виды теплопередач физика

1.

Виды теплопередачи в
физике: как тепло движется
в природе

2.

Теплопередача — что это?
Суть процесса
1
Процесс передачи внутренней энергии от более горячего
тела к более холодному без совершения механической
работы.
2
Три ключевых механизма
Теплопроводность, конвекция и тепловое излучение — это
фундаментальные способы переноса энергии.
Взаимодействие в реальности
3
В природе и технике теплопередача практически всегда
происходит одновременно всеми тремя способами, хотя
один может доминировать.

3.

Теплопроводность: передача тепла через тело
Молекулярный
обмен
Среда передачи
Молекулы и атомы с
твердых тел, особенно для
большей кинетической
металлов, где свободные
энергией передают её
электроны обеспечивают
соседним частицам,
высокую теплопроводность.
Наиболее характерна для
обладающим меньшей
энергией, при их
столкновениях.
Классический пример
Металлический стержень, нагретый с одного конца, быстро
передает тепло другому концу, даже если внешняя среда
холодна.

4.

Молекулярный механизм теплопроводности
На схеме показано, как тепловая энергия распространяется через твердый материал. Высокоэнергетические
частицы (красные) в зоне нагрева сталкиваются с соседними, постепенно передавая энергию всей структуре.
Горячий конец
Передача энергии
Охлаждение

5.

Конвекция: тепло в движении
жидкости и газа
Перенос потоками
Принцип циркуляции
Это перенос энергии вместе с
При нагревании плотность
движущимся веществом —
вещества уменьшается (тёплый
потоками (струями) жидкостей
объём), и он поднимается.
или газов.
Холодное, более плотное
вещество опускается, создавая
конвекционные токи.
Примеры в жизни
Кипящая вода в кастрюле, движение воздушных масс над горячей
батареей, а также формирование ветра в атмосфере.

6.

Визуализация конвекции в быту
В чайнике или кастрюле вода нагревается снизу. Горячие слои воды
поднимаются вверх, а более холодные и плотные слои опускаются
вниз, создавая замкнутый конвекционный цикл, который
обеспечивает равномерное кипячение.
Нагрев снизу ускоряет процесс.
Циркуляция делает температуру однородной.
Важный принцип в системах отопления.

7.

Тепловое излучение: тепло без среды
Электромагнитная природа
Работает в вакууме
Глобальный пример
В отличие от теплопроводности
Солнечное тепло,
Передача энергии происходит
и конвекции, излучению не
преодолевающее миллиарды
посредством электромагнитных
нужна материальная среда для
километров вакуума, достигает
волн, в основном в
распространения.
Земли именно благодаря
инфракрасном диапазоне.
излучению.
Любое тело, температура которого выше абсолютного нуля, излучает тепло.

8.

Тепловое излучение: ощущение тепла
Когда вы стоите рядом с костром или греетесь на солнце, вы чувствуете тепло, переданное именно излучением, а
не конвекцией или теплопроводностью.

9.

Формулы и законы теплопередачи
Для количественного описания процессов используются фундаментальные физические законы.
Теплопроводность: Закон
Фурье
Конвекция: Закон НьютонаРихмана
Излучение: Закон СтефанаБольцмана
Описывает скорость
Описывает теплообмен между
Описывает общую мощность
теплопередачи через материал:
поверхностью и жидкостью/газом:
излучения абсолютно черного
тела:
λ — коэффициент
теплопроводности материала.
h — коэффициент теплоотдачи.
Мощность излучения
пропорциональна четвертой
степени абсолютной температуры
T.

10.

Итог: понимание теплопередачи
меняет мир
Основа технологий
1
Теплопередача — это основа работы двигателей внутреннего сгорания,
систем отопления, климат-контроля и даже тепловой защиты
космических аппаратов.
Энергоэффективность
2
Знание и контроль видов теплопередачи помогают создавать
высокоэффективные изоляционные материалы и экономичные
устройства.
Практическое применение
3
Ваша задача — научиться анализировать, какой вид теплопередачи
доминирует в конкретной ситуации, чтобы использовать его силу или
свести его к минимуму!