғалары шағылысу процесін жоғарылату үшін екі еселенген. Жылу шығынын азайта отырып, олардың арасынан ауа сорылады.
Конвекция
Жылу алмасу дегеніміз не деген сұраққа жауап бере отырып, сұйықтардағы жылу алмасу процесін қарастырайық.немесе газдарда өздігінен немесе мәжбүрлеп араластыру арқылы. Мәжбүрлі конвекция жағдайында заттардың қозғалысы сыртқы күштердің әсерінен туындайды: желдеткіш қалақшалар, сорғы. Ұқсас опция табиғи конвекция тиімді емес жағдайларда қолданылады.
Табиғи процесс біркелкі емес қыздыру кезінде заттың төменгі қабаттары қызған кезде байқалады. Олардың тығыздығы төмендейді, олар көтеріледі. Жоғарғы қабаттар, керісінше, салқындап, ауырлап, батып кетеді. Әрі қарай процесс бірнеше рет қайталанады және араластыру кезінде құйындылардың құрылымына өздігінен ұйымдасу байқалады, конвекциялық ұяшықтардан қалыпты тор түзіледі.
Табиғи конвекцияның әсерінен бұлттар пайда болады, жауын-шашын түседі, тектоникалық плиталар қозғалады. Күнде түйіршіктер конвекция арқылы пайда болады.
Жылу беруді дұрыс пайдалану жылуды аз жоғалтуды, максималды тұтынуды қамтамасыз етеді.
Конвекцияның мәні
Конвекцияны түсіндіру үшін Архимед заңын, сондай-ақ қатты және сұйық заттардың термиялық кеңеюін қолдануға болады. Температура көтерілген сайын сұйықтықтың көлемі артып, тығыздығы азаяды. Архимед күшінің әсерінен жеңілірек (қыздырылған) сұйықтық жоғары қарай ұмтылады, ал суық (тығыз) қабаттар төмен түсіп, бірте-бірте қызады.
Сұйықтықты жоғарыдан қыздырғанда, жылы сұйықтық бастапқы орнында қалады, сондықтан конвекция байқалмайды. Цикл осылай жұмыс істейдісұйықтық, ол энергияның жылы аймақтардан суық жерлерге ауысуымен бірге жүреді. Газдарда конвекция ұқсас механизм бойынша жүреді.
Термодинамикалық тұрғыдан конвекция ішкі энергияның берілуі біркелкі емес қыздырылған заттардың жекелеген ағындары арқылы жүзеге асырылатын жылу алмасудың нұсқасы ретінде қарастырылады. Осыған ұқсас құбылыс табиғатта да, күнделікті өмірде де кездеседі. Мысалы, жылыту радиаторлары еденнен ең аз биіктікте, терезенің жанында орнатылады.
Суық ауа батареямен қызады, содан кейін бірте-бірте көтеріліп, терезеден түсетін суық ауа массаларымен араласады. Конвекция бөлмеде біркелкі температураны орнатуға әкеледі.
Атмосфералық конвекцияның кең таралған мысалдарына желдер жатады: муссондар, желдер. Жердің кейбір бөліктерінде қызған ауа басқаларында салқындайды, нәтижесінде ол айналады, ылғал мен энергия тасымалданады.
Табиғи конвекцияның ерекшеліктері
Оған бірден бірнеше факторлар әсер етеді. Мысалы, табиғи конвекция жылдамдығына Жердің тәуліктік қозғалысы, теңіз ағыстары, жер бетінің рельефі әсер етеді. Бұл конвекция вулкан кратерлері мен түтін құбырларынан шығуға, таулардың пайда болуына, әртүрлі құстардың қалықтауына негіз болады.
Қорытынды
Жылулық сәулелену – ішкі энергия есебінен пайда болатын заттың шығаратын үздіксіз спектрі бар электромагниттік процесс. Жылулық сәулеленудің есептеулерін жүргізу үшін, вФизика қара дене моделін пайдаланады. Стефан-Больцман заңын пайдаланып жылулық сәулеленуді сипаттаңыз. Мұндай дененің сәуле шығару күші төртінші дәрежеге алынған дененің бетінің ауданы мен температурасына тура пропорционал.
Температураның біркелкі емес таралуы кез келген денелерде жылу өткізгіштік мүмкін. Құбылыстың мәні - дене температурасын анықтайтын молекулалар мен атомдардың кинетикалық энергиясының өзгеруі. Кейбір жағдайларда жылуөткізгіштік белгілі бір заттың жылу өткізгіштігінің сандық қабілеті ретінде қарастырылады.
Жылу энергиясының алмасуының ауқымды процестері тек күн радиациясы арқылы жер бетін қыздырумен шектелмейді.
Жер атмосферасындағы қатты конвекциялық ағындар бүкіл планетадағы ауа райы жағдайларының өзгеруімен сипатталады. Полярлық және экваторлық аймақтар арасындағы атмосферадағы температура айырмашылығымен конвекциялық ағындар пайда болады: реактивті ағындар, пассатты желдер, суық және жылы фронттар.
Жердің өзегінен жер бетіне жылудың берілуі жанартаулардың атқылауын, гейзерлердің пайда болуын тудырады. Көптеген аймақтарда геотермалдық энергия электр энергиясын өндіру, тұрғын үйлер мен өндірістік үй-жайларды жылыту үшін пайдаланылады.
Бұл жылу көптеген өндіріс технологияларының міндетті қатысушысына айналады. Мысалы, металдарды өңдеу және балқыту, тамақ өнімдерін өндіру, мұнай өңдеу, қозғалтқыштарды пайдалану - мұның бәрі тек жылу энергиясы болған кезде жүзеге асырылады.
