Úvod do přenosu tepla: Jak probíhá přenos tepla?

Co je to teplo? Jak probíhá přenos tepla? Jaké jsou účinky na hmotu při přenosu tepla z jednoho těla na druhé? Co potřebujete vědět:

Definice přenosu tepla

Přenos tepla je proces, kterým se vnitřní energie z jedné látky přenáší na jinou látku. Termodynamika je studium přenosu tepla a změn, které z toho vyplývají. Porozumění přenosu tepla je zásadní pro analýzu a termodynamický proces, jako jsou ty, které se odehrávají v tepelných motorech a tepelných čerpadlech.

Formy přenosu tepla

Podle kinetické teorie, vnitřní energie látka je generována z pohybu jednotlivých atomů nebo molekul. Tepelná energie je forma energie, která přenáší tuto energii z jednoho těla nebo systému do druhého. Tento přenos tepla může probíhat několika způsoby:

  • Vedení je, když teplo protéká zahřátou pevnou látkou skrz a tepelný proud pohybující se materiálem. Můžete pozorovat vodivost při zahřívání prvku hořáku nebo kovové tyče, která přechází z červené na bílou.
  • Proudění je, když zahřáté částice přenášejí teplo na jinou látku, jako je například vaření něco ve vroucí vodě.
  • Záření je, když je teplo přenášeno elektromagnetickými vlnami, například ze slunce. Záření může přenášet teplo prázdným prostorem, zatímco další dvě metody vyžadují pro přenos určitou formu kontaktu mezi hmotou.

Aby se dvě látky navzájem ovlivnily, musí být uvnitř tepelný kontakt jeden s druhým. Pokud necháte troubu otevřenou, když je zapnutá, a stojíte několik metrů před ní, jste v troubě v tepelném kontaktu a můžete cítit teplo, které se na vás přenáší (prouděním vzduchem).

Normálně samozřejmě necítíte teplo z trouby, když jste několik stop odtud, a to proto, že má trouba tepelná izolace udržovat teplo uvnitř, a tím zabránit tepelnému kontaktu s vnější stranou pece. To samozřejmě není dokonalé, takže pokud stojíte poblíž, cítíte z trouby nějaké teplo.

Tepelná rovnováha je, když dvě položky, které jsou v tepelném kontaktu, již mezi nimi nepřenášejí teplo.

Účinky přenosu tepla

Základním efektem přenosu tepla je to, že částice jedné látky se srazí s částicemi jiné látky. Energičtější látka obvykle ztratí vnitřní energii (tj. „Vychladne“), zatímco méně energetická látka získá vnitřní energii (tj. „Zahřeje se“).

Nejzřetelnějším účinkem tohoto v našem každodenním životě je fázový přechod, kdy se látka mění od jednoho stav hmoty k jinému, takový jako tání ledu z pevné látky do kapaliny, protože absorbuje teplo. Voda obsahuje více vnitřní energie (tj. molekuly vody se pohybují rychleji) než v ledu.

Kromě toho prochází také mnoho látek teplotní roztažnost nebo tepelné kontrakce jak získávají a ztrácí vnitřní energii. Voda (a jiné tekutiny) se často zvětšuje, protože mrzne, což objevil každý, kdo do mrazničky vložil nápoj s uzávěrem příliš dlouho.

Tepelná kapacita

tepelná kapacita objektu pomáhá definovat, jak jeho teplota reaguje na absorbování nebo přenos tepla. Tepelná kapacita je definována jako změna tepla dělená změnou teploty.

Termodynamické zákony

Přenos tepla se řídí některými základními principy, které se staly známými jako termodynamické zákony, které definují, jak souvisí přenos tepla s prací prováděnou systémem a omezují určitá omezení toho, čeho je možné systému dosáhnout.

Editoval Anne Marie Helmenstine, Ph. D.