Inleiding tot warmteoverdracht: hoe werkt warmteoverdracht?

Wat is warmte? Hoe vindt warmteoverdracht plaats? Wat zijn de effecten op materie wanneer warmte van het ene lichaam op het andere wordt overgedragen? Dit moet je weten:

Warmteoverdracht is een proces waarbij interne energie van de ene stof wordt overgedragen op een andere stof. Thermodynamica is de studie van warmteoverdracht en de veranderingen die hieruit voortvloeien. Een goed begrip van warmteoverdracht is cruciaal voor het analyseren van een thermodynamisch proces, zoals die plaatsvinden in warmtemotoren en warmtepompen.

Volgens de kinetische theorie, de interne energie van een stof wordt gegenereerd door de beweging van individuele atomen of moleculen. Warmte energie is de vorm van energie die deze energie van het ene lichaam of systeem naar het andere overbrengt. Deze warmteoverdracht kan op verschillende manieren plaatsvinden:

• Geleiding is wanneer warmte door een verwarmde vaste stof stroomt door een warmtestroom door het materiaal bewegen. U kunt geleiding waarnemen bij het verwarmen van een fornuisbranderelement of een metalen staaf, die van rood heet naar wit heet gaat.
  instagram viewer
• Convectie is wanneer verwarmde deeltjes warmte overdragen naar een andere substantie, zoals iets koken in kokend water.
• Straling is wanneer warmte wordt overgedragen via elektromagnetische golven, zoals van de zon. Straling kan warmte door lege ruimte overbrengen, terwijl de andere twee methoden een vorm van materie-op-materie contact vereisen voor de overdracht.

Om ervoor te zorgen dat twee stoffen elkaar beïnvloeden, moeten ze erin zitten thermisch contact met elkaar. Als u uw oven open laat staan ​​terwijl u hem aanzet en meerdere voeten ervoor staat, staat u in thermisch contact met de oven en kunt u de warmte voelen die deze op u overbrengt (door convectie door de lucht).

Normaal gesproken voel je natuurlijk niet de hitte van de oven als je een paar meter weg bent en dat komt omdat de oven dat heeft thermische isolatie om de warmte erin te houden, waardoor thermisch contact met de buitenkant van de oven wordt voorkomen. Dit is natuurlijk niet perfect, dus als je in de buurt staat, voel je wat warmte van de oven.

Thermisch evenwicht is wanneer twee items die in thermisch contact zijn, geen warmte meer overbrengen tussen hen.

Het basiseffect van warmteoverdracht is dat de deeltjes van de ene stof botsen met de deeltjes van een andere stof. De meer energetische substantie zal typisch interne energie verliezen (d.w.z. "afkoelen"), terwijl de minder energetische substantie interne energie zal verkrijgen (d.w.z. "opwarmen").

Het meest flagrante effect hiervan in ons dagelijks leven is een fase-overgang, waarbij een substantie verandert van één stand van zaken naar een ander, zoals als ijs smeltend van een vaste stof naar een vloeistof terwijl het warmte absorbeert. Het water bevat meer interne energie (d.w.z. de watermoleculen bewegen sneller) dan in het ijs.

Bovendien gaan er ook veel stoffen doorheen thermische expansie of thermische samentrekking terwijl ze interne energie winnen en verliezen. Water (en andere vloeistoffen) zetten vaak uit als het vriest, wat iedereen die een drankje met een dop in de vriezer heeft geplaatst, heeft ontdekt.

De warmte capaciteit van een object helpt bepalen hoe de temperatuur van dat object reageert op het absorberen of doorgeven van warmte. Warmte capaciteit wordt gedefinieerd als de verandering in warmte gedeeld door de verandering in temperatuur.

Warmteoverdracht wordt geleid door enkele basisprincipes die bekend zijn geworden als de wetten van de thermodynamica, die bepalen hoe warmteoverdracht betrekking heeft op werk dat door een systeem wordt uitgevoerd en wat beperkingen opleggen aan wat een systeem kan bereiken.

Bewerkt door Anne Marie Helmenstine, Ph. D.