Introducere în transferul de căldură Cum se transferă căldura?

Ce este căldura? Cum are loc transferul de căldură? Care sunt efectele asupra materiei atunci când se transferă căldura de la un corp la altul? Iată ce trebuie să știți:

Definiția transferului de căldură

Transferul de căldură este un proces prin care energia internă dintr-o substanță se transferă la alta. Termodinamica este studiul transferului de căldură și modificările care rezultă din aceasta. Înțelegerea transferului de căldură este crucială pentru analizarea unui proces termodinamic, cum ar fi cele care au loc la motoarele de căldură și la pompele de căldură.

Forme de transfer de căldură

Conform teoriei cinetice, energia internă a unei substanțe este generată de mișcarea atomilor sau moleculelor individuale. Energia de căldură este forma de energie care transferă această energie de la un corp sau sistem la altul. Acest transfer de căldură poate avea loc în mai multe moduri:

• conducție este atunci când căldura curge printr-un solid încălzit printr-un curent de căldură care se deplasează prin material. Puteți observa conducta atunci când încălziți un element arzător de sobă sau o bară de metal, care trece de la roșu la cald la alb.
• Convecție este atunci când particulele încălzite transferă căldura într-o altă substanță, cum ar fi gătirea în apă clocotită.
• radiație este atunci când căldura este transferată prin unde electromagnetice, cum ar fi de la soare. Radiația poate transfera căldura prin spațiul gol, în timp ce celelalte două metode necesită o anumită formă de contact materie pentru transfer pentru transfer.

Pentru ca două substanțe să se afecteze reciproc, acestea trebuie să fie înăuntru contact termic unul cu altul. Dacă lăsați cuptorul deschis când sunteți pornit și stați mai mulți picioare în fața acestuia, sunteți în contact termic cu cuptorul și puteți simți căldura pe care o transferă (prin convecție prin aer).

În mod normal, desigur, nu simți căldura din cuptor când ești la mai mulți metri distanță și asta se datorează faptului că cuptorul are izolație termică pentru a menține căldura în interiorul acesteia, prevenind astfel contactul termic cu exteriorul cuptorului. Desigur, acest lucru nu este perfect, așa că dacă stai în apropiere simți căldură din cuptor.

Echilibru termic este atunci când două elemente care sunt în contact termic nu mai transferă căldură între ele.

Efectele transferului de căldură

Efectul de bază al transferului de căldură este că particulele unei substanțe se ciocnesc cu particulele altei substanțe. Substanța mai energică va pierde în mod obișnuit energie internă (adică „răcire”), în timp ce substanța mai puțin energică va câștiga energie internă (adică „se încălzește”).

Cel mai flagrant efect al acestui lucru în viața noastră de zi cu zi este o tranziție de fază, în care o substanță se schimbă de la o stare a materiei la alta, precum topirea gheții de la un solid la un lichid, deoarece absoarbe căldura. Apa conține mai multă energie internă (adică moleculele de apă se mișcă mai repede) decât în ​​gheață.

În plus, multe substanțe trec prin oricare dintre acestea expansiune termică sau contracția termică pe măsură ce câștigă și pierd energie internă. Apa (și alte lichide) se extinde adesea pe măsură ce îngheață, pe care oricine a băut o băutură cu capac în congelator pentru prea mult timp a descoperit.

Capacitate de căldură

capacitatea de căldură a unui obiect ajută la definirea modului în care temperatura acelui obiect răspunde la absorbția sau transmiterea căldurii. Capacitatea de căldură este definită ca schimbarea căldurii împărțită la schimbarea temperaturii.

Legile termodinamicii

Transferul de căldură este ghidat de câteva principii de bază, care au devenit cunoscute sub denumirea de legi ale termodinamicii, care definesc modul în care transferul de căldură se raportează la lucrările efectuate de un sistem și pun unele limitări asupra a ceea ce este posibil pentru un sistem să realizeze.

Editat de Anne Marie Helmenstine, doctorat.