Einführung in die Wärmeübertragung: Wie erfolgt die Wärmeübertragung?

Was ist Wärme? Wie erfolgt die Wärmeübertragung? Was sind die Auswirkungen auf die Materie, wenn Wärme von einem Körper auf einen anderen übertragen wird? Folgendes müssen Sie wissen:

Wärmeübertragung ist ein Prozess, bei dem innere Energie von einem Stoff auf einen anderen Stoff übertragen wird. Thermodynamik ist das Studium der Wärmeübertragung und der daraus resultierenden Veränderungen. Ein Verständnis der Wärmeübertragung ist entscheidend für die Analyse von a thermodynamischer ProzessB. solche, die in Wärmekraftmaschinen und Wärmepumpen stattfinden.

Nach der kinetischen Theorie ist die innere Energie einer Substanz entsteht aus der Bewegung einzelner Atome oder Moleküle. Wärmeenergie ist die Energieform, die diese Energie von einem Körper oder System auf einen anderen überträgt. Diese Wärmeübertragung kann auf verschiedene Arten erfolgen:

• Leitung ist, wenn Wärme durch einen erhitzten Feststoff durch a fließt Wärmestrom durch das Material bewegen. Sie können die Leitung beobachten, wenn Sie ein Ofenbrennerelement oder eine Metallstange erhitzen, die von glühend heiß bis weißglühend wechselt.
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• Konvektion ist, wenn erhitzte Partikel Wärme auf eine andere Substanz übertragen, z. B. etwas in kochendem Wasser kochen.
• Strahlung Dies ist der Fall, wenn Wärme durch elektromagnetische Wellen übertragen wird, z. B. von der Sonne. Strahlung kann Wärme durch den leeren Raum übertragen, während die beiden anderen Methoden eine Art Materie-auf-Materie-Kontakt für die Übertragung erfordern.

Damit sich zwei Substanzen gegenseitig beeinflussen, müssen sie sich in befinden thermischer Kontakt miteinander. Wenn Sie Ihren Backofen im eingeschalteten Zustand offen lassen und mehrere Fuß davor stehen, haben Sie thermischen Kontakt mit dem Backofen und können die Wärme spüren, die er auf Sie überträgt (durch Konvektion durch die Luft).

Normalerweise spüren Sie natürlich nicht die Hitze des Ofens, wenn Sie mehrere Fuß entfernt sind, und das liegt daran, dass der Ofen hat Wärmedämmung um die Wärme im Inneren zu halten und so einen thermischen Kontakt mit der Außenseite des Ofens zu verhindern. Dies ist natürlich nicht perfekt. Wenn Sie also in der Nähe stehen, spüren Sie etwas Hitze aus dem Ofen.

Thermisches Gleichgewicht ist, wenn zwei Gegenstände, die in thermischem Kontakt stehen, keine Wärme mehr zwischen ihnen übertragen.

Der grundlegende Effekt der Wärmeübertragung besteht darin, dass die Partikel einer Substanz mit den Partikeln einer anderen Substanz kollidieren. Die energetischere Substanz verliert typischerweise innere Energie (d. H. "Abkühlen"), während die weniger energetische Substanz innere Energie gewinnt (d. H. "Aufheizen").

Die offensichtlichste Auswirkung davon in unserem täglichen Leben ist ein Phasenübergang, bei dem sich eine Substanz von einer ändert Aggregatszustand zu einem anderen, wie als Eis schmelzen von einem Feststoff zu einer Flüssigkeit, da sie Wärme absorbiert. Das Wasser enthält mehr innere Energie (d.h. die Wassermoleküle bewegen sich schneller) als im Eis.

Darüber hinaus gehen viele Substanzen durch Wärmeausdehnung oder Wärmekontraktion wie sie innere Energie gewinnen und verlieren. Wasser (und andere Flüssigkeiten) dehnen sich beim Gefrieren häufig aus, was jeder entdeckt hat, der zu lange ein Getränk mit einer Kappe in den Gefrierschrank gestellt hat.

Das Wärmekapazität eines Objekts hilft zu definieren, wie die Temperatur dieses Objekts auf das Absorbieren oder Übertragen von Wärme reagiert. Wärmekapazität ist definiert als die Änderung der Wärme geteilt durch die Änderung der Temperatur.

Die Wärmeübertragung wird von einigen Grundprinzipien geleitet, die als die bekannt geworden sind Gesetze der Thermodynamik, die definieren, wie sich die Wärmeübertragung auf die von einem System geleistete Arbeit bezieht, und einige Einschränkungen hinsichtlich der Möglichkeiten eines Systems festlegen.

Bearbeitet von Anne Marie Helmenstine, Ph. D.