ประเภทการถ่ายเทความร้อน: ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

วัสดุใดๆ ก็ตามที่มีลักษณะเป็นความร้อนซึ่งสามารถเพิ่มขึ้นหรือลดลงได้ ความร้อนไม่ใช่สสารของวัสดุ: เป็นส่วนหนึ่งของพลังงานภายในของสสาร เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่และปฏิกิริยาของโมเลกุล เนื่องจากความร้อนของสารต่างๆ อาจแตกต่างกัน จึงมีกระบวนการถ่ายเทความร้อนจากสารที่ร้อนกว่าไปยังสารที่มีความร้อนน้อยกว่า กระบวนการนี้เรียกว่าการถ่ายเทความร้อน เราจะพิจารณาประเภทหลักของการถ่ายเทความร้อนและกลไกของการกระทำในบทความนี้

การหาปริมาณการถ่ายเทความร้อน

การถ่ายเทความร้อนหรือกระบวนการถ่ายเทอุณหภูมิสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งภายในและจากสารหนึ่งไปยังอีกสารหนึ่ง ในเวลาเดียวกัน ความเข้มของการถ่ายเทความร้อนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของสสาร อุณหภูมิของสาร (หากสารหลายชนิดมีส่วนร่วมในการถ่ายเทความร้อน) และกฎของฟิสิกส์ การถ่ายเทความร้อนเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเพียงฝ่ายเดียวเสมอ หลักการสำคัญของการถ่ายเทความร้อนคือ ร่างกายที่ร้อนที่สุดจะปล่อยความร้อนไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าเสมอ เช่น เวลารีดผ้า เตารีดร้อนให้ความอบอุ่นแก่กางเกงและไม่ใช่ในทางกลับกัน การถ่ายเทความร้อนเป็นปรากฏการณ์ที่ขึ้นกับเวลาซึ่งกำหนดลักษณะการกระจายความร้อนในอวกาศที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

กลไกการถ่ายเทความร้อน

กลไกของปฏิกิริยาทางความร้อนของสารอาจมีรูปแบบที่แตกต่างกัน การถ่ายเทความร้อนในธรรมชาติมีสามประเภท:

1. การนำความร้อนเป็นกลไกของการถ่ายเทความร้อนระหว่างโมเลกุลจากส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกายไปยังส่วนอื่นหรือไปยังวัตถุอื่น คุณสมบัตินี้พิจารณาจากความไม่สม่ำเสมอของอุณหภูมิในสารที่พิจารณา
2. การพาความร้อน - การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างตัวกลางของไหล (ของเหลว, อากาศ).
3. การแผ่รังสีคือการถ่ายเทความร้อนจากวัตถุที่ให้ความร้อนและความร้อน (แหล่งที่มา) เนื่องจากพลังงานในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีสเปกตรัมคงที่

ลองพิจารณาประเภทการถ่ายเทความร้อนที่ระบุไว้ในรายละเอียดเพิ่มเติม

การนำความร้อน

บ่อยครั้ง การนำความร้อนจะสังเกตเห็นได้ในของแข็ง หากภายใต้อิทธิพลของปัจจัยใดๆ พื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่างกันปรากฏในสารเดียวกัน พลังงานความร้อนจากบริเวณที่ร้อนกว่าจะส่งผ่านไปยังพื้นที่เย็น ในบางกรณี ปรากฏการณ์นี้สามารถสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า ตัวอย่างเช่น หากเราใช้แท่งโลหะ เช่น เข็ม และให้ความร้อนกับไฟ จากนั้นเมื่อเวลาผ่านไป เราจะเห็นว่าพลังงานความร้อนถูกถ่ายเทผ่านเข็มอย่างไร ทำให้เกิดการเรืองแสงในบางพื้นที่ ในเวลาเดียวกัน ในสถานที่ที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น แสงจะสว่างขึ้น และในทางกลับกัน เมื่อ t ต่ำกว่า จะมืดกว่า นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตการนำความร้อนระหว่างร่างกายทั้งสอง (แก้วชาร้อนและมือ)

ความเข้มของการถ่ายเทความร้อนขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ซึ่งอัตราส่วนนี้เปิดเผยโดยฟูริเยร์นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ปัจจัยเหล่านี้ส่วนใหญ่รวมถึงการไล่ระดับอุณหภูมิ (อัตราส่วนของความแตกต่างของอุณหภูมิที่ปลายแท่งกับระยะทางจากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง) พื้นที่หน้าตัดของร่างกายและค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน (มันแตกต่างกันสำหรับสารทั้งหมด แต่มีค่าสูงสุดในโลหะ) ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนที่สำคัญที่สุดพบได้ในทองแดงและอลูมิเนียม ไม่น่าแปลกใจที่โลหะทั้งสองนี้มักใช้ในการผลิตสายไฟฟ้า ตามกฎฟูริเยร์ ฟลักซ์ความร้อนสามารถเพิ่มขึ้นหรือลดลงได้โดยการเปลี่ยนหนึ่งในพารามิเตอร์เหล่านี้

ประเภทการพาความร้อน

การพาความร้อนซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของก๊าซและของเหลวเป็นหลัก มีองค์ประกอบสองอย่าง: การนำความร้อนระหว่างโมเลกุลและการเคลื่อนที่ (การกระจาย) ของตัวกลาง กลไกการหมุนเวียนเกิดขึ้นดังนี้ เมื่ออุณหภูมิของสารของเหลวเพิ่มขึ้น โมเลกุลของสารจะเริ่มเคลื่อนที่อย่างแข็งขันมากขึ้น และหากไม่มีข้อจำกัดเชิงพื้นที่ ปริมาตรของสารจะเพิ่มขึ้น ผลที่ตามมาของกระบวนการนี้จะทำให้ความหนาแน่นของสารลดลงและการเคลื่อนที่ขึ้นด้านบน ตัวอย่างที่โดดเด่นของการพาความร้อนคือการเคลื่อนที่ของอากาศที่ทำความร้อนโดยหม้อน้ำจากแบตเตอรี่ไปยังเพดาน

แยกความแตกต่างระหว่างการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนแบบอิสระและแบบบังคับ การถ่ายเทความร้อนและการเคลื่อนที่ของมวลในชนิดอิสระเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของสาร กล่าวคือ ของเหลวร้อนจะลอยขึ้นเหนือความเย็นตามธรรมชาติโดยไม่ได้รับอิทธิพลจากแรงภายนอก (เช่น การทำความร้อนในห้องที่มีความร้อนจากส่วนกลาง) ด้วยการพาความร้อนแบบบังคับ การเคลื่อนที่ของมวลจะเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก เช่น การกวนชาด้วยช้อน

การถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี

การถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสีหรือการแผ่รังสีอาจเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องสัมผัสกับวัตถุหรือสารอื่น ดังนั้น เป็นไปได้แม้ในพื้นที่สุญญากาศ (สูญญากาศ) การถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีมีอยู่ในร่างกายทั้งหมดไม่ว่าจะมากหรือน้อย และแสดงออกในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีสเปกตรัมต่อเนื่อง ตัวอย่างที่สำคัญของเรื่องนี้คือดวงอาทิตย์ กลไกการออกฤทธิ์มีดังนี้: ร่างกายจะปล่อยความร้อนออกมาอย่างต่อเนื่องจำนวนหนึ่งไปยังพื้นที่โดยรอบ เมื่อพลังงานนี้กระทบวัตถุหรือสารอื่น ส่วนหนึ่งของพลังงานจะถูกดูดซับ ส่วนที่สองจะผ่านไป และส่วนที่สามจะสะท้อนออกสู่สิ่งแวดล้อม วัตถุใดๆ ก็สามารถแผ่ความร้อนและดูดซับได้ ในขณะที่สารมืดสามารถดูดซับความร้อนได้มากกว่าแสง

กลไกการถ่ายเทความร้อนรวม

โดยธรรมชาติแล้ว ประเภทของกระบวนการถ่ายเทความร้อนจะไม่ค่อยพบแยกจากกัน จะได้เห็นคู่กันบ่อยขึ้น ในอุณหพลศาสตร์ ชุดค่าผสมเหล่านี้ยังมีชื่ออยู่ด้วย ตัวอย่างเช่น ค่าการนำความร้อน + การพาความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน และค่าการนำความร้อน + การแผ่รังสีความร้อนเรียกว่าการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี นอกจากนี้ยังมีการถ่ายเทความร้อนแบบผสมผสานเช่น:

• กระจายความร้อน -การเคลื่อนที่ของพลังงานความร้อนระหว่างก๊าซหรือของเหลวกับของแข็ง
• การถ่ายเทความร้อนคือการถ่ายโอน t จากเรื่องหนึ่งไปยังอีกเรื่องหนึ่งผ่านสิ่งกีดขวางทางกล
• การถ่ายเทความร้อนการพาความร้อนเกิดจากการรวมตัวและการแผ่รังสีความร้อน

ประเภทการถ่ายเทความร้อนในธรรมชาติ (ตัวอย่าง)

การถ่ายเทความร้อนในธรรมชาติมีบทบาทอย่างมากและไม่ได้จำกัดอยู่ที่ความร้อนของโลกจากแสงอาทิตย์เท่านั้น กระแสการพาความร้อนที่กว้างขวาง เช่น การเคลื่อนที่ของมวลอากาศ ส่วนใหญ่จะกำหนดสภาพอากาศทั่วโลกของเรา

การนำความร้อนของแกนโลกทำให้เกิดกีย์เซอร์และการปะทุของหินภูเขาไฟ นี่เป็นเพียงตัวอย่างบางส่วนของการถ่ายเทความร้อนในระดับโลก พวกมันรวมกันก่อให้เกิดการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนและการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสีที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตบนโลกของเรา

การใช้การถ่ายเทความร้อนในกิจกรรมทางมานุษยวิทยา

ความร้อนเป็นองค์ประกอบสำคัญของกระบวนการผลิตเกือบทั้งหมด เป็นการยากที่จะบอกว่ามนุษย์ใช้การแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทใดมากที่สุดในระบบเศรษฐกิจของประเทศ น่าจะทั้งสามอย่างพร้อมกัน กระบวนการถ่ายเทความร้อนใช้ในการหลอมโลหะ โดยผลิตสินค้ามากมายตั้งแต่สิ่งของในชีวิตประจำวันไปจนถึงยานอวกาศ

สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับอารยธรรมคือหน่วยความร้อนที่สามารถแปลงพลังงานความร้อนให้เป็นพลังงานที่มีประโยชน์ ท่ามกลางพวกเขาสามารถเรียกได้ว่าน้ำมันเบนซิน, ดีเซล, คอมเพรสเซอร์, หน่วยกังหัน สำหรับงานของพวกเขา พวกเขาใช้การถ่ายเทความร้อนประเภทต่างๆ