СПОСОБИ ТЕПЛООБМІНУ МІЖ ТЕПЛОФІЗИЧНИМИ СИСТЕМАМИ.

Передача тепла від одного тіла до іншого (або між частинами одного і того ж тіла) відбувається тільки при наявності різниці температур.В процесі теплової взаємодії тіл, у відповідності з другим законом термодинаміки, теплота вільно передається від точки з більш високою температурою до точки тіла з більш низькою температурою. При вирівнюванні температур теплообмін припиняється.

Закони термодинаміки показують, що в природі існують процеси протікаючи вільно лише в одному напрямку і оборотність таких процесів можлива лише за рахунок витрат енергії.

Існує три основні способи розповсюдження тепла у просторі (рис.1):

1. Теплопровідність

2. Конвекція

3. Випромінювання (променевий теплообмін)

Рис. 1.1

1.1. Теплопровідність - властивість речовин і матеріалів передавати тепло за рахунок взаємодій молекул (атомів) при їх хаотичному русі на відстані, які можуть бути порівняні з їх розмірами.

Теплопровідністю тепло передається в газах, рідинах і твердих тілах.

У твердих тілах передача тепла теплопровідністю ґрунтується на двох механізмах:

- рух електронів (для провідників струму)

- коливний рух атомів (молекул) навколо рівноважного стану (пружні хвилі).Такий механізм передачі притаманний діелектрикам.

У газах і рідинах теплопровідність обумовлена переносом кількості руху за рахунок сил в’язкого тертя.

1.2. Конвекція- процес обміну теплом, який характеризується переносом групи молекул якоїсь рідини або газу, внаслідок зміни густини, в область більш низьких температур. Такий рух відбувається під дією виштовхувальної сили Архімеда. В такому випадку конвекцію називають вільною.

Якщо змішування нагрітих і холодних частин рідини відбувається за рахунок зовнішньої сили, то конвекцію називають вимушеною.

Приклади:

Вільна конвекція:

· Нагрівання молекул повітря від поверхні землі чи води, їх рух у повітряному океані (ранкові та вечірні бризи).

· Нагрівання води у чайнику, повітря в кімнаті від радіаторів опалення (кондиціонери встановлюють високо, біля стелі приміщення, а радіатори опалення ближче до підлоги).

· Язики полум’я утворені конвекційними потоками продуктів згоряння. Без конвекції процес горіння будь-якої речовини може протікати лише завдяки дифузії (подача окисника у зону горіння).

Вимушена конвекція:

· Створюється при охолодженні двигунів внутрішнього згоряння за допомогою водяних насосів (помпа), вентиляторів для обдуву обігрівачів, радіаторів тощо.

· При ліквідації внутрішніх пожеж використовують димососи, які призначені для видалення їдкого, ядовитого диму, та зменшення середньооб’ємної температури в приміщенні.

1.3. Випромінювання(променевий теплообмін)-передача тепла за допомогою електромагнітних хвиль, яка відбувається в три етапи:

1. Народження електромагнітних хвиль в результаті прискореного руху заряджених частинок речовини.

2. Поширення хвиль у просторі (хвилі переносять енергію)

3. Поглинання електромагнітних хвиль поверхнями речовин, на які вони потрапляють.

Приклади:

· Теплообмін між Сонцем і планетами сонячної системи. Сонячні промені попадаючи крізь прозорі вікна в кімнату нагрівають різні предмети від яких нагрівається повітря в кімнаті.

· Підходячи близько до вогнища відчуваємо тепло на обличчі і руках.

· Тепло що випромінює лампа накалювання.

· При пожежах, коли температура сягає 800^оС і вище, близько 80% тепла, що виділяється, передається випромінюванням.

· Деякі тварини здатні бачити теплові (інфрачервоні ) промені, що дозволяє їм орієнтуватись та знаходити здобич у ночі. Це повянано з тим, що протягом дня різні тіла накопичують тепло, яке у нічний час віддають оточуючому середовищу з різною інтенсивністю. Живі істоти, на відміну від інших тіл, зберігають температуру сталою, тому постійно випромінюють у навколишнє середовище енергію певної потужності. На цьому принципі працюють прилади нічного бачення та тепловізори.