13 przykładów wymiany ciepła: szczegółowe wyjaśnienia

W tym artykule omówiono przykłady wymiany ciepła. Wymiana ciepła to dziedzina inżynierii cieplnej zajmująca się wytwarzaniem, wykorzystaniem i wymianą energii cieplnej z jednego systemu do drugiego.

Ciepło można przenosić na wiele sposobów. Najbardziej znanymi metodami są przewodzenie, konwekcja i promieniowanie. W tym artykule omówimy różne sposoby wymiany ciepła, a następnie omówimy przykłady wymiany ciepła, które widzimy w naszym codziennym życiu.

• Nasza skóra nagrzewa się po wyjściu na światło słoneczne
• Wrzątek
• Termometr
• Palimy się po dotknięciu gorącej patelni
• Woda nagrzewa się po wyjściu na gorące słońce
• Jedzenie nagrzewa się po podgrzaniu w kuchence mikrofalowej
• Jedzenie stygnie, gdy zostanie pozostawione w pokoju?
• Filiżanka herbaty nagrzewa się po nalaniu herbaty
• Telefon nagrzewa się, gdy jego bateria się nagrzewa
• Ładowarka telefonu nagrzewa się, gdy przewody w środku nagrzewają się
• Telewizor nagrzewa się, gdy jego cewka nagrzewa się po nadmiernym użytkowaniu
• pożar lasu
• Lód topi się po zanurzeniu w ciepłym napoju
• Parowiec

Co to jest wymiana ciepła?

Jak omówiono powyżej, ciepło przenieść to dział inżynierii cieplnej, który zajmuje się wytwarzaniem ciepła, wykorzystaniem ciepła oraz przenoszeniem ciepła przez różne układy fizyczne.

Ciepło niekoniecznie potrzebuje medium, aby przenieść się z jednego systemu do drugiego. Systemy te mają różne temperatury. Ciepło będzie przepływać z systemu o wysokiej temperaturze do systemu o niższej temperaturze. W dalszej części tego artykułu omówimy jego rodzaje.

Kredyty obrazkowe: Kmecfiunit, cmglee, Przepuszczalność ciepła2, CC BY-SA 4.0

Tryby wymiany ciepła

Ciepło można przenosić z jednego systemu do drugiego na wiele sposobów. Niektóre metody wymagają medium, podczas gdy niektóre metody, takie jak promieniowanie, nie wymagają żadnego medium do wymiany ciepła.

Różne metody wymiany ciepła podano poniżej w następujący sposób:

• Przewodzenie – Przewodnictwo to sposób przekazywania ciepła, podczas którego ciepło jest przenoszone przez układy, gdy stykają się one ze sobą. Cząsteczki tych układów wibrują i poprzez te wibracje przekazują energię. Wibracje zanikają jednak wraz ze wzrostem odległości, co dowodzi, że przewodzenie jest odwrotnie proporcjonalne do długości systemów.
• Konwekcja – konwekcja to proces wymiany ciepła za pomocą ruchomych płynów. Kiedy zalewamy ciało ciepłą wodą, a mięśnie się rozluźniają, dzieje się tak dzięki konwekcji ciepła z wody do naszej skóry.
• Promieniowanie – Promieniowanie to proces wymiany ciepła, w którym ciepło jest przekazywane bez pomocy jakiegokolwiek medium lub fizycznego kontaktu między systemami.

Przykłady wymiany ciepła

Przenikanie ciepła odbywa się niemal wszędzie wokół nas w codziennym życiu. Poniżej podano najczęściej spotykane przykłady wymiany ciepła:

Nasza skóra nagrzewa się po wyjściu na światło słoneczne

Ciepło emitowane przez Słońce zostaje wypromieniowane w kierunku Ziemi. To wypromieniowane ciepło jest pochłaniane przez naszą skórę i dlatego czujemy ciepło, gdy wychodzimy na zewnątrz na światło słoneczne. Długie ekspozycje mogą nawet poparzyć skórę (przykładem jest opalanie).

Stalowa łyżka nagrzewa się po kontakcie z gorącym pojemnikiem

Kiedy stalowa łyżka jest utrzymywana w kontakcie z gorącym pojemnikiem, stalowa łyżka nagrzewa się z powodu wymiany ciepła przez przewodzenie. Ponieważ stalowa łyżka jest dobrym przewodnikiem ciepła, ciepło jest łatwo przenoszone na stal, powodując wyższą temperaturę stalowej łyżki.

Wrzątek

Woda jest gotowana zarówno na zasadzie konwekcji, jak i przewodzenia. Naczynie, w którym przechowywana jest woda, najpierw nagrzewa się. Wynika to z przewodzenia ciepła. Następnie woda zostaje podgrzana w wyniku wymiany ciepła pomiędzy powierzchnią wody a gorącym naczyniem. Pozostała woda nagrzewa się w procesie konwekcji.

Termometr

W termometrze poziom rtęci wzrasta, gdy ciepło z ciała jest do niego przekazywane. Wzrost Merkurego służy do określenia temperatury naszego ciała.

Palimy się po dotknięciu gorącej patelni

Kiedy patelnia jest gorąca i dotykamy jej, czasami jest nam gorąco lub czasami parzymy ręce. Wynika to z wymiany ciepła zachodzącej w wyniku przewodzenia. Ciepło z gorącej patelni jest przenoszone na naszą skórę, gdy stykamy się z patelnią.

Woda nagrzewa się po wyjściu na gorące słońce

Kiedy zostawiamy wodę wystawiona na działanie gorącego słońca, ciepło wypromieniowane przez Słońce powoduje, że woda staje się ciepła. Dzieje się tak, ponieważ woda pochłania wypromieniowane ciepło, co z kolei powoduje, że staje się ciepła. Z tego samego powodu jest nam gorąco po wyjściu z domu w upale.

Jedzenie nagrzewa się po podgrzaniu w kuchence mikrofalowej

Kuchenka mikrofalowa służy do podgrzewania żywności. Kuchenka mikrofalowa wysyła fale, które sprawiają, że jedzenie jest ciepłe. Cały ten proces wymiany ciepła odbywa się w formie promieniowania.

Jedzenie stygnie, gdy zostanie pozostawione w pokoju?

Kiedy zostawiamy nietknięte jedzenie w naszym pokoju, wtedy jedzenie próbuje zrobić Równowaga termiczna z otoczeniem, co dzieje się poprzez obniżanie temperatury jedzenia. W miarę ochładzania się żywności ustala się równowaga termiczna. Jest to również przykład wymiany ciepła, ponieważ ciepło jest przenoszone z żywności do otoczenia.

Filiżanka herbaty nagrzewa się po nalaniu herbaty

Po nalaniu herbaty do kubka następuje przewodzenie między zewnętrzną warstwą herbaty a powierzchnią kubka. W ten sposób ciepło przekazywane jest z herbaty do filiżanki, w wyniku czego filiżanka staje się gorąca.

Telefon nagrzewa się, gdy jego bateria się nagrzewa

Gdy bateria nagrzewa się z powodu dłuższej pracy telefonu, telefon również się nagrzewa. Dzieje się tak, ponieważ bateria ma kontakt z telefonem komórkowym. Ciepło przekazywane jest z baterii do telefonu za pomocą przewodnictwa.

Ładowarka telefonu nagrzewa się, gdy przewody w środku nagrzewają się

Przewody wewnątrz adaptera ładowarki nagrzewają się z powodu nadmiernego ładowania. Przewody te stykają się z adapterem od wewnątrz, w ten sposób następuje wymiana ciepła na skutek przewodzenia, a adapter z kolei również się nagrzewa.

Telewizor nagrzewa się, gdy jego cewka nagrzewa się po nadmiernym użytkowaniu

Po nadmiernym użytkowaniu cewki wewnątrz telewizora nagrzewają się. Cewka stykająca się z wnętrzem telewizora sprawia, że ​​telewizor również jest gorący. Dlatego zaleca się oglądanie telewizji pod kontrolą.

pożar lasu

Gdy ciepło słoneczne jest bardzo silne, suche liście mogą się zapalić z powodu nadmiernego ciepła. To jest przykład promieniowania wymiana ciepła. Należy pamiętać, że promieniowanie może również spowodować pożar!

Lód topi się po zanurzeniu w ciepłym napoju

Po zanurzeniu lodu w ciepłym napoju następuje konwekcja pomiędzy lodem a napojem, co powoduje wyższą temperaturę lodu. Powoduje to topnienie lodu.

Parowiec

Steamer to urządzenie, które emituje parę. Ta para służy do usuwania przeziębienia, leczenia skóry itp ciepło z pary przenosi się do naszej skóry za pomocą konwekcji. Para przenosi ze sobą ciepło i przenosi je na skórę w kontakcie z nią.

Przykłady wymiany ciepła przez promieniowanie

Promieniowanie ciepła nie styka się fizycznie z obydwoma systemami, ani nie wymaga medium, aby przenieść ciepło z jednego systemu do drugiego. Zobaczmy kilka przykładów wymiany ciepła promieniowania podanych poniżej:

• Gorący metalowy pręt przenoszący ciepło do otoczenia – Kiedy metalowy pręt jest rozgrzany, oddaje ciepło do otoczenia, to przekazywanie ciepła odbywa się za pomocą promieniowania. Jeśli zbliżymy rękę do metalowego pręta, poczujemy gorąco nawet bez dotykania go.
• Mikrofala – Żywność jest podgrzewana w kuchence mikrofalowej w wyniku wymiany ciepła przez promieniowanie. Mikrofale wewnątrz kuchenki mikrofalowej podgrzewają żywność za pomocą promieniowania.
• Promieniowanie słoneczne UV – Promieniowanie słoneczne UV to promieniowanie emitowane przez słońce. Promieniowanie to można wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą paneli słonecznych. Nawet nasza skóra nagrzewa się pod wpływem promieniowania UV. Wynika to wyłącznie z wymiany ciepła przez promieniowanie.
• Emisja promieni gamma – Promienie gamma są rodzajem fali em. Fale te po wyemitowaniu poruszają się na zasadzie promieniowania.
• Światło emitowane przez lampę żarową -Światło żarówek jest przykładem promieniowania, ponieważ czujemy ciepło stojąc obok lampy, nawet jej nie dotykając.
• Ciepło wydobywające się z ogniska – Ognisko to mały, kontrolowany ogień, który służy do ogrzania nas w chłodne dni. Wymiana ciepła odbywa się za pomocą promieniowania. Nie dotykamy ognia ogniska, ale wciąż czujemy wydzielane przez nie ciepło.
• Ciepło emitowane przez grzejnik – Chłodnica w pojeździe nagrzewa się, gdy pojazd przejechał za dużo. Ciepło emitowane z grzejnika jest przez nas odczuwalne. Wynika to z przenoszenia ciepła przez promieniowanie. Nie dotykamy fizycznie grzejnika, ale nadal czujemy ciepło.

Przeczytaj Więcej Całkowity współczynnik przenikania ciepła.