Как се пренася топлината

Знаете ли, че котлонът излъчва електромагнитно излъчване? Но че вашето собствено тяло е и излъчвател на вълни от инфрачервения диапазон? Как така има устройства, които успяват да видят през нощта, дори в условия на тотална липса на светлина?

Опростявайки нещата, при обяснението на преноса на топлина ще използваме няколко понятия: температура, движение на топлината, топлинна енергия (топлина) и инфрачервено лъчение. Температурата е количеството топлинна енергия на даден материал, мярката на средната му кинетична енергия в резултат на движението на атомите и съставните молекули. Инфрачервеното лъчение представлява областта на електромагнитния спектър с дължини на вълните между 0.7 и 300 µm. Движението на топлина е движение на топлинна енергия от едно място на друго или, по-технически, обмен на вътрешна енергия (енергия, свързана с движението на частици) между системите, участващи в топлообмена. Топлината има тенденция да се премества от по-топло място на по-студено място. Така например въздушните маси се преместват от една област в друга, като понякога образуват силни ветрове, когато температурната разлика е голяма. Топлопредаването се извършва по три начина: радиация, конвекция и проводимост. На микроскопично ниво термичната енергия (топлина) означава кинетичната енергия на частиците на даден материал. Колкото по-висока е термичната възбуда (вибрации и линейно движение на частиците), толкова по-висока е температурата.

Тъй като топлината е форма на енергия, тя се измерва в джаули.

1 джаул = 1 N * m = 1 kg m/s2 * m
1 калория е еквивалентът на енергията, необходима за повишаване на температурата на един грам дестилирана вода от 19,5 на 20,5 ° C.
1 калория = 4186 джаула
1 Висока калория = 1000 калории

Атомите и молекулите са в постоянно движение. В течности и газове атомите се движат много бързо, удряйки се един в друг и ръбовете на контейнера, в който се намират; освен това те вибрират. В твърдите тела атомите не могат да се движат много, задържайки се в матричната структура, специфична за всеки вид твърдо вещество, но вместо това те вибрират.

Обектите излъчват радиация, когато по-енергийните електрони от по-високо атомно ниво спаднат до по-ниско енергийно ниво. Загубата на енергия се причинява от излъчването на фотони, превозни средства с електромагнитно излъчване. Атомите също абсорбират енергия, електроните започват да се движат по-бързо и понякога се издигат до по-високи нива. Всички предмети излъчват или абсорбират радиация. Ако емисията на енергия е по-висока от абсорбцията на енергия, температурата на обекта намалява, а ако емисията е по-ниска от абсорбцията, температурата на обекта се увеличава.

Преносът с помощта на електромагнитно излъчване става, когато топлината се предава от едно тяло на друго, без двете тела да се докосват. Котлон или огън затоплят ръката ви, без да се налага да докосвате чинията или да я поставяте на огъня. Невидими електромагнитни вълни, голяма част от обхвата на инфрачервените вълни, носят топлина от плота до вас. Ръката ви абсорбира радиацията и в резултат на това се загрява.

Всички материали излъчват топлинна енергия в количества, определени от тяхната топлина (Устройствата за нощно виждане, базирани на откриването на топлина, излъчвана от човешкото тяло, не излъчват, а само получават инфрачервено лъчение и го преобразуват в лъчение от видимия спектър). В този случай топлинната енергия се пренася от фотони, превозни средства с електромагнитно излъчване с всякаква честота. Ако температурите на две тела са еднакви, топлообменът вече не се осъществява, установявайки състояние на топлинно равновесие.

Където се сблъскваме с този тип пренос на топлина?

Слънцето затопля Земята чрез слънчева радиация
Една крушка с нажежаема жичка излъчва топлина
Огънят излъчва електромагнитни вълни, през които ние се нагряваме.

Разбира се, посочената по-горе класификация на топлопреминаването не означава, че в природата ще открием или пренос на радиация, или проводимост, или конвекция. Както е показано на снимката по-долу, трите вида могат много добре да съществуват едновременно.

Проводимостта е пренос на топлина между два материала, които влизат в контакт помежду си. Молекулярната кинетична енергия на даден материал (области на даден материал) се прехвърля към друг материал (области от него) с по-ниска кинетична енергия чрез сблъсъци на съставни частици. Този метод е най-важният вид пренос на твърди вещества. Например, ако се осмелите да докоснете котлона, топлопредаването ще се осъществи много бързо, поради голямата температурна разлика между плота и ръката и в зависимост от температурата на плота, вие ще страдате съответно. По този начин можете също да обясните защо дръжката на чайника, с който приготвяте сутрешния си чай, ако не е изработена от материал с нисък индекс на топлопроводимост или не е топлоизолирана, ще се загрее бързо и ще ви трябва кърпа. за да вдигнете чайника от печката. В този случай атомите на дръжката влизат в състояние на вибрация, което чрез сблъсък бързо се прехвърля към съседните атоми.

Някои вещества са добри проводници на топлина, като: сребро, стомана, желязо, мед, докато други са добри изолатори, като дърво, хартия или въздух.

На снимката по-долу е представено движението на атомите на нагрято твърдо вещество, взето от уебсайта pbs.org.

Топлинната конвекция представлява естественото движение на топлината; този вид пренос се отнася за газове или течности. Както може би сте забелязали в собствения си дом, топлият, по-малко плътен въздух има тенденция да се издига, а студеният да се спуска. Този принцип е илюстриран, например, от работата на фурна, където въздухът се нагрява от горелката и след това се издига до горната част на фурната, където се охлажда, слиза отново и цикълът продължава, докато храната е готова.

Конвекцията е това, което координира движението на течност в чайник, например. Тъй като пламъкът на печката действа на дъното на чайника, водата се загрява, вътрешното вълнение става видимо с невъоръжено око и увеличава обема си, докато по-студената и плътна вода на повърхността се спуска, следвайки същия цикъл, който описах по-горе. нагоре в случай на въздух във фурната.

Където срещаме конвекцията?

Един въздушен балон работи на принципа, че горещият въздух е по-лек от студения въздух
В печка на дърва или дървени въглища
Въздушните течения спазват принципа на конвекция
Движението на въздуха в собствения ви дом
Движението на водата от тенджера върху печката го затопли.

Могат ли хората да блестят в тъмното?

Да, дори при липса на светлина, ако имате обикновен уред за нощно виждане, ще имате удоволствието да се разглеждате наоколо, без да се налага да използвате фенерче! Бъдете внимателни, но ще можете да видите само това, което отделя топлина, т.е. инфрачервеното лъчение. Ние, хората, излъчваме електромагнитни вълни с дължина на вълната около 10 микрометра. На снимката по-долу можете да видите снимка, направена от НАСА, инфрачервена, на дете. Разбира се, това, което виждаме, е резултат от трансформацията на устройството от инфрачервена в светлина (разбиране чрез електромагнитно излъчване от видимия спектър), тъй като човешкото око, както вероятно сте разбрали, улавя само вълни от малка площ от електромагнитния спектър.

Лятно пренасяне на топлина и тениска

Черните материали имат характеристиката да поглъщат инфрачервеното лъчение много по-бързо от белите. Ето защо, ако харесвате черно през лятото, би трябвало да харесвате и топлината, защото ризата ви ще се загрее много по-бързо от тази на белия ви колега. Ако черното е модерно, така или иначе не се отказвайте от черното ....

Можете да коментирате използване на акаунта на сайта, от FB, Twitter или Google или като посетител (без регистрация). За посетителите коментарите са умерени (одобрени от администратор).