Նրանք ունեն վատ ջերմային հաղորդակցություն: Ուսանողների գիտահետազոտական ​​և ստեղծագործական աշխատանքների II միջազգային մրցույթ «Սկսել գիտ

Ջերմային էներգիան այն տերմինն է, որը մենք օգտագործում ենք օբյեկտում մոլեկուլների ակտիվության մակարդակը նկարագրելու համար: Աճող գրգռումը, այսպես թե այնպես, կապված է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, մինչդեռ սառը առարկաներում ատոմները շատ ավելի դանդաղ են շարժվում։

Ջերմության փոխանցման օրինակներ կարելի է գտնել ամենուր՝ բնության մեջ, տեխնոլոգիայի և Առօրյա կյանք.

Ջերմային փոխանցման օրինակներ

Ջերմության փոխանցման ամենամեծ օրինակը արևն է, որը տաքացնում է Երկիր մոլորակը և դրա վրա գտնվող ամեն ինչ։ Առօրյա կյանքում դուք կարող եք գտնել բազմաթիվ նմանատիպ տարբերակներ, միայն շատ ավելի քիչ գլոբալ իմաստով: Այսպիսով, ջերմության փոխանցման ի՞նչ օրինակներ կարելի է դիտարկել առօրյա կյանքում:

Ահա դրանցից մի քանիսը.

Ջերմությունը շարժում է

Ջերմային հոսքերը մշտական ​​շարժման մեջ են: Դրանց փոխանցման հիմնական ուղիները կարելի է անվանել կոնվենցիա, ճառագայթում և անցում։ Եկեք նայենք այս հասկացություններին ավելի մանրամասն:

Ի՞նչ է հաղորդունակությունը:

Հավանաբար, շատերը մեկ անգամ չէ, որ նկատել են, որ նույն սենյակում հատակին դիպչելու սենսացիաները կարող են բոլորովին այլ լինել: Գորգի վրայով քայլելը հաճելի է և ջերմ, բայց եթե ոտքերով զուգարան ես մտնում, նկատելի զովությունն անմիջապես կենսուրախության զգացում է տալիս։ Միայն ոչ այն դեպքում, երբ կա հատակային ջեռուցում։

Այսպիսով, ինչու է սալիկապատված մակերեսը սառչում: Ամեն ինչ ջերմահաղորդման մասին է: Սա ջերմության փոխանցման երեք տեսակներից մեկն է: Ամեն անգամ, երբ երկու օբյեկտ տարբեր ջերմաստիճաններշփվում են միմյանց հետ, նրանց միջև կանցնի ջերմային էներգիա։ Ջերմության փոխանցման օրինակները այս դեպքում ներառում են հետևյալը. բռնվելով մետաղյա ափսեից, որի մյուս ծայրը կտեղադրվի մոմի բոցի վրա, ժամանակի ընթացքում դուք կարող եք զգալ այրոց և ցավ, իսկ այն պահին, երբ դիպչել եք մոմի բոցին: եռացող ջրի կաթսայի երկաթե բռնակ, կարող եք այրվել:

Հաղորդունակության գործոններ

Լավ կամ վատ հաղորդունակությունը կախված է մի քանի գործոններից.

• Նյութի տեսակը և որակը, որից պատրաստված են առարկաները:
• Երկու առարկաների մակերեսը, որոնք շփվում են:
• Ջերմաստիճանի տարբերություն երկու օբյեկտների միջև:
• Օբյեկտների հաստությունը և չափը:

Հավասարման ձևով այն ունի հետևյալ տեսքը. Ջերմության փոխանցման արագությունը դեպի օբյեկտ հավասար է այն նյութի ջերմային հաղորդունակությանը, որից պատրաստված է առարկան, բազմապատկելով շփման մակերեսի մակերեսը, երկու անգամ երկու օբյեկտների միջև ջերմաստիճանի տարբերությանը, և բաժանվում է նյութի հաստությամբ: Ամեն ինչ պարզ է.

Հաղորդունակության օրինակներ

Ջերմության ուղղակի փոխանցումը մի առարկայից մյուսը կոչվում է հաղորդունակություն, իսկ այն նյութերը, որոնք լավ են փոխանցում ջերմությունը՝ հաղորդիչներ: Որոշ նյութեր և նյութեր լավ չեն կարողանում հաղթահարել այս խնդիրը, դրանք կոչվում են մեկուսիչներ: Դրանք ներառում են փայտ, պլաստիկ, ապակեպլաստե և նույնիսկ օդ: Ինչպես գիտեք, մեկուսիչները իրականում չեն դադարեցնում ջերմության հոսքը, այլ պարզապես դանդաղեցնում են այն այս կամ այն ​​աստիճանով:

Կոնվեկցիա

Ջերմային փոխանցման այս տեսակը, ինչպես կոնվեկցիան, տեղի է ունենում բոլոր հեղուկներում և գազերում: Ջերմության փոխանցման նման օրինակներ կարող եք գտնել բնության մեջ և առօրյա կյանքում։ Երբ հեղուկը տաքանում է, ներքևի մոլեկուլները էներգիա են ստանում և ավելի արագ են շարժվում, ինչի արդյունքում խտությունը նվազում է: Ջերմ հեղուկի մոլեկուլները սկսում են շարժվել դեպի վեր, մինչդեռ հովացուցիչը (ավելի խիտ հեղուկը) սկսում է սուզվել: Այն բանից հետո, երբ սառը մոլեկուլները հասնում են հատակին, նրանք կրկին ստանում են էներգիայի իրենց բաժինը և նորից հակված դեպի վերև: Ցիկլը շարունակվում է այնքան ժամանակ, քանի դեռ ներքևում կա ջերմության աղբյուր:

Բնության մեջ ջերմության փոխանցման օրինակները ներառում են հետևյալը. հատուկ սարքավորված այրիչի օգնությամբ տաք օդը, լրացնելով օդապարիկի տարածքը, կարող է ամբողջ կառույցը բարձրացնել բավականաչափ բարձր բարձրության վրա, բանն այն է, որ տաք օդը ավելի թեթև է, քան սառը: օդ.

Ճառագայթում

Երբ նստում ես կրակի առաջ, քեզ ջերմացնում է նրանից բխող ջերմությունը։ Նույնը տեղի է ունենում, եթե ձեր ափը մոտեցնեք այրվող լամպին՝ առանց դրան դիպչելու: Դուք նույնպես ջերմություն կզգաք։ Առօրյա կյանքում և բնության մեջ ջերմության փոխանցման ամենամեծ օրինակները առաջնորդվում են արևային էներգիայով: Ամեն օր արևի ջերմությունն անցնում է 146 միլիոն կմ դատարկ տարածության միջով մինչև բուն Երկիր: Դա մեր մոլորակի վրա այսօր գոյություն ունեցող կյանքի բոլոր ձևերի և համակարգերի շարժիչ ուժն է: Առանց փոխանցման այս եղանակի, մենք մեծ դժվարությունների մեջ կհայտնվեինք, և աշխարհը չէր լինի այնպիսին, ինչպիսին մենք գիտենք:

Ճառագայթումը ջերմության փոխանցումն է էլեկտրամագնիսական ալիքների միջոցով, լինի դա ռադիոալիքներ, ինֆրակարմիր, ռենտգենյան ճառագայթներ կամ նույնիսկ տեսանելի լույս: Բոլոր առարկաները արտանետում և կլանում են ճառագայթային էներգիա, ներառյալ ինքը՝ մարդը, բայց ոչ բոլոր առարկաներն ու նյութերը հավասարապես լավ են կարողանում հաղթահարել այս խնդիրը: Առօրյա կյանքում ջերմության փոխանցման օրինակներ կարելի է համարել սովորական ալեհավաքի օգտագործմամբ: Որպես կանոն, այն, ինչ լավ ճառագայթում է, լավ է նաև ներծծվում։ Ինչ վերաբերում է Երկրին, ապա այն էներգիա է ստանում արևից, այնուհետև այն վերադարձնում է տիեզերք։ Այս պայծառ էներգիան կոչվում է երկրային ճառագայթում, և դա է, որ հնարավոր է դարձնում կյանքը մոլորակի վրա:

Բնության մեջ ջերմության փոխանցման օրինակներ, կենցաղ, տեխնոլոգիա

Էներգիայի, մասնավորապես ջերմային էներգիայի փոխանցումը բոլոր ինժեներների ուսումնասիրության հիմնարար ոլորտն է: Ճառագայթումը Երկիրը դարձնում է բնակելի և ապահովում է վերականգնվող արևային էներգիա: Կոնվեկցիան մեխանիկայի հիմքն է, պատասխանատու է շենքերում օդի հոսքի և տներում օդի փոխանակման համար: Հաղորդունակությունը թույլ է տալիս տաքացնել տապակը՝ պարզապես դնելով կրակի վրա։

Տեխնոլոգիայում և բնության մեջ ջերմության փոխանցման բազմաթիվ օրինակներ ակնհայտ են և հանդիպում են մեր աշխարհում ամենուր: Գրեթե բոլորն էլ կարևոր դեր են խաղում հատկապես մեքենաշինության ոլորտում։ Օրինակ, շենքի օդափոխության համակարգը նախագծելիս ինժեներները հաշվարկում են ջերմության փոխանցումը շրջակա շենքից, ինչպես նաև ներքին ջերմության փոխանցումը: Բացի այդ, նրանք ընտրում են նյութեր, որոնք նվազագույնի են հասցնում կամ առավելագույնի հասցնում ջերմության փոխանցումը առանձին բաղադրիչների միջոցով՝ արդյունավետությունը օպտիմալացնելու համար:

Գոլորշիացում

Երբ հեղուկի (օրինակ՝ ջրի) ատոմները կամ մոլեկուլները ենթարկվում են գազի զգալի ծավալի, նրանք հակված են ինքնաբերաբար մտնել գազային վիճակ կամ գոլորշիանալ։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ մոլեկուլները պատահական արագությամբ անընդհատ շարժվում են տարբեր ուղղություններով և բախվում միմյանց: Այս գործընթացների ընթացքում նրանցից ոմանք ստանում են կինետիկ էներգիա, որը բավարար է ջերմության աղբյուրից ետ մղելու համար:

Այնուամենայնիվ, ոչ բոլոր մոլեկուլները ժամանակ ունեն գոլորշիանալու և ջրի գոլորշի դառնալու համար: Ամեն ինչ կախված է ջերմաստիճանից։ Այսպիսով, բաժակի ջուրն ավելի դանդաղ է գոլորշիանալու, քան վառարանի վրա տաքացրած թավայի մեջ։ Եռացող ջուրը մեծապես մեծացնում է մոլեկուլների էներգիան, որն իր հերթին արագացնում է գոլորշիացման գործընթացը։

Հիմնական հասկացություններ

• Հաղորդումը ջերմության փոխանցումն է նյութի միջոցով ատոմների կամ մոլեկուլների միջև անմիջական շփման միջոցով:
• Կոնվեկցիան ջերմության փոխանցումն է գազի (օրինակ՝ օդի) կամ հեղուկի (օրինակ՝ ջրի) շրջանառության միջոցով։
• Ճառագայթումը կլանված և արտացոլված ջերմության քանակի տարբերությունն է: Այս ունակությունը մեծապես կախված է գույնից, սև առարկաները ավելի շատ ջերմություն են կլանում, քան թեթևները:
• Գոլորշիացումն այն գործընթացն է, որով հեղուկ վիճակում գտնվող ատոմները կամ մոլեկուլները բավականաչափ էներգիա են ստանում գազ կամ գոլորշի դառնալու համար:
• գազեր են, որոնք փակում են արևի ջերմությունը Երկրի մթնոլորտում՝ առաջացնելով ջերմոցային էֆեկտ: Կան երկու հիմնական կատեգորիաներ՝ ջրային գոլորշի և ածխաթթու գազ:
• անսահման ռեսուրսներ են, որոնք արագ և բնականաբար համալրվում են: Դրանք ներառում են բնության և տեխնոլոգիայի մեջ ջերմության փոխանցման հետևյալ օրինակները՝ քամիները և արևային էներգիան:
• Ջերմային հաղորդունակությունը նյութի փոխանցման արագությունն է ջերմային էներգիաձեր միջոցով:
• Ջերմային հավասարակշռությունը մի վիճակ է, երբ համակարգի բոլոր մասերը գտնվում են նույն ջերմաստիճանում:

Կիրառումը գործնականում

Բնության և տեխնոլոգիայի մեջ ջերմության փոխանցման բազմաթիվ օրինակներ (վերևում գտնվող նկարները) ցույց են տալիս, որ այդ գործընթացները պետք է լավ ուսումնասիրվեն և ծառայեցվեն լավ: Ինժեներները կիրառում են ջերմության փոխանցման սկզբունքների մասին իրենց գիտելիքները, ուսումնասիրում են նոր տեխնոլոգիաներ, որոնք ներառում են վերականգնվող ռեսուրսների օգտագործումը և ավելի քիչ խանգարող միջավայրը. Հիմնական բանը հասկանալն է, որ էներգիայի փոխանցումը անսահման հնարավորություններ է բացում ինժեներական լուծումների համար և դրանից դուրս:

Ներքին էներգիան, ինչպես ցանկացած տեսակի էներգիա, կարող է փոխանցվել մի մարմնից մյուսը:Ներքին էներգիան կարող է փոխանցվել նաև մարմնի մի մասից մյուսը։ Այսպիսով, օրինակ, եթե եղունգի մի ծայրը տաքացվի կրակի մեջ, ապա նրա մյուս ծայրը, որը գտնվում է ձեռքում, աստիճանաբար կջերմանա և այրվի ձեռքը։ Ներքին էներգիայի փոխանցման երևույթը մարմնի մի մասից մյուսը կամ մի մարմնից մյուսը, երբ դրանք անմիջական շփման մեջ են, կոչվում է ջերմահաղորդում։
Եկեք ուսումնասիրենք այս երևույթը՝ կատարելով մի շարք փորձեր պինդ, հեղուկների և գազերի հետ: Փայտե փայտի ծայրը մտցնենք կրակի մեջ։ Այն կբռնկվի։ Փայտի մյուս ծայրը, որը դրսում է, սառը կլինի։ Այսպիսով, ծառն ունի վատ ջերմային հաղորդունակություն. Մենք բարակ ապակյա ձողի ծայրը հասցնում ենք սպիրտային լամպի բոցին։ Որոշ ժամանակ անց այն կտաքանա, իսկ մյուս ծայրը կմնա սառը։ Հետեւաբար, ապակին նույնպես վատ ջերմահաղորդունակություն ունի։ Եթե ​​մետաղյա ձողի ծայրը տաքացնենք բոցի մեջ, ապա շատ շուտով ամբողջ ձողը շատ կտաքանա։ Մենք այլևս չենք կարող այն պահել մեր ձեռքերում։ Սա նշանակում է, որ մետաղները լավ են փոխանցում ջերմությունը, այսինքն՝ ունեն բարձր ջերմահաղորդականություն։ Ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունըունեն արծաթ և պղինձ:
Դիտարկենք ջերմության փոխանցումը պինդ մարմնի մի մասից մյուսը հետևյալ փորձի ժամանակ։ Մենք ամրացնում ենք հաստի մի ծայրը պղնձի մետաղալարեռոտանի մեջ։ Մոմով մետաղալարին մի քանի մեխակ ամրացրեք (նկ. 6): Երբ լարերի ազատ ծայրը տաքացվում է սպիրտային լամպի բոցի մեջ, մոմը կհալվի։ Մեխակները աստիճանաբար կընկնեն։ Նախ կվերանան նրանք, որոնք ավելի մոտ են կրակին, հետո մնացածը հերթով։ Եկեք պարզենք, թե ինչպես է էներգիան փոխանցվում մետաղալարով: Մետաղական մասնիկների տատանողական շարժման արագությունը մեծանում է մետաղալարի այն հատվածում, որն ավելի մոտ է բոցին։ Քանի որ մասնիկները մշտապես փոխազդում են միմյանց հետ, հարեւան մասնիկների շարժման արագությունը մեծանում է։ Հաղորդալարի հաջորդ մասի ջերմաստիճանը սկսում է բարձրանալ և այլն։Պետք է հիշել, որ ջերմային հաղորդման ժամանակ նյութի տեղափոխում չի կատարվում մարմնի մի ծայրից մյուսը։ Այժմ դիտարկենք հեղուկների ջերմային հաղորդունակությունը: Վերցրեք փորձանոթը ջրով և սկսեք տաքացնել դրա վերին մասը։ Մակերեւույթի ջուրը շուտով եռալու է, իսկ փորձանոթի հատակին այս ընթացքում այն ​​միայն տաքանալու է (նկ. 7): Սա նշանակում է, որ հեղուկներն ունեն ցածր ջերմային հաղորդունակություն, բացառությամբ սնդիկի և հալած մետաղների: Դա պայմանավորված է նրանով, որ հեղուկներում մոլեկուլները գտնվում են միմյանցից ավելի մեծ հեռավորության վրա, քան հեղուկներում։ պինդ նյութեր. Մենք ուսումնասիրում ենք գազերի ջերմային հաղորդունակությունը:
Չոր փորձանոթ ենք դնում մատի վրա և տաքացնում ենք սպիրտային լամպի կրակի մեջ՝ ներքևից վեր (նկ. 8)։ Մատը երկար ժամանակ չի տաքանա։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ գազի մոլեկուլների միջև հեռավորությունը նույնիսկ ավելի մեծ է, քան հեղուկների և պինդ մարմինների հեռավորությունը: Հետեւաբար, գազերի ջերմահաղորդունակությունն էլ ավելի քիչ է։ Այսպիսով, ջերմային հաղորդունակությունը տարբեր նյութերտարբեր. Նկար 9-ում ցուցադրված փորձը ցույց է տալիս, որ տարբեր մետաղների ջերմային հաղորդունակությունը նույնը չէ: Բուրդը, մազերը, թռչնի փետուրները, թուղթը, խցանափայտը և այլն ունեն վատ ջերմահաղորդություն։ ծակոտկեն մարմիններ. Դա պայմանավորված է նրանով, որ օդը պարունակվում է այդ նյութերի մանրաթելերի միջև: Վակուումը (օդից ազատված տարածությունը) ունի ամենացածր ջերմային հաղորդունակությունը։


Սա բացատրվում է նրանով, որ ջերմահաղորդականությունը մարմնի մի մասից մյուսն էներգիայի փոխանցումն է, որը տեղի է ունենում մոլեկուլների կամ այլ մասնիկների փոխազդեցության ժամանակ։Մի տարածության մեջ, որտեղ չկան մասնիկներ, ջերմային հաղորդակցությունը չի կարող տեղի ունենալ: Եթե ​​անհրաժեշտություն կա պաշտպանել մարմինը սառեցումից կամ տաքացումից, ապա օգտագործվում են ցածր ջերմահաղորդականություն ունեցող նյութեր։ Այսպիսով, կաթսաների, թավայի համար, բռնակները պատրաստված են պլաստմասից: Տները կառուցված են գերաններից կամ աղյուսներից, որոնք ունեն վատ ջերմային հաղորդունակություն, ինչը նշանակում է, որ դրանք պաշտպանում են տարածքը սառչումից:

Ջերմափոխանակությունը երկու կրիչների միջև տեղի է ունենում դրանք բաժանող ամուր պատի կամ նրանց միջև միջերեսի միջոցով:

Ջերմությունը կարող է փոխանցվել միայն ավելի բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմնից ավելի ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմնին:

Ջերմափոխանակությունը միշտ ընթանում է այնպես, որ որոշ մարմինների ներքին էներգիայի նվազումը միշտ ուղեկցվում է ջերմափոխանակությանը մասնակցող այլ մարմինների ներքին էներգիայի նույն աճով։

Ջերմային ջերմահաղորդություն

Ջերմային հաղորդունակությունը ջերմության փոխանցման մի տեսակ է, որի դեպքում մարմնի ավելի տաքացած մասի մասնիկներից (մոլեկուլներ, ատոմներ) էներգիայի ուղղակի փոխանցում է տեղի ունենում նրա ավելի քիչ ջեռուցվող մասի մասնիկներին:

Ջերմային հաղորդունակությունը չի ուղեկցվում նյութի տեղափոխմամբ: Պետք է հիշել, որ ջերմային հաղորդման ժամանակ նյութն ինքնին չի շարժվում մարմնի երկայնքով, փոխանցվում է միայն էներգիա։

Տարբեր նյութերի ջերմային հաղորդունակությունը տարբեր է։

Դուք կարող եք կատարել հետևյալ փորձը՝ բաժակով վերցվում է տաք ջուրև այնտեղ դնել գդալներ տարբեր նյութերից (ալյումին, գավաթ, պողպատ, փայտ և պլաստմաս): Վերլուծեք արդյունքը

Աղյուսակը ցույց է տալիս, որ մետաղներն ունեն ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը, իսկ տարբեր մետաղներ ունեն տարբեր ջերմային հաղորդակցություն։

Հեղուկներն ունեն ավելի քիչ ջերմային հաղորդունակություն, քան պինդները, իսկ գազերը՝ հեղուկները։

Դիտարկենք հեղուկների ջերմային հաղորդունակության փորձը: Եթե ​​սառույցը ներքև իջեցնեք տակառով ջրի մեջ, իսկ ջրի վերին շերտը տաքացրեք կաթսայով։ Այնուհետև մակերեսի ջուրը շուտով կեռա, իսկ ներքևի սառույցը չի հալվի։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ հեղուկներում մոլեկուլները գտնվում են միմյանցից ավելի մեծ հեռավորության վրա, քան պինդ մարմիններում։

Մազերը, փետուրները, թուղթը, խցանը և այլ ծակոտկեն մարմինները նույնպես վատ ջերմահաղորդականություն ունեն։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ օդը պարունակվում է այդ նյութերի մանրաթելերի միջև: Վակուումը (օդից ազատված տարածությունը) ունի ամենացածր ջերմային հաղորդունակությունը։ Սա բացատրվում է նրանով, որ ջերմահաղորդականությունը մարմնի մի մասից մյուսն էներգիայի փոխանցումն է, որը տեղի է ունենում մոլեկուլների կամ այլ մասնիկների փոխազդեցության ժամանակ։ Մի տարածության մեջ, որտեղ չկան մասնիկներ, ջերմային հաղորդակցությունը չի կարող տեղի ունենալ:

Մետաղներ - պինդ - հեղուկներ - գազեր

Ջերմային հաղորդունակության թուլացում

Եթե ​​անհրաժեշտություն կա պաշտպանել մարմինը սառեցումից կամ տաքացումից, ապա օգտագործվում են ցածր ջերմահաղորդականություն ունեցող նյութեր։ Այսպիսով, մարտկոցի վրա գտնվող ծորակների բռնակները պատրաստված են պլաստմասից, իսկ կաթսաների բռնակները նույնպես պատրաստված են նմանատիպ խառնուրդից: Տները կառուցված են գերաններից կամ ծակոտկեն աղյուսներից, որոնք ունեն վատ ջերմային հաղորդունակություն, ինչը նշանակում է, որ նրանք պաշտպանում են տարածքը սառչումից:

Ներկայումս շատ շրջաններում շենքեր են սկսել կառուցել կույտերի վրա։ Տվյալ դեպքում ջերմությունը փոխանցվում է միայն ջերմահաղորդականությամբ հիմքից դեպի կույտ և այնուհետև կույտից գետնին:Կույտերը պատրաստված են ամուր ամուր նյութից, իսկ ներսում դրանք լցված են կերոսինով: Ամռանը կույտը վատ է փոխանցում վերևից ներքև ջերմությունը, քանի որ. հեղուկը ցածր ջերմային հաղորդունակություն ունի: Ձմռանը կույտի ներսում հեղուկի կոնվեկցիայի շնորհիվ, ընդհակառակը, դա կնպաստի հողի լրացուցիչ սառեցմանը։

Ջերմային ջերմահաղորդություն- սա ջերմության փոխանցման մի տեսակ է, որի դեպքում տեղի է ունենում էներգիայի ուղղակի փոխանցում մարմնի ավելի տաքացած մասի մասնիկներից (մոլեկուլներ, ատոմներ) դեպի դրա ավելի քիչ ջեռուցվող մասի մասնիկներ:

Դիտարկենք մի շարք փորձեր՝ կապված պինդ, հեղուկի և գազի տաքացման հետ:

Ճառագայթային ջերմության փոխանցում:

Ճառագայթային ջերմության փոխանցում- սա ջերմության փոխանցում է, որի ժամանակ էներգիան փոխանցվում է տարբեր ճառագայթներով:

Դա կարող է լինել արևի ճառագայթները, ինչպես նաև այն ճառագայթները, որոնք արձակում են մեր շուրջը գտնվող տաքացած մարմինները:

Այսպիսով, օրինակ, կրակի մոտ նստած, մենք զգում ենք, թե ինչպես է ջերմությունը կրակից փոխանցվում մեր մարմնին։ Այնուամենայնիվ, նման ջերմային փոխանցման պատճառը չի կարող լինել ոչ ջերմային հաղորդունակությունը (որը շատ փոքր է բոցի և մարմնի միջև օդի համար), ոչ էլ կոնվեկցիան (քանի որ կոնվեկցիոն հոսքերը միշտ ուղղված են դեպի վեր): Այստեղ տեղի է ունենում ջերմության փոխանցման երրորդ տեսակը. ճառագայթային ջերմության փոխանցում.

Վերցրեք մի փոքրիկ, մի կողմից ապխտած կոլբ:

Խցանափայտի միջով աջ անկյան տակ թեքված ապակե խողովակ տեղադրեք դրա մեջ: Այս խողովակում, որն ունի նեղ ալիք, մենք ներմուծում ենք գունավոր հեղուկ: Խողովակի վրա սանդղակը ամրացնելով, մենք ստանում ենք սարքը. թերմոսկոպ. Այս սարքը թույլ է տալիս նկատել նույնիսկ ապխտած կոլբայի օդի թեթև տաքացումը:

Եթե ​​բարձր ջերմաստիճանի տաքացվող մետաղի կտոր բերվի թերմոսկոպի մութ մակերեսին, հեղուկի սյունը կտեղափոխվի աջ: Ակնհայտորեն, կոլբայի օդը տաքացավ և ընդլայնվեց: Թերմոսկոպում օդի արագ տաքացումը կարելի է բացատրել միայն ջեռուցվող մարմնից նրան էներգիա փոխանցելով։ Ինչպես հրդեհի դեպքում, այստեղ էլ էներգիան փոխանցվել է ոչ ջերմային հաղորդունակությամբ և ոչ կոնվեկտիվ ջերմափոխադրմամբ։ Էներգիան այս դեպքում փոխանցվել է տաքացած մարմնի արձակած անտեսանելի ճառագայթների օգնությամբ։ Այս ճառագայթները կոչվում են ջերմային ճառագայթում.

Ճառագայթային ջերմության փոխանցումը կարող է տեղի ունենալ ամբողջական վակուումում: Սա այն տարբերում է ջերմության փոխանցման այլ տեսակներից:

Բոլոր մարմինները ճառագայթում են էներգիա՝ և՛ ուժեղ տաքացվող, և՛ թույլ, օրինակ՝ մարդու մարմինը, վառարանը, էլեկտրական լամպը։ Բայց որքան բարձր է մարմնի ջերմաստիճանը, այնքան ուժեղ է նրա ջերմային ճառագայթումը։ Ճառագայթված էներգիան, հասնելով այլ մարմինների, մասամբ կլանում է նրանց կողմից, մասամբ արտացոլվում։ Երբ կլանված էներգիան ջերմային ճառագայթումվերածվում է մարմինների ներքին էներգիայի, և դրանք տաքանում են։

Թեթև և մուգ մակերեսները տարբեր կերպ են կլանում էներգիան: Այսպիսով, եթե թերմոսկոպով փորձարկման ժամանակ կոլբը նախ ապխտած, ապա թեթև կողմով շրջենք դեպի տաքացած մարմինը, ապա հեղուկի սյունը առաջին դեպքում ավելի մեծ հեռավորության վրա կշարժվի, քան երկրորդում (տես նկարը. վերևում): Այստեղից հետևում է, որ մուգ մակերես ունեցող մարմիններն ավելի լավ են կլանում էներգիան (հետևաբար ավելի շատ են տաքանում), քան թեթև կամ տեսողական մակերեսով մարմինները։

Մուգ մակերես ունեցող մարմինները ոչ միայն ավելի լավ են կլանում, այլեւ ավելի լավ են ճառագայթում էներգիան։

Տեխնոլոգիայում լայնորեն կիրառվում է ճառագայթային էներգիան տարբեր կերպ կլանելու ունակությունը։ Օրինակ՝ օդապարիկները և ինքնաթիռի թևերը հաճախ ներկվում են արծաթագույն՝ արևի ջերմությունը նվազեցնելու համար:

Եթե ​​անհրաժեշտ է օգտագործել արեգակնային էներգիա (օրինակ՝ արհեստական ​​արբանյակների վրա տեղադրված որոշ սարքեր տաքացնելու համար), ապա այդ սարքերը ներկվում են մուգ գույնի։

Ջերմափոխանակություն- սա ներքին էներգիան փոխելու գործընթաց է՝ առանց մարմնի կամ մարմնի վրա աշխատանք կատարելու:
Ջերմային փոխանցումը միշտ տեղի է ունենում որոշակի ուղղությամբ. ավելի բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններից մինչև ավելի ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններ.
Երբ մարմինների ջերմաստիճանները հավասարվում են, ջերմության փոխանցումը դադարում է։
Ջերմափոխանակությունը կարող է իրականացվել երեք եղանակով.

1. ջերմային ջերմահաղորդություն
2. կոնվեկցիա
3. ճառագայթում

Ջերմային ջերմահաղորդություն

Ջերմային ջերմահաղորդություն- մարմնի մի մասից մյուսը կամ մի մարմնից մյուսը իրենց անմիջական շփման միջոցով ներքին էներգիայի փոխանցման երեւույթը.
Մետաղներն ունեն ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը- Նրանք հարյուրապատիկ անգամ ավելի շատ ունեն, քան ջուրը: Բացառություն են կազմում սնդիկը և կապարը:, բայց նույնիսկ այստեղ ջերմահաղորդականությունը տասնյակ անգամ ավելի մեծ է, քան ջրինը։
Մետաղական ասեղը մի բաժակ տաք ջրի մեջ իջեցնելիս, շատ շուտով ասեղի ծայրը նույնպես տաքացավ։ Հետևաբար, ներքին էներգիան, ինչպես ցանկացած տեսակի էներգիա, կարող է փոխանցվել մի մարմնից մյուսը։ Ներքին էներգիան կարող է փոխանցվել նաև մարմնի մի մասից մյուսը։ Այսպիսով, օրինակ, եթե եղունգի մի ծայրը տաքացվի կրակի մեջ, ապա նրա մյուս ծայրը, որը գտնվում է ձեռքում, աստիճանաբար կջերմանա և այրվի ձեռքը։
Էլեկտրական վառարանի վրա թավայի տաքացումը տեղի է ունենում ջերմահաղորդման միջոցով:
Եկեք ուսումնասիրենք այս երևույթը՝ կատարելով մի շարք փորձեր պինդ, հեղուկների և գազերի հետ:
Փայտե փայտի ծայրը մտցնենք կրակի մեջ։ Այն կբռնկվի։ Փայտի մյուս ծայրը, որը դրսում է, սառը կլինի։ Նշանակում է, փայտը վատ ջերմային հաղորդունակություն ունի.
Մենք բարակ ապակյա ձողի ծայրը հասցնում ենք սպիրտային լամպի բոցին։ Որոշ ժամանակ անց այն կտաքանա, իսկ մյուս ծայրը կմնա սառը։ Հետևաբար, և ապակին վատ ջերմային հաղորդունակություն ունի.
Եթե ​​մետաղյա ձողի ծայրը տաքացնենք բոցի մեջ, ապա շատ շուտով ամբողջ ձողը շատ կտաքանա։ Մենք այլևս չենք կարող այն պահել մեր ձեռքերում։
Նշանակում է, մետաղները լավ են փոխանցում ջերմությունը, այսինքն՝ ունեն բարձր ջերմային հաղորդունակություն։ Արծաթն ու պղինձն ունեն ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը։.
Տարբեր նյութերի ջերմահաղորդականությունը տարբեր է։
Բուրդը, մազերը, թռչնի փետուրները, թուղթը, խցանափայտը և այլ ծակոտկեն մարմինները ունեն վատ ջերմահաղորդություն։Դա պայմանավորված է նրանով, որ օդը պարունակվում է այդ նյութերի մանրաթելերի միջև: Վակուումը (օդից ազատված տարածությունը) ունի ամենացածր ջերմային հաղորդունակությունը։Սա բացատրվում է նրանով, որ ջերմահաղորդականությունը մարմնի մի մասից մյուսն էներգիայի փոխանցումն է, որը տեղի է ունենում մոլեկուլների կամ այլ մասնիկների փոխազդեցության ժամանակ։ Մի տարածության մեջ, որտեղ չկան մասնիկներ, ջերմային հաղորդակցությունը չի կարող տեղի ունենալ:
Եթե ​​անհրաժեշտություն կա պաշտպանել մարմինը սառեցումից կամ տաքացումից, ապա օգտագործվում են ցածր ջերմահաղորդականություն ունեցող նյութեր։ Այսպիսով, կաթսաների, կաթսաների, պլաստիկ բռնակների համար: Տները կառուցված են գերաններից կամ աղյուսներից, որոնք ունեն վատ ջերմահաղորդություն, ինչը նշանակում է, որ դրանք պաշտպանված են հովացումից:

Կոնվեկցիա

Կոնվեկցիաջերմության փոխանցման գործընթաց է, որն իրականացվում է հեղուկի կամ գազի հոսքերի միջոցով էներգիայի փոխանցման միջոցով:
Կոնվեկցիայի երևույթի օրինակՓոքր թղթե անիվը, որը տեղադրված է մոմի կրակի կամ էլեկտրական լամպի վրա, սկսում է պտտվել բարձրացող տաքացած օդի ազդեցության տակ: Այս երեւույթը կարելի է բացատրել այսպես. Օդը, շփվելով տաք լամպի հետ, տաքանում է, ընդլայնվում և դառնում ավելի քիչ խիտ, քան իրեն շրջապատող սառը օդը: Արքիմեդյան ուժը, որը գործում է տաք օդի վրա սառը կողմից դեպի վեր, ավելի մեծ է, քան տաք օդի վրա ազդող ծանրության ուժը: Արդյունքում տաքացած օդը «լողում» է, բարձրանում է, իսկ սառը օդը զբաղեցնում է նրա տեղը։
Կոնվեկցիայի ժամանակ էներգիան փոխանցվում է հենց գազի կամ հեղուկի շիթերով:
Կոնվեկցիայի երկու տեսակ կա.

• բնական (կամ անվճար)

Նյութի մեջ առաջանում է ինքնաբերաբար, երբ այն տաքացվում է անհավասարաչափ։ Նման կոնվեկցիայի դեպքում նյութի ստորին շերտերը տաքանում են, դառնում ավելի թեթև և լողում, իսկ վերին շերտերը, ընդհակառակը, սառչում են, ծանրանում և իջնում, որից հետո գործընթացը կրկնվում է։

• հարկադրված

Դիտվում է հեղուկը հարիչով, գդալով, պոմպով և այլն խառնելիս։
Հեղուկների և գազերի մեջ կոնվեկցիա առաջանալու համար անհրաժեշտ է դրանք տաքացնել ներքևից։
Կոնվեկցիա չի կարող առաջանալ պինդ մարմիններում:

Ճառագայթում

Ճառագայթում - էլեկտրամագնիսական ճառագայթում, արտանետվում է որոշակի ջերմաստիճանում նյութի ներքին էներգիայի շնորհիվ։
Սև մարմնի չափանիշներին բավարարող օբյեկտի ջերմային ճառագայթման հզորությունը նկարագրված է Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքը.
Նկարագրված է մարմինների արտանետման և ներծծող ունակությունների հարաբերակցությունը Կիրխհոֆի ճառագայթման օրենքը.
Ճառագայթման միջոցով էներգիայի փոխանցումը տարբերվում է ջերմության փոխանցման այլ տեսակներից կարող է իրականացվել լրիվ վակուումում.
Բոլոր մարմիններն էլ էներգիա են ճառագում. և՛ ուժեղ, և՛ թույլ, օրինակ՝ մարդու մարմինը, վառարանը, էլեկտրական լամպը և այլն։ Բայց որքան բարձր է մարմնի ջերմաստիճանը, այնքան ավելի շատ էներգիա է այն փոխանցում ճառագայթման միջոցով։ Այս դեպքում էներգիան մասամբ կլանում է այդ մարմինները, մասամբ արտացոլվում։ Երբ էներգիան կլանվում է, մարմինները տաքանում են տարբեր ձևերով՝ կախված մակերեսի վիճակից։
Մուգ մակերես ունեցող մարմիններն ավելի լավ են կլանում և ճառագայթում էներգիան, քան թեթև մակերեսով մարմինները։ Միևնույն ժամանակ, մուգ մակերես ունեցող մարմինները ճառագայթման միջոցով ավելի արագ են սառչում, քան թեթև մակերեսով մարմինները։ Օրինակ, թեթեւ թեյամանում տաք ջուրը պահում է բարձր ջերմաստիճանիքան մթության մեջ: