Топлообмен

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене

Топлообменът е физичен процес, при който се осъществява пренос на топлина от тяло с по-висока към тяло с по-ниска температура. Може да се осъществи посредством топлопроводност (при твърди тела), конвекция (при флуиди) и лъчение.


Топлопроводност[редактиране | edit source]

При топлопроводността (наричана още кондукция) се осъществява топлообмен между тела с различна температура които са в директен контакт едно с друго. Топлинната енергия се предава от тялото с по-висока температура (т.е. с повече топлинна енергия) на тялото с по-ниска температура. Процесът продължава докато температурите на телата в системата не се изравнят. Топлопровеждане изобщо протича винаги когато съществува температурен градиент в една система от непрекъсната материя.

Топлинната енергия всъщност е кинетичната енергия на трептящите градивни частици на материята. Топлопроводността съответно представлява пренос на тази кинетична енергия и се осъществява при хаотичните сблъсъци на частиците.

Конвекция[редактиране | edit source]

Конвекцията е топлообмен подпомогнат от механичното движение на частиците в рамките на флуид (газ или течност). Тя винаги е съпровождана от топлопроводност. За разлика от твърдите тела, веществото във флуидите може да се движи свободно в своя обем което способства за по-интензивна топлопроводност.   За това някои смятат, че обмена на топлина при конвекцията става на макро ниво. За разлика от топлопроводността (при твърдите тела), за които се счита, че обменът става на микро ниво.

Естествената или свободна конвекция се дължи на архимедова сила|архимедовите сили възникващи поради разлика в плътността на части от флуида с различни температури. По-топлата част има по-малка плътност, съответно е по-лека, и затова започва конвективното и придвижване нагоре. В резултат по-топлите частици на флуида влизат в контакт с много по-студените частици в горния слой на флуида при което съпровождащата топлопроводност е много по-интензивна. При липса на конвекция частиците влизат в контакт само със съседните на тях, между които има по-малка температурна разлика съответно по-бавена топлопроводност. Тъй като архимедовите сили възникват само в гравитационно поле така и естествената конвекция също е невъзможна без наличието на такова поле.

Принудената конвекция, от своя страна, се дължи на механичното разбъркване на флуида посредством бъркалки, вентилатори, помпи и др.

Лъчение[редактиране | edit source]

Топлообменът чрез лъчение се дължи на топлинното излъчване на телата и последващото поглъщане на тази енергия от други тела. Излъчване настъпва заради постоянните взаимни сблъсъци на градивните частици на нагрятото тяло в следствие на което те преминават в състояние с по-висока енергия. При последващото им връщане в по-нискоенергитично състояние, се освобождава енергия във вид на фотони. Тези фотони могат да се погълнат от друго тяло при което то повишава своята температура. Всички тела с температура над абсолютната нула излъчват топлина, така че резултатния топлообмен зависи както от скоростта на излъчване на отделните тела в една система, така и от тяхната абсорбционна способност. Големината на излъчваната енергия е правопропорционална на температурата на тялото.

Чрез лъчение се извършва топлообмен между Слънцето и Земята.

Исторически развитие на схващанията за топлообмен[редактиране | edit source]

Преди време се е считало, че топлинната енергия не се преобразува от един вид в друг. Смятало се е, че топлината се съдържа в особен вид материя - топлород. Тази субстанция подобно на флуид просто се преливала от едно тяло на друго. Думата калория идва именно от тук - с calorie на латински се означава топлород.

Примери за топлообмен[редактиране | edit source]

Топлообменът е от голямо значение за науката и практиката. Като се започне от направата на дрехи и се стигне до обмена на топлина в Слънцето. Субективното ни усещане за топло и студено, което е приближение на реалната температура на също се влияе от способността на телата да обменят топлина. Например зимните дрехи задържат въздух в дебелите си стени, който е лош проводник на топлина. Ако намокрим дрехите си, ни става студено заради по-голямата топлопроводимост на водата която е изместила въздуха в дрехите. Вятърът представлява конвективно движение на въздуха което способства за ускоряване на топлообмена и затова в студено и ветровито време ни е по-студено отколкото когато не е ветровито.

Вижте също[редактиране | edit source]