Các loại truyền nhiệt: hệ số truyền nhiệt

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Bất kỳ cơ thể vật chất nào cũng có đặc tính là nhiệt, có thể tăng và giảm. Nhiệt không phải là một chất vật chất: là một phần nội năng của một chất, nó sinh ra do chuyển động và tương tác của các phân tử. Vì nhiệt của các chất khác nhau có thể khác nhau nên có quá trình truyền nhiệt từ chất nóng hơn sang chất tỏa nhiệt nhỏ hơn. Quá trình này được gọi là quá trình truyền nhiệt. Chúng tôi sẽ xem xét các loại truyền nhiệt chính và cơ chế hoạt động của chúng trong bài viết này.

Xác định truyền nhiệt

Truyền nhiệt, hay quá trình truyền nhiệt độ, có thể xảy ra cả bên trong vật chất và từ chất này sang chất khác. Đồng thời, cường độ truyền nhiệt phần lớn phụ thuộc vào tính chất vật lý của vật chất, nhiệt độ của các chất (nếu một số chất cùng tham gia truyền nhiệt) và các định luật vật lý. Truyền nhiệt là một quá trình luôn tiến hành đơn phương. Nguyên lý truyền nhiệt chính là vật nóng nhất luôn tỏa nhiệt cho vật có nhiệt độ thấp hơn. Ví dụ, khi ủi quần áo, bàn ủi nóngmang lại sự ấm áp cho quần tây, và không ngược lại. Truyền nhiệt là một hiện tượng phụ thuộc vào thời gian, đặc trưng cho sự phân bố nhiệt không thuận nghịch trong không gian.

Cơ chế truyền nhiệt

Cơ chế tương tác nhiệt của các chất có thể ở các dạng khác nhau. Có ba loại truyền nhiệt trong tự nhiên:

1. Dẫn nhiệt là cơ chế truyền nhiệt giữa các phân tử từ bộ phận này sang bộ phận khác hoặc sang vật thể khác. Tính chất dựa trên sự không đồng nhất của nhiệt độ trong các chất được xem xét.
2. Đối lưu - trao đổi nhiệt giữa môi trường chất lỏng (chất lỏng, không khí).
3. Hành động bức xạ là sự truyền nhiệt từ các vật (nguồn) bị đốt nóng và bị đốt nóng do năng lượng của chúng dưới dạng sóng điện từ với quang phổ không đổi.

Hãy xem xét chi tiết hơn các loại truyền nhiệt được liệt kê.

Dẫn nhiệt

Thông thường, sự dẫn nhiệt được quan sát thấy trong chất rắn. Nếu dưới tác động của bất kỳ yếu tố nào, các vùng có nhiệt độ khác nhau xuất hiện trong cùng một chất thì nhiệt năng từ vùng nóng hơn sẽ truyền sang vùng lạnh. Trong một số trường hợp, hiện tượng này thậm chí có thể được quan sát bằng mắt thường. Ví dụ, nếu chúng ta lấy một thanh kim loại, chẳng hạn như một cây kim và đốt nóng nó, thì sau một thời gian, chúng ta sẽ thấy nhiệt năng được truyền qua kim như thế nào, tạo thành sự phát sáng ở một vùng nhất định. Đồng thời, ở nơi có nhiệt độ cao hơn, vật phát sáng sáng hơn, ngược lại, ở nơi có t thấp hơn, vật sáng tối hơn. Sự dẫn nhiệt cũng có thể được quan sát giữa hai cơ thể (một tách trà nóng và một bàn tay)

Cường độ truyền nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó tỷ lệ được tiết lộ bởi nhà toán học người Pháp Fourier. Các yếu tố này chủ yếu bao gồm gradient nhiệt độ (tỷ số giữa chênh lệch nhiệt độ ở hai đầu thanh với khoảng cách từ đầu này đến đầu kia), diện tích mặt cắt ngang của thân và hệ số dẫn nhiệt (nó khác nhau đối với tất cả các chất, nhưng cao nhất được quan sát thấy ở kim loại). Hệ số dẫn nhiệt đáng kể nhất được quan sát thấy trong đồng và nhôm. Không có gì ngạc nhiên khi hai kim loại này thường được sử dụng nhiều hơn trong sản xuất dây dẫn điện. Tuân theo định luật Fourier, thông lượng nhiệt có thể tăng hoặc giảm bằng cách thay đổi một trong các thông số này.

Đối lưu các kiểu truyền nhiệt

Đối lưu, đặc trưng chủ yếu của chất khí và chất lỏng, có hai thành phần: dẫn nhiệt giữa các phân tử và chuyển động (phân bố) của môi chất. Cơ chế hoạt động của đối lưu xảy ra như sau: khi nhiệt độ của chất lưu tăng lên, các phân tử của nó bắt đầu chuyển động tích cực hơn, và khi không có giới hạn về không gian, thể tích của chất đó tăng lên. Hệ quả của quá trình này sẽ là sự giảm khối lượng riêng của chất và chuyển động lên trên của nó. Một ví dụ nổi bật về sự đối lưu là sự chuyển động của không khí được làm nóng bằng bộ tản nhiệt từ pin lên trần nhà.

Phân biệt kiểu truyền nhiệt đối lưu tự do và đối lưu cưỡng bức. Sự truyền nhiệt và chuyển động của khối ở dạng tự do xảy ra do chất không đồng nhất, tức là chất lỏng nóng lên trên chất lạnh tự nhiên.cách mà không bị ảnh hưởng bởi ngoại lực (ví dụ: sưởi ấm phòng với hệ thống sưởi trung tâm). Với đối lưu cưỡng bức, chuyển động của khối xảy ra dưới tác động của ngoại lực, ví dụ như khuấy trà bằng thìa.

Truyền nhiệt bức xạ

Truyền nhiệt bức xạ hoặc bức xạ có thể xảy ra mà không cần tiếp xúc với vật hoặc chất khác, do đó có thể xảy ra ngay cả trong không gian không có không khí (chân không). Sự truyền nhiệt bức xạ vốn có trong mọi vật thể ở mức độ lớn hơn hoặc nhỏ hơn và biểu hiện dưới dạng sóng điện từ với phổ liên tục. Một ví dụ điển hình của điều này là mặt trời. Cơ chế hoạt động như sau: cơ thể liên tục tỏa một lượng nhiệt nhất định ra không gian xung quanh. Khi năng lượng này chạm vào một vật hoặc chất khác, một phần của nó bị hấp thụ, phần thứ hai đi qua và phần thứ ba được phản xạ ra môi trường. Bất kỳ vật nào cũng có thể vừa tỏa nhiệt vừa hấp thụ, trong khi vật tối có khả năng hấp thụ nhiệt nhiều hơn vật sáng.

Cơ chế truyền nhiệt kết hợp

Trong tự nhiên, các loại quá trình truyền nhiệt hiếm khi được tìm thấy riêng biệt. Họ có thể được nhìn thấy cùng nhau thường xuyên hơn. Trong nhiệt động lực học, những sự kết hợp này thậm chí còn có tên, ví dụ, dẫn nhiệt + đối lưu là truyền nhiệt đối lưu, và dẫn nhiệt + bức xạ nhiệt được gọi là truyền nhiệt dẫn điện bức xạ. Ngoài ra, còn có các kiểu truyền nhiệt kết hợp như:

• Tản nhiệt -sự chuyển động của nhiệt năng giữa chất khí hoặc chất lỏng và chất rắn.
• Truyền nhiệt là sự truyền t từ vật chất này sang vật chất khác thông qua một vật cản cơ học.
• Truyền nhiệt đối lưu-bức xạ được hình thành bằng cách kết hợp đối lưu và bức xạ nhiệt.

Các kiểu truyền nhiệt trong tự nhiên (ví dụ)

Truyền nhiệt trong tự nhiên đóng một vai trò rất lớn và không giới hạn ở việc đốt nóng địa cầu bởi tia nắng mặt trời. Các dòng đối lưu mở rộng, chẳng hạn như sự chuyển động của các khối khí, quyết định phần lớn thời tiết trên khắp hành tinh của chúng ta.

Tính dẫn nhiệt của lõi Trái đất dẫn đến sự xuất hiện của các mạch nước phun và sự phun trào của đá núi lửa. Đây chỉ là một vài ví dụ về sự truyền nhiệt trên quy mô toàn cầu. Cùng với nhau, chúng tạo thành các loại truyền nhiệt đối lưu và truyền nhiệt dẫn bức xạ cần thiết để duy trì sự sống trên hành tinh của chúng ta.

Việc sử dụng truyền nhiệt trong các hoạt động nhân chủng học

Nhiệt là một thành phần quan trọng của hầu hết tất cả các quy trình sản xuất. Khó có thể nói loại trao đổi nhiệt nào được con người sử dụng nhiều nhất trong nền kinh tế quốc dân. Có lẽ là cả ba cùng một lúc. Quy trình truyền nhiệt được sử dụng để nấu chảy kim loại, sản xuất ra nhiều loại hàng hóa từ vật dụng hàng ngày đến tàu vũ trụ.

Cực kỳ quan trọng đối với nền văn minh là các đơn vị nhiệt có khả năng chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng hữu ích. Giữachúng có thể được gọi là các đơn vị xăng, dầu diesel, máy nén, tuabin. Đối với công việc của họ, họ sử dụng các loại truyền nhiệt khác nhau.