Եկեք խոսենք այն մասին, թե ինչ է ջերմափոխանակությունը: Այս տերմինը վերաբերում է նյութի մեջ էներգիայի փոխանցման գործընթացին: Այն բնութագրվում է բարդ մեխանիզմով, որը նկարագրված է ջերմային հավասարմամբ։
Ջերմային փոխանցման տարատեսակներ
Ինչպե՞ս է դասակարգվում ջերմային փոխանցումը: Ջերմահաղորդումը, կոնվեկցիան, ճառագայթումը էներգիայի փոխանցման երեք եղանակներն են, որոնք գոյություն ունեն բնության մեջ:
Նրանցից յուրաքանչյուրն ունի իր առանձնահատուկ առանձնահատկությունները, առանձնահատկությունները, կիրառությունները տեխնոլոգիայի մեջ:
Ջերմային հաղորդունակություն
Ջերմության քանակությունը հասկացվում է որպես մոլեկուլների կինետիկ էներգիայի գումար։ Երբ նրանք բախվում են, նրանք կարողանում են իրենց ջերմության մի մասը փոխանցել սառը մասնիկներին: Ջերմային հաղորդունակությունը առավելագույնս դրսևորվում է պինդ մարմիններում, ավելի քիչ բնորոշ հեղուկներին, բացարձակապես ոչ բնորոշ գազային նյութերին։
Որպես օրինակ, որը հաստատում է պինդ մարմինների՝ ջերմությունը մի տարածքից մյուսը փոխանցելու ունակությունը, դիտարկենք հետևյալ փորձը։
Եթե մետաղական կոճակները ամրացնեք պողպատե մետաղալարի վրա, ապա մետաղալարի ծայրը մոտեցրեք վառվող ոգեղեն լամպի, աստիճանաբար կոճակները կսկսեն ընկնել դրանից: Երբ տաքանում են, մոլեկուլները սկսում են շարժվել ավելի արագ արագությամբ, ավելի հաճախբախվել միմյանց. Հենց այս մասնիկներն են իրենց էներգիան և ջերմությունը տալիս ավելի ցուրտ շրջաններին: Եթե հեղուկներն ու գազերը չեն ապահովում ջերմության բավականաչափ արագ արտահոսք, դա հանգեցնում է տաք տարածաշրջանում ջերմաստիճանի գրադիենտի կտրուկ աճի։
Ջերմային ճառագայթում
Պատասխանելով այն հարցին, թե ջերմափոխանակության ո՞ր տեսակն է ուղեկցվում էներգիայի փոխանցմամբ, անհրաժեշտ է նշել կոնկրետ այս մեթոդը։ Ճառագայթային փոխանցումը ներառում է էներգիայի փոխանցում էլեկտրամագնիսական ճառագայթման միջոցով: Այս տարբերակը դիտվում է 4000 Կ ջերմաստիճանում և նկարագրվում է ջերմահաղորդման հավասարմամբ։ Կլանման գործակիցը կախված է որոշակի գազի քիմիական բաղադրությունից, ջերմաստիճանից, խտությունից:
Օդի ջերմափոխանակությունն ունի որոշակի սահման, էներգիայի հոսքի ավելացման դեպքում ջերմաստիճանի գրադիենտը մեծանում է, կլանման գործակիցը մեծանում է։ Այն բանից հետո, երբ ջերմաստիճանի գրադիենտի արժեքը գերազանցի ադիաբատիկ գրադիենտը, տեղի կունենա կոնվեկցիա:
Ի՞նչ է ջերմության փոխանցումը: Սա տաք առարկայից սառը էներգիա փոխանցելու ֆիզիկական գործընթացն է՝ անմիջական շփման կամ նյութերը բաժանող միջնորմի միջոցով:
Եթե նույն համակարգի մարմիններն ունեն տարբեր ջերմաստիճաններ, ապա էներգիայի փոխանցման գործընթացը տեղի է ունենում այնքան ժամանակ, քանի դեռ նրանց միջև թերմոդինամիկական հավասարակշռություն չի հաստատվել:
Ջերմային փոխանցման առանձնահատկություններ
Ի՞նչ է ջերմության փոխանցումը: Որո՞նք են այս երևույթի առանձնահատկությունները: Դուք չեք կարող ամբողջությամբ դադարեցնել այն, դուք կարող եք միայննվազեցնել դրա արագությունը. Արդյո՞ք ջերմության փոխանցումը օգտագործվում է բնության և տեխնիկայի մեջ: Հենց ջերմության փոխանցումն է ուղեկցում և բնութագրում բազմաթիվ բնական երևույթներ՝ մոլորակների և աստղերի էվոլյուցիան, օդերևութաբանական գործընթացները մեր մոլորակի մակերեսին։ Օրինակ, զանգվածի փոխանակման հետ մեկտեղ, ջերմության փոխանցման գործընթացը թույլ է տալիս վերլուծել գոլորշիացման սառեցումը, չորացումը, դիֆուզիոն: Այն իրականացվում է ջերմային էներգիայի երկու կրիչների միջև ամուր պատի միջով, որը հանդես է գալիս որպես մարմինների միջերես:
Ջերմային փոխանցումը բնության և տեխնոլոգիայի մեջ առանձին մարմնի վիճակի բնութագրման միջոց է, վերլուծելով ջերմադինամիկական համակարգի հատկությունները:
Ֆուրիեի օրենքը
Այն կոչվում է ջերմահաղորդման օրենք, քանի որ այն կապում է ջերմության կորստի ընդհանուր հզորությունը, ջերմաստիճանի տարբերությունը զուգահեռականի խաչմերուկի տարածքի, դրա երկարության, ինչպես նաև ջերմային հաղորդունակության գործակցի հետ։ Օրինակ, վակուումի համար այս ցուցանիշը գրեթե զրոյական է: Այս երեւույթի պատճառը նյութական մասնիկների նվազագույն կոնցենտրացիան է վակուումում, որը կարող է ջերմություն կրել։ Չնայած այս հատկությանը, վակուումում կա ճառագայթման միջոցով էներգիայի փոխանցման տարբերակ: Դիտարկենք ջերմության փոխանցման օգտագործումը թերմոսի հիման վրա: Նրա պատերը կրկնակի են՝ արտացոլման գործընթացը մեծացնելու համար։ Օդը դուրս է մղվում նրանց միջև՝ միաժամանակ նվազեցնելով ջերմության կորուստը։
Կոնվեկցիա
Պատասխանելով այն հարցին, թե ինչ է ջերմության փոխանցումը, հաշվի առեք հեղուկներում ջերմության փոխանցման գործընթացըկամ գազերում՝ ինքնաբուխ կամ հարկադիր խառնմամբ։ Հարկադիր կոնվեկցիայի դեպքում նյութի տեղաշարժը պայմանավորված է արտաքին ուժերի՝ օդափոխիչի շեղբերով, պոմպով: Նմանատիպ տարբերակ օգտագործվում է այն իրավիճակներում, երբ բնական կոնվեկցիան արդյունավետ չէ:
Բնական գործընթաց է նկատվում այն դեպքերում, երբ անհավասար տաքացմամբ տաքացվում են նյութի ստորին շերտերը։ Նրանց խտությունը նվազում է, նրանք բարձրանում են: Վերին շերտերը, ընդհակառակը, սառչում են, ծանրանում, իջնում։ Այնուհետև, գործընթացը կրկնվում է մի քանի անգամ, և խառնվելու ժամանակ նկատվում է ինքնակազմակերպում հորձանուտների կառուցվածքում, կոնվեկցիոն բջիջներից ձևավորվում է կանոնավոր վանդակ։
Բնական կոնվեկցիայի շնորհիվ առաջանում են ամպեր, տեղումներ են ընկնում և տեկտոնական թիթեղները շարժվում են: Հենց կոնվեկցիայի միջոցով են Արեգակի վրա գոյանում հատիկներ։
Ջերմային փոխանցման ճիշտ օգտագործումը ապահովում է ջերմության նվազագույն կորուստ, առավելագույն սպառում։
Կոնվեկցիայի էությունը
Կոնվեկցիան բացատրելու համար կարող եք օգտագործել Արքիմեդի օրենքը, ինչպես նաև պինդ մարմինների և հեղուկների ջերմային ընդարձակումը: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ հեղուկի ծավալը մեծանում է, իսկ խտությունը՝ նվազում։ Արքիմեդյան ուժի ազդեցությամբ ավելի թեթև (տաքացած) հեղուկը դեպի վեր է հակվում, իսկ սառը (խիտ) շերտերն ընկնում են՝ աստիճանաբար տաքանալով։
Երբ հեղուկը տաքացվում է վերևից, տաք հեղուկը մնում է իր սկզբնական դիրքում, ուստի կոնվեկցիա չի նկատվում։ Այսպես է աշխատում ցիկլըհեղուկ, որն ուղեկցվում է ջերմ տարածքներից սառը վայրեր էներգիայի տեղափոխմամբ։ Գազերում կոնվեկցիան տեղի է ունենում նմանատիպ մեխանիզմով։
Թերմոդինամիկական տեսանկյունից կոնվեկցիան համարվում է ջերմափոխանակության տարբերակ, որի դեպքում ներքին էներգիայի փոխանցումը տեղի է ունենում անհավասար տաքացվող նյութերի առանձին հոսքերով։ Նմանատիպ երևույթ հանդիպում է բնության մեջ և առօրյա կյանքում։ Օրինակ՝ ջեռուցման մարտկոցները տեղադրվում են հատակից նվազագույն բարձրության վրա՝ պատուհանագոգին մոտ։
Սառը օդը տաքանում է մարտկոցով, այնուհետև աստիճանաբար վեր է բարձրանում, որտեղ խառնվում է պատուհանից իջնող սառը օդային զանգվածներին։ Կոնվեկցիան հանգեցնում է սենյակում միատեսակ ջերմաստիճանի հաստատմանը:
Մթնոլորտային կոնվեկցիայի տարածված օրինակներից են քամիները՝ մուսսոնները, քամիները: Երկրի որոշ բեկորների վրա տաքացող օդը սառչում է մյուսների վրա, ինչի արդյունքում այն շրջանառվում է, խոնավությունը և էներգիան փոխանցվում են։
Բնական կոնվեկցիայի առանձնահատկությունները
Դրա վրա ազդում են միանգամից մի քանի գործոն։ Օրինակ, բնական կոնվեկցիայի արագության վրա ազդում են Երկրի ամենօրյա շարժումը, ծովային հոսանքները և մակերեսի տեղագրությունը: Հենց կոնվեկցիան հիմք է հանդիսանում հրաբխային խառնարաններից և ծխատար խողովակներից դուրս գալու, լեռների ձևավորման, տարբեր թռչունների ճախրման համար։
Եզրակացություն
Ջերմային ճառագայթումը էլեկտրամագնիսական գործընթաց է՝ շարունակական սպեկտրով, որը արտանետվում է նյութի կողմից, տեղի է ունենում ներքին էներգիայի շնորհիվ։ Ջերմային ճառագայթման հաշվարկներ իրականացնելու համար քՖիզիկան օգտագործում է սև մարմնի մոդելը: Նկարագրեք ջերմային ճառագայթումը, օգտագործելով Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքը: Նման մարմնի ճառագայթման ուժն ուղիղ համեմատական է մարմնի մակերեսին և ջերմաստիճանին՝ վերցված չորրորդ աստիճանին։
Ջերմային հաղորդունակությունը հնարավոր է ցանկացած մարմիններում, որոնք ունեն ջերմաստիճանի ոչ միատեսակ բաշխում: Երևույթի էությունը մոլեկուլների և ատոմների կինետիկ էներգիայի փոփոխությունն է, որը որոշում է մարմնի ջերմաստիճանը։ Որոշ դեպքերում ջերմային հաղորդունակությունը համարվում է որոշակի նյութի ջերմություն փոխանցելու քանակական ունակությունը:
Ջերմային էներգիայի փոխանակման լայնածավալ գործընթացները չեն սահմանափակվում միայն արեգակնային ճառագայթման միջոցով երկրի մակերեսի տաքացմամբ։
Երկրի մթնոլորտում խիստ կոնվեկցիոն հոսանքները բնութագրվում են եղանակային պայմանների փոփոխությամբ ողջ մոլորակի վրա: Բևեռային և հասարակածային շրջանների միջև մթնոլորտի ջերմաստիճանի տարբերությունների դեպքում առաջանում են կոնվեկցիոն հոսքեր՝ ռեակտիվ հոսքեր, առևտրային քամիներ, ցուրտ և տաք ճակատներ:
Երկրի միջուկից ջերմության փոխանցումը մակերևույթ առաջացնում է հրաբխային ժայթքումներ, գեյզերների առաջացում։ Շատ շրջաններում երկրաջերմային էներգիան օգտագործվում է էլեկտրաէներգիա, ջերմություն՝ բնակելի և արդյունաբերական տարածքներ արտադրելու համար։
Շոգն է, որ դառնում է շատ արտադրական տեխնոլոգիաների պարտադիր մասնակից։ Օրինակ՝ մետաղների վերամշակումն ու ձուլումը, սննդամթերքի արտադրությունը, նավթի վերամշակումը, շարժիչների շահագործումը, այս ամենն իրականացվում է միայն ջերմային էներգիայի առկայության դեպքում։
