Mi a hő? Hogyan történik a hőátadás? Milyen hatások vannak az anyagra, amikor a hő átadódik az egyik testből a másikba? Itt van, amit tudnia kell:
Hőátadás meghatározása
A hőátadás egy folyamat, amelynek során az egyik anyagból származó belső energia átadódik egy másik anyaghoz. Termodinamika a hőátadás és az abból eredő változások tanulmányozása. A hőátadás megértése elengedhetetlen az elemzéshez termodinamikai folyamat, például azok, amelyek hőmotorokban és hőszivattyúkban zajlanak.
A hőátadás formái
A kinetikai elmélet szerint a belső energia egy anyagot az egyes atomok vagy molekulák mozgása hoz létre. Hőenergia az energia olyan formája, amely ezt az energiát az egyik testből vagy rendszerből a másikba továbbítja. Ez a hőátadás többféle módon történhet:
- Hővezetés akkor, amikor a hő melegített szilárd anyagon keresztül áramlik át a hőáram áthaladva az anyagon. Megfigyelheti a vezetőképességet egy kályhaégő elem vagy egy fémrúd melegítésekor, amely a vörös forróról a fehér forróra megy.
- Konvekció amikor a hevített részecskék hőt továbbadnak egy másik anyaghoz, például valami forrásban lévő vízben főzhetnek.
- Sugárzás akkor, amikor a hőt átviszik elektromágneses hullámok útján, például a nap által. A sugárzás átjuttathatja a hőt az üres térben, míg a másik két módszer valamilyen típusú anyag-anyag érintkezést igényel az átvitelhez.
Annak érdekében, hogy két anyag befolyásolja egymást, bennük kell lennie hőérintkezés egymással. Ha bekapcsolt állapotban nyitva hagyja a sütőt, és néhány láb előtt áll, hőérintkezésben van a sütővel, és érezheti, hogy a hő átadódik neked (a levegőn keresztül történő konvekció révén).
Általában természetesen nem érzi a kemencéből származó hőt, amikor több láb távol van, és az az oka, hogy a sütő rendelkezik hőszigetelés hogy megőrizze a hőt benne, ezáltal megakadályozza a hőkontaktust a sütő külsejével. Ez természetesen nem tökéletes, tehát ha a közelben állsz, akkor érez némi hőt a sütőből.
Termikus egyensúly akkor, amikor két termikusan érintkező elem nem továbbad hőt közöttük.
A hőátadás hatásai
A hőátadás alapvető hatása az, hogy egy anyag részecskéi ütköznek egy másik anyag részecskéivel. Az energikusabb anyag általában elveszíti a belső energiát (azaz "lehűl"), míg a kevésbé energikus anyag belső energiát nyer (azaz "felmelegszik").
Napi életünkben ennek a legszembetűnőbb hatása a fázisátmenet, amikor egy anyag egyről megváltozik halmazállapot egy másikhoz, ilyenhez jégolvadásként szilárd anyagból folyadékká alakul, mivel felszívja a hőt. A víz több belső energiát tartalmaz (azaz a vízmolekulák gyorsabban mozognak), mint a jégben.
Ezen túlmenően sok anyag megy keresztül akár hőtágulás vagy termikus összehúzódás amint elnyerik és elveszítik a belső energiát. A víz (és más folyadékok) gyakran tágul, amint lefagy, amit bárki, aki túl sokáig italra dugta a kupakot a fagyasztóba, felfedezte.
Hőkapacitás
Az hőkapacitás egy tárgy meghatározása segít meghatározni, hogyan reagál az objektum hőmérséklete a hő elnyelésére vagy továbbítására. Hőkapacitás a hőváltozásnak a hőmérséklet-változással elosztott értékeként határozza meg.
A termodinamika törvényei
A hőátadást néhány olyan alapelv vezérli, amelyek a termodinamikai törvények, amelyek meghatározzák, hogy a hőátadás hogyan kapcsolódik a rendszer által elvégzett munkához, és korlátozásokat szabnak arra, hogy mit lehet elérni egy rendszer.
Szerkesztette Anne Marie Helmenstine, Ph. D.