มาดูว่าการถ่ายเทความร้อนคืออะไร คำนี้หมายถึงกระบวนการถ่ายเทพลังงานในเรื่อง มีลักษณะเป็นกลไกที่ซับซ้อน อธิบายโดยสมการความร้อน
การถ่ายเทความร้อนแบบต่างๆ
การถ่ายเทความร้อนจำแนกอย่างไร? การนำความร้อน การพาความร้อน การแผ่รังสีเป็นสามโหมดของการถ่ายเทพลังงานที่มีอยู่ในธรรมชาติ
แต่ละอันมีลักษณะเฉพาะ ฟีเจอร์ การใช้งานในเทคโนโลยีต่างกัน
การนำความร้อน
ปริมาณความร้อนเป็นผลรวมของพลังงานจลน์ของโมเลกุล เมื่อชนกัน พวกมันสามารถถ่ายเทความร้อนบางส่วนไปยังอนุภาคเย็นได้ ค่าการนำความร้อนจะแสดงออกมาอย่างสูงสุดในของแข็ง ซึ่งโดยทั่วไปจะน้อยกว่าสำหรับของเหลว และไม่ใช่แบบปกติสำหรับสารที่เป็นก๊าซ
เป็นตัวอย่างที่ยืนยันความสามารถของของแข็งในการถ่ายเทความร้อนจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ให้พิจารณาการทดลองต่อไปนี้
ถ้าคุณซ่อมกระดุมโลหะบนลวดเหล็ก ให้นำปลายลวดมาที่ตะเกียงวิญญาณที่กำลังลุกไหม้ ค่อยๆ กระดุมจะเริ่มหลุดออกจากมัน เมื่อถูกความร้อน โมเลกุลจะเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เร็วขึ้น บ่อยขึ้นชนกัน. อนุภาคเหล่านี้ให้พลังงานและความร้อนแก่บริเวณที่เย็นกว่า หากของเหลวและก๊าซไม่ให้ความร้อนไหลออกอย่างรวดเร็วเพียงพอ สิ่งนี้จะทำให้การไล่ระดับอุณหภูมิในภูมิภาคร้อนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
การแผ่รังสีความร้อน
เมื่อตอบคำถามว่าการถ่ายเทความร้อนแบบใดที่มาพร้อมกับการถ่ายเทพลังงาน จำเป็นต้องสังเกตวิธีการนี้โดยเฉพาะ การถ่ายโอนการแผ่รังสีเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานโดยการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ตัวแปรนี้สังเกตพบที่อุณหภูมิ 4000 K และอธิบายโดยสมการการนำความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี อุณหภูมิ ความหนาแน่นของก๊าซบางชนิด
การถ่ายเทความร้อนของอากาศมีขีดจำกัด โดยการไหลของพลังงานที่เพิ่มขึ้น การไล่ระดับอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนจะเพิ่มขึ้น หลังจากที่ค่าการไล่ระดับอุณหภูมิเกินระดับความลาดชันแบบอะเดียแบติก การพาความร้อนจะเกิดขึ้น
การถ่ายเทความร้อนคืออะไร? นี่คือกระบวนการทางกายภาพของการถ่ายโอนพลังงานจากวัตถุร้อนไปยังวัตถุเย็นโดยการสัมผัสโดยตรงหรือผ่านพาร์ติชั่นที่แยกวัสดุออกจากกัน
หากตัวระบบเดียวกันมีอุณหภูมิต่างกัน กระบวนการถ่ายเทพลังงานจะเกิดขึ้นจนกว่าจะมีการสร้างสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ระหว่างกัน
คุณสมบัติการถ่ายเทความร้อน
การถ่ายเทความร้อนคืออะไร? ลักษณะเด่นของปรากฏการณ์นี้คืออะไร? คุณไม่สามารถหยุดมันได้อย่างสมบูรณ์ คุณทำได้เพียงลดความเร็วลง? การถ่ายเทความร้อนใช้ในธรรมชาติและเทคโนโลยีหรือไม่? เป็นการถ่ายเทความร้อนที่มาพร้อมกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติหลายประการ: วิวัฒนาการของดาวเคราะห์และดวงดาว กระบวนการอุตุนิยมวิทยาบนพื้นผิวโลกของเรา ตัวอย่างเช่น กระบวนการถ่ายเทความร้อนร่วมกับการแลกเปลี่ยนมวล ช่วยให้คุณสามารถวิเคราะห์การทำความเย็นแบบระเหย การทำให้แห้ง การแพร่กระจาย มันดำเนินการระหว่างตัวพาพลังงานความร้อนสองตัวผ่านผนังทึบซึ่งทำหน้าที่เป็นส่วนต่อประสานระหว่างร่างกาย
การถ่ายเทความร้อนในธรรมชาติและเทคโนโลยีเป็นวิธีการแสดงลักษณะเฉพาะของร่างกายแต่ละบุคคล การวิเคราะห์คุณสมบัติของระบบเทอร์โมไดนามิก
กฎฟูเรียร์
เรียกว่ากฎการนำความร้อน เพราะมันเชื่อมโยงกำลังทั้งหมดของการสูญเสียความร้อน ความแตกต่างของอุณหภูมิกับพื้นที่หน้าตัดของท่อคู่ขนาน ความยาว และค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนด้วย ตัวอย่างเช่น สำหรับสุญญากาศ ตัวบ่งชี้นี้เกือบเป็นศูนย์ สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือความเข้มข้นขั้นต่ำของอนุภาควัสดุในสุญญากาศที่สามารถพาความร้อนได้ แม้จะมีคุณลักษณะนี้ แต่ในสุญญากาศก็มีการถ่ายเทพลังงานที่หลากหลายโดยการแผ่รังสี พิจารณาการใช้การถ่ายเทความร้อนบนพื้นฐานของกระติกน้ำร้อน ผนังของมันถูกสร้างเป็นสองเท่าเพื่อเพิ่มกระบวนการสะท้อน อากาศถูกสูบออกระหว่างกัน ในขณะที่ลดการสูญเสียความร้อน
การพาความร้อน
ตอบคำถามว่าการถ่ายเทความร้อนคืออะไร ให้พิจารณากระบวนการถ่ายเทความร้อนในของเหลวหรือในก๊าซโดยการผสมที่เกิดขึ้นเองหรือแบบบังคับ ในกรณีของการพาความร้อนแบบบังคับ การเคลื่อนที่ของสสารเกิดจากการกระทำของแรงภายนอก ได้แก่ ใบพัดลม ปั๊ม ตัวเลือกที่คล้ายกันนี้ใช้ในสถานการณ์ที่การพาความร้อนตามธรรมชาติไม่ได้ผล
กระบวนการทางธรรมชาติจะสังเกตได้ในกรณีเหล่านี้เมื่อความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ ชั้นล่างของสารได้รับความร้อน ความหนาแน่นลดลงและเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันชั้นบนจะเย็นลงหนักขึ้นและจมลง นอกจากนี้ กระบวนการนี้ทำซ้ำหลายครั้ง และในระหว่างการผสม จะสังเกตเห็นการจัดระเบียบตนเองในโครงสร้างของกระแสน้ำวน ตาข่ายปกติจะก่อตัวขึ้นจากเซลล์พาความร้อน
เนื่องจากการพาความร้อนตามธรรมชาติ การก่อตัวของเมฆ การตกตะกอน และการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก เกิดจากการพาความร้อนที่เม็ดเล็กๆ ก่อตัวขึ้นบนดวงอาทิตย์
การใช้การถ่ายเทความร้อนอย่างเหมาะสมทำให้สูญเสียความร้อนน้อยที่สุด บริโภคสูงสุด
สาระสำคัญของการพาความร้อน
ในการอธิบายการพาความร้อน คุณสามารถใช้กฎของอาร์คิมิดีสได้ เช่นเดียวกับการขยายตัวทางความร้อนของของแข็งและของเหลว เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ปริมาตรของของเหลวจะเพิ่มขึ้นและความหนาแน่นลดลง ภายใต้อิทธิพลของแรงของอาร์คิมิดีส ของเหลวที่เบากว่า (ที่ถูกให้ความร้อน) จะพุ่งสูงขึ้น และชั้นที่เย็น (หนาแน่น) จะตกลงมา ค่อยๆ อุ่นขึ้น
เมื่อของเหลวถูกทำให้ร้อนจากด้านบน ของเหลวอุ่นจะยังคงอยู่ที่ตำแหน่งเดิม ดังนั้นจึงไม่มีการพาความร้อน นี่คือวิธีการทำงานของวงจรของเหลวซึ่งมาพร้อมกับการถ่ายโอนพลังงานจากบริเวณที่อบอุ่นไปยังที่เย็น ในก๊าซ การพาความร้อนเกิดขึ้นตามกลไกที่คล้ายกัน
จากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์ การพาความร้อนถือเป็นรูปแบบหนึ่งของการถ่ายเทความร้อน ซึ่งการถ่ายเทพลังงานภายในเกิดขึ้นจากการไหลของสารที่ให้ความร้อนไม่สม่ำเสมอ ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันเกิดขึ้นในธรรมชาติและในชีวิตประจำวัน ตัวอย่างเช่น มีการติดตั้งเครื่องทำความร้อนหม้อน้ำที่ความสูงขั้นต่ำจากพื้นใกล้กับขอบหน้าต่าง
อากาศเย็นถูกทำให้ร้อนขึ้นด้วยแบตเตอรี่ แล้วค่อยๆ สูงขึ้น โดยที่อากาศจะผสมกับมวลอากาศเย็นที่ลงมาจากหน้าต่าง การพาความร้อนนำไปสู่การสร้างอุณหภูมิที่สม่ำเสมอในห้อง
ในตัวอย่างทั่วไปของการพาความร้อนคือลม: มรสุม ลมพัด อากาศที่ร้อนขึ้นเหนือชิ้นส่วนของโลกบางส่วนจะเย็นตัวลงเหนือส่วนอื่นๆ อันเป็นผลมาจากการที่อากาศหมุนเวียน ความชื้นและพลังงานจะถูกถ่ายเท
คุณลักษณะของการพาความร้อนตามธรรมชาติ
มันได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัยในคราวเดียว ตัวอย่างเช่น อัตราการพาความร้อนตามธรรมชาติได้รับผลกระทบจากการเคลื่อนที่ของโลก กระแสน้ำทะเล และภูมิประเทศพื้นผิวในแต่ละวัน เป็นการพาความร้อนที่เป็นพื้นฐานสำหรับการออกจากปล่องภูเขาไฟและท่อควัน การก่อตัวของภูเขา การทะยานของนกต่างๆ
สรุป
การแผ่รังสีความร้อนเป็นกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีสเปกตรัมต่อเนื่องซึ่งปล่อยออกมาจากสสาร เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานภายใน เพื่อดำเนินการคำนวณการแผ่รังสีความร้อนในฟิสิกส์ใช้แบบจำลองวัตถุสีดำ อธิบายการแผ่รังสีความร้อนโดยใช้กฎ Stefan-Boltzmann พลังงานรังสีของร่างกายดังกล่าวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ผิวและอุณหภูมิของร่างกาย นำมาเป็นกำลังที่สี่
การนำความร้อนเป็นไปได้ในตัววัตถุใดๆ ที่มีการกระจายอุณหภูมิไม่สม่ำเสมอ สาระสำคัญของปรากฏการณ์นี้คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของโมเลกุลและอะตอมซึ่งเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิของร่างกาย ในบางกรณี ค่าการนำความร้อนถือเป็นความสามารถเชิงปริมาณของสารบางชนิดในการนำความร้อน
กระบวนการแลกเปลี่ยนพลังงานความร้อนขนาดใหญ่ไม่ได้จำกัดอยู่ที่ความร้อนที่พื้นผิวโลกโดยรังสีแสงอาทิตย์
กระแสการพาความร้อนที่รุนแรงในชั้นบรรยากาศของโลกมีลักษณะเฉพาะจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศทั่วโลก ด้วยความแตกต่างของอุณหภูมิในบรรยากาศระหว่างบริเวณขั้วโลกและบริเวณเส้นศูนย์สูตร ทำให้เกิดกระแสหมุนเวียน: กระแสน้ำไหลเชี่ยว ลมค้าขาย แนวรบที่หนาวเย็นและอบอุ่น
การถ่ายเทความร้อนจากแกนโลกสู่พื้นผิวทำให้เกิดภูเขาไฟระเบิด เกิดน้ำพุร้อนไกเซอร์ ในหลายภูมิภาค พลังงานความร้อนใต้พิภพถูกใช้เพื่อผลิตไฟฟ้า ให้ความร้อนแก่อาคารพักอาศัยและโรงงานอุตสาหกรรม
ความร้อนที่กลายเป็นส่วนสำคัญในเทคโนโลยีการผลิตหลายอย่าง ตัวอย่างเช่น การแปรรูปและการหลอมโลหะ การผลิตอาหาร การกลั่นน้ำมัน การทำงานของเครื่องยนต์ ทั้งหมดนี้ดำเนินการในที่ที่มีพลังงานความร้อนเท่านั้น