Zawartość
- Przekazywanie ciepła konwekcyjnego
- Przykłady konwekcji
- Zaawansowana wymiana ciepła
- Przykłady poradnictwa
- Inne rodzaje wymiany ciepła
Jeśli już podniósłeś metalowy uchwyt patelni ogrzewanej przez ogień, doświadczyłeś boleśnie wymiany ciepła. Istnieją cztery sposoby przenoszenia ciepła z jednego obiektu do drugiego: przewodzenie, promieniowanie, konwekcja i adwekcja. Ciepło prawie zawsze płynie z obiektu o najwyższej temperaturze do najniższej temperatury, zmieniając wewnętrzną energię obu podczas procesu. Główną różnicą między konwekcją a adwekcją jest kierunek wymiany.
Czajniczek jest przykładem konwekcyjnego transferu ciepła w systemach gazowych i płynnych (Thinkstock / Comstock / Getty Images)
Przekazywanie ciepła konwekcyjnego
Przekazywanie ciepła konwekcyjnego obejmuje transfer ciepła przez ruch cząstek w ośrodku. To medium musi być gazem lub cieczą, która umożliwia ruch. Konwekcja zawsze przenosi ciepło w płaszczyźnie pionowej, a ruch ten jest wywoływany przez zmiany gęstości medium, a zatem wyporu. Ogrzane cząstki rozszerzają się, zmniejszając gęstość; cząstki te stają się wtedy bardziej dynamiczne niż otaczające je cząstki, co powoduje ich wzrost. W miarę ich wzrostu ciepło jest przekazywane do chłodniejszych części, znajdujących się nad nimi.
Przykłady konwekcji
Przekazywanie ciepła konwekcyjnego następuje, gdy podgrzewana jest miska wody. Cząsteczki wody obok źródła ciepła rozszerzają się. Ta ekspansja zmniejsza ich gęstość i zaczynają rosnąć; to sprawia, że woda w garnku gotuje się. Atmosfera zapewnia również przykład wymiany ciepła przez konwekcję. Gdy pakiet powietrza jest podgrzewany przez energię słoneczną - transfer ciepła przez promieniowanie - pakiet powietrza rozszerza się, zmniejszając jego gęstość. Zwiększa to jego pływalność i powoduje jego wzrost w atmosferze; powoduje to niestabilną atmosferę z pionowym przepływem powietrza.
Zaawansowana wymiana ciepła
Adwekcja wymiany ciepła różni się od konwekcji, ponieważ ruch ciepła jest ograniczony do płaszczyzny poziomej. Ten typ transferu nie jest zasilany przez zmiany gęstości, ale wymaga siły zewnętrznej, takiej jak prądy wiatru lub powietrza, do przemieszczania cząstek z ośrodka. Gdy cząstki poruszają się poziomo w systemach cieplejszych lub zimniejszych, ciepło jest przenoszone.
Przykłady poradnictwa
Głównym przykładem wymiany ciepła adwekcji jest ruch frontów pogodowych. Fronty te reprezentują masy zimnego lub gorącego powietrza przemieszczane poziomo przez wiatry na powierzchni; kiedy te masy powietrza uznają powietrze za cieplejsze lub zimniejsze, ciepło jest wymieniane między systemami. Prądy oceaniczne są kolejnym przykładem wymiany ciepła przez adwekcję. Zamiast pionowo prądy przesuwają gorącą lub zimną wodę w kierunkach poziomych; ponieważ wody te oddziałują z cieplejszymi lub zimniejszymi obszarami wody, ciepło jest wymieniane między nimi.
Inne rodzaje wymiany ciepła
Pozostałe rodzaje wymiany ciepła to: przewodzenie i promieniowanie. Transfery poprzez przewodzenie ciepła z jednego obiektu do drugiego są wykonywane bez ruchu; ciepło jest przenoszone z jednej cząsteczki do drugiej. Ten rodzaj wymiany ciepła występuje tylko w ciałach stałych; przykład gorącej patelni. Przenoszenie ciepła przez promieniowanie obejmuje transfer ciepła przez fale elektromagnetyczne energii. Przykładem promieniowania jest światło słoneczne; kiedy fale uderzają w inne cząstki, zaczynają wibrować lub nagrzewać się.