Mari kita bahas apa itu perpindahan panas. Istilah ini mengacu pada proses transfer energi dalam materi. Hal ini ditandai dengan mekanisme yang kompleks, dijelaskan oleh persamaan panas.
Variasi perpindahan panas
Bagaimana klasifikasi perpindahan panas? Konduksi panas, konveksi, radiasi adalah tiga mode perpindahan energi yang ada di alam.
Masing-masing memiliki ciri khas, fitur, aplikasi dalam teknologi.
Konduktivitas termal
Jumlah panas dipahami sebagai jumlah energi kinetik molekul. Ketika mereka bertabrakan, mereka dapat mentransfer sebagian panasnya ke partikel dingin. Konduktivitas termal dimanifestasikan secara maksimal dalam padatan, kurang khas untuk cairan, sama sekali tidak khas untuk zat gas.
Sebagai contoh yang menegaskan kemampuan zat padat untuk mentransfer panas dari satu area ke area lain, perhatikan eksperimen berikut.
Jika Anda memasang kancing logam pada kawat baja, lalu bawa ujung kawat ke lampu arwah yang menyala, kancingnya akan mulai terlepas secara bertahap. Saat dipanaskan, molekul mulai bergerak dengan kecepatan lebih cepat, lebih seringbertabrakan satu sama lain. Partikel-partikel inilah yang memberikan energi dan panasnya ke daerah yang lebih dingin. Jika cairan dan gas tidak memberikan aliran panas yang cukup cepat, hal ini menyebabkan peningkatan tajam dalam gradien suhu di daerah panas.
Radiasi panas
Menjawab pertanyaan jenis perpindahan panas apa yang disertai dengan perpindahan energi, perlu diperhatikan cara khusus ini. Transfer radiasi melibatkan transfer energi dengan radiasi elektromagnetik. Varian ini diamati pada suhu 4000 K dan dijelaskan oleh persamaan konduksi panas. Koefisien penyerapan tergantung pada komposisi kimia, suhu, kepadatan gas tertentu.
Perpindahan panas udara memiliki batas tertentu, dengan peningkatan aliran energi, gradien suhu meningkat, koefisien penyerapan meningkat. Setelah nilai gradien suhu melebihi gradien adiabatik, maka akan terjadi konveksi.
Apa itu perpindahan panas? Ini adalah proses fisik perpindahan energi dari benda panas ke benda dingin melalui kontak langsung atau melalui partisi yang memisahkan bahan.
Jika benda-benda dari sistem yang sama memiliki suhu yang berbeda, maka proses perpindahan energi terjadi hingga tercapai kesetimbangan termodinamika di antara keduanya.
Fitur perpindahan panas
Apa itu perpindahan panas? Apa saja ciri-ciri dari fenomena ini? Anda tidak bisa menghentikannya sepenuhnya, Anda hanya bisamengurangi kecepatannya? Apakah perpindahan panas digunakan di alam dan teknologi? Ini adalah perpindahan panas yang menyertai dan mencirikan banyak fenomena alam: evolusi planet dan bintang, proses meteorologi di permukaan planet kita. Misalnya, bersama dengan pertukaran massa, proses perpindahan panas memungkinkan Anda untuk menganalisis pendinginan evaporatif, pengeringan, difusi. Hal ini dilakukan antara dua pembawa energi panas melalui dinding padat, yang bertindak sebagai antarmuka antara tubuh.
Perpindahan panas di alam dan teknologi adalah cara untuk mengkarakterisasi keadaan suatu benda, menganalisis sifat-sifat sistem termodinamika.
Hukum Fourier
Ini disebut hukum konduksi panas, karena menghubungkan kekuatan total kehilangan panas, perbedaan suhu dengan luas penampang paralelepiped, panjangnya, dan juga dengan koefisien konduktivitas termal. Misalnya, untuk ruang hampa, indikator ini hampir nol. Alasan untuk fenomena ini adalah konsentrasi minimum partikel material dalam ruang hampa yang dapat membawa panas. Terlepas dari fitur ini, dalam ruang hampa ada varian transfer energi melalui radiasi. Pertimbangkan penggunaan perpindahan panas berdasarkan termos. Dindingnya dibuat ganda untuk meningkatkan proses refleksi. Udara dipompa keluar di antara mereka, sekaligus mengurangi kehilangan panas.
Konveksi
Menjawab pertanyaan apa itu perpindahan panas, perhatikan proses perpindahan panas dalam zat cairatau dalam gas dengan pencampuran spontan atau paksa. Dalam kasus konveksi paksa, pergerakan materi disebabkan oleh aksi gaya eksternal: bilah kipas, pompa. Opsi serupa digunakan dalam situasi di mana konveksi alami tidak efektif.
Proses alami diamati dalam kasus-kasus ketika, dengan pemanasan yang tidak merata, lapisan bawah zat dipanaskan. Kepadatan mereka berkurang, mereka bangkit. Lapisan atas, sebaliknya, mendingin, menjadi lebih berat, dan tenggelam. Selanjutnya, proses ini diulang beberapa kali, dan selama pencampuran, pengorganisasian diri ke dalam struktur vortisitas diamati, kisi biasa terbentuk dari sel konveksi.
Akibat konveksi alami, awan terbentuk, curah hujan turun, dan lempeng tektonik bergerak. Secara konveksi, butiran terbentuk di Matahari.
Penggunaan perpindahan panas yang tepat memastikan kehilangan panas minimum, konsumsi maksimum.
Inti dari konveksi
Untuk menjelaskan konveksi, Anda dapat menggunakan hukum Archimedes, serta ekspansi termal padatan dan cairan. Dengan meningkatnya suhu, volume cairan meningkat dan kepadatan berkurang. Di bawah pengaruh gaya Archimedes, cairan yang lebih ringan (dipanaskan) cenderung ke atas, dan lapisan dingin (padat) jatuh, secara bertahap memanas.
Ketika cairan dipanaskan dari atas, cairan hangat tetap pada posisi semula, jadi tidak ada konveksi yang diamati. Beginilah cara kerja sikluscairan, yang disertai dengan perpindahan energi dari daerah hangat ke tempat dingin. Dalam gas, konveksi terjadi menurut mekanisme yang sama.
Dari sudut pandang termodinamika, konveksi dianggap sebagai varian perpindahan panas, di mana perpindahan energi internal terjadi oleh aliran terpisah zat yang dipanaskan secara tidak merata. Fenomena serupa terjadi di alam dan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, radiator pemanas dipasang pada ketinggian minimum dari lantai, dekat ambang jendela.
Udara dingin dihangatkan oleh baterai, kemudian naik secara bertahap, di mana ia bercampur dengan massa udara dingin yang turun dari jendela. Konveksi mengarah pada pembentukan suhu yang seragam di dalam ruangan.
Di antara contoh umum konveksi atmosfer adalah angin: monsun, angin sepoi-sepoi. Udara yang memanas di beberapa bagian Bumi mendingin di bagian lain, sebagai akibatnya ia bersirkulasi, uap air dan energi ditransfer.
Fitur konveksi alami
Dipengaruhi oleh beberapa faktor sekaligus. Misalnya, laju konveksi alami dipengaruhi oleh pergerakan harian Bumi, arus laut, dan topografi permukaan. Konveksi itulah yang menjadi dasar keluarnya kawah gunung berapi dan pipa asap, pembentukan gunung, membubungnya berbagai burung.
Kesimpulan
Radiasi termal adalah proses elektromagnetik dengan spektrum kontinu, yang dipancarkan oleh materi, terjadi karena energi internal. Untuk melakukan perhitungan radiasi termal,Fisika menggunakan model benda hitam. Jelaskan radiasi termal menggunakan hukum Stefan-Boltzmann. Daya radiasi benda seperti itu berbanding lurus dengan luas permukaan dan suhu benda, diambil pangkat keempat.
Konduktivitas termal dimungkinkan di semua benda yang memiliki distribusi suhu yang tidak seragam. Inti dari fenomena ini adalah perubahan energi kinetik molekul dan atom, yang menentukan suhu tubuh. Dalam beberapa kasus, konduktivitas termal dianggap sebagai kemampuan kuantitatif zat tertentu untuk menghantarkan panas.
Proses pertukaran energi panas skala besar tidak terbatas pada pemanasan permukaan bumi oleh radiasi matahari.
Arus konveksi yang kuat di atmosfer bumi ditandai dengan perubahan kondisi cuaca di seluruh planet. Dengan perbedaan suhu di atmosfer antara daerah kutub dan khatulistiwa, aliran konveksi muncul: aliran jet, angin pasat, front dingin dan hangat.
Perpindahan panas dari inti bumi ke permukaan menyebabkan terjadinya letusan gunung berapi, terjadinya geyser. Di banyak daerah, energi panas bumi digunakan untuk menghasilkan listrik, memanaskan tempat tinggal dan industri.
Adalah panas yang menjadi peserta wajib dalam banyak teknologi produksi. Misalnya, pemrosesan dan peleburan logam, pembuatan makanan, penyulingan minyak, pengoperasian mesin - semua ini dilakukan hanya dengan adanya energi panas.
