du vil Laste ned denne artikkelen i PDF-format
Heat transfer er den fysiske handlingen av termisk energi som blir utvekslet mellom to systemer av dissipating varme. Temperatur og flyten av varme er de grunnleggende prinsippene for varmetransport. Mengden av termisk energi tilgjengelig er bestemt av temperatur og varmestrøm representerer bevegelse av termisk energi.
På et mikroskopisk skala, den kinetiske energien til molekylene er direkte forhold til termisk energi., Som temperaturen stiger, molekyler økning i termisk agitasjon manifestert i lineær bevegelse og vibrasjon. Regioner som inneholder høyere kinetisk energi overføre energi til regioner med lavere kinetisk energi. Enkelt sagt, varmeoverføring kan grupperes i tre kategorier: ledning, konveksjon og stråling.
bildet ovenfor, gitt av NASA, understreker hvordan alle tre heat-overføring metoder (ledning, konveksjon og stråling) arbeid i det samme miljøet.
Ledningsevne
Conduction overfører varme direkte via molekylære kollisjon., Et areal større kinetisk energi vil overføring av termisk energi til et område med lavere kinetisk energi. Høyere hastighet partiklene kolliderer med lavere hastighet partikler. Den lavere hastighet partikler vil øke i kinetisk energi som resultat. Ledelse er den vanligste formen for varmeoverføring og skjer via fysisk kontakt. Eksempler vil være å plassere hånden mot et vindu eller på et sted metall inn i en åpen flamme.
prosessen av varmeledning, avhenger av følgende faktorer: temperatur gradient, tverrsnitt av materialet, lengden på reise banen, og fysiske materielle egenskaper., Den temperaturgradient er fysisk størrelse som beskriver retningen og hastigheten på den varme reise. Temperatur flow vil alltid skje fra hotteste å kaldeste eller, som nevnt før, høyere til lavere kinetisk energi. Når det er termisk likevekt mellom de to temperaturforskjeller, termisk overføring stopper.
tverrsnitt og banen til reise både spille en viktig del i ledelse. Jo større størrelsen og lengden på et objekt, jo mer energi som kreves for å varme den. Og jo større overflate areal som er utsatt for, jo mer varme er tapt., Mindre gjenstander med liten tverrprofiler har minimalt varmetap.
Fysiske egenskaper bestemme hvilke materialer overføre varme bedre enn andre. Spesielt, den termiske ledningsevne koeffisient tilsier at en metall materiale skal utføre varme bedre enn klut når det kommer til gjennomføring. Følgende ligning beregner pris for gjennomføring:
Q = /d
hvor Q = varme som overføres per tidsenhet; k = termisk konduktivitet av barriere; A = varme-overføring området, og Thot = temperatur på det varme regionen; Tcold = temperatur på kald-regionen; og d = tykkelse av barrieren.,
En moderne bruk av ledningsforstyrrelser er utviklet av Dr. Gyung-Min Choi ved University of Illinois. Dr. Choi bruker spinn gjeldende for å generere spinn overføring av dreiemoment. Spinn overføring av dreiemoment er overføring av spinn drivmoment generert av ledningsforstyrrelser elektroner til magnetisering av en ferromagnet. I stedet for å bruke magnetiske felt, dette gjør manipulering av nanomagnets med spinn strømninger., (Gjengitt med tillatelse av Alex Jerez, Imaging Technology Group, Den Beckman Institute)
Konveksjon
Når en væske, for eksempel air eller en væske er oppvarmet og så reiser vekk fra kilden, den er bærer av termisk energi sammen. Denne typen av varmeoverføring kalles konveksjon. Væsken over en varm overflate utvider seg, blir mindre tett, og stiger.
På molekylært nivå, molekyler utvide ved innføring av termisk energi. Som temperatur gitt flytende massen øker, volumet av væske må øke med samme faktor. Denne effekten på væske fører til vekt., Som den umiddelbare varm luft stiger, det presser tyngre, kaldere luften ned. Denne serien av hendelser representerer hvordan konveksjon strømmene er dannet. Ligningen for konveksjon priser er beregnet som følger:
Q = hc · A · (Ts – Tf)
hvor Q = varme som overføres per tidsenhet; hc = konvektiv varmeoverføring koeffisient; A = varme-overføring området på overflaten; Ts = temperatur på overflaten; og Tf = temperatur på væsken.
En plass varmeapparatet er en klassisk konveksjon eksempel., Som plass varmeapparatet varmer opp luften som omgir det nær gulvet, vil luften økning i temperatur, utvide og stige til toppen av rommet. Dette styrker ned kjøligere luft, slik at det blir oppvarmet, og dermed skape en konveksjon gjeldende.
Stråling
Termisk stråling genererer fra utslipp av elektromagnetiske bølger. Disse bølgene bærer energien bort fra at det kommer objekt. Stråling oppstår gjennom et vakuum eller noen transparent medium (enten fast eller flytende). Termisk stråling er et direkte resultat av tilfeldige bevegelsene av atomene og molekylene i saken., Bevegelse av ladde protoner og elektroner resulterer i utslipp av elektromagnetisk stråling.
Alle materialer som utstråler termisk energi basert på temperaturen. Jo varmere en gjenstand er, desto mer vil den stråle. Solen er et klart eksempel på varme stråling som overfører varme hele solsystemet. Ved normal romtemperatur, objekter stråle som infrarøde bølger. Temperaturen på objektet påvirker bølgelengde og frekvens av de bestrålte bølger., Når temperaturen øker, bølgelengder innenfor spektra av det som slippes ut stråling redusere og avgir kortere bølgelengder med høyere frekvens stråling. Termisk stråling er beregnet ved hjelp av Stefan-Boltzmann lov:
P = e · σ · A · (Tr4 – Tc4)
hvor P = netto utstrålt effekt; A = stråler området; Tr = temperaturen på radiatoren; Tc = temperatur i omgivelsene; e = emissivity, og σ = Stefan er konstant.
Emissivity for en ideell radiatoren har en verdi på 1. Vanlige materialer som har lavere emissivity verdier. Eloksert aluminium har en emissivity verdien 0.,9 mens kobber er 0.04.
Solcelle eller photovoltaic cell, omdanner energien i lys til elektrisitet via den fotovoltaiske effekten. Lys absorberes og pirrer electrcon til en høyere energi tilstand og elektrisk potensial er produsert av separasjon av kostnader. Effektiviteten av solcellepaneler har økt i de siste årene. Faktisk, de som i dag blir produsert av SolarCity, et selskap co-grunnlagt av Elon Musk er på 22%.
Emissivity er definert som et objekt effektivitet i emitting energi som termisk stråling., Det er forholdet, ved en gitt temperatur, av termisk stråling fra en overflate for stråling fra en ideell sort overflate som bestemmes av Stefan-Boltzmann loven. Stefan er konstant er bestemt av konstanter i naturen. Verdien av den konstante er som følger: