Теплопередача без переноса вещества происходит путем: какие виды теплопередачи не сопровождаются переносом вещества |

Содержание

Теплопередача и кулинария. Излучение.: mariareznor — LiveJournal

: October 19 2018, 15:51

Category:

Еда
Cancel

Увы, 38.5 повалили меня напрочь, так что после перерыва, но закончим таки сегодня разбираться в способах передачи тепла.

Я благодарю за консультацию моего друга Илью Котофеева.

Бтв, моя книга о модернисткой кулинарии вышла в официальную продажу, заказать можно здесь:
[email protected]
+7 (916) 116-98-05

Предыдущие части:
Конвекция;
Теплопроводность.

Последняя часть из цикла о теплопередаче в кулинарии. Чуть менее понятная интуитивно, но очень важная с практической точки зрения, так что я постараюсь объяснить.

Излучение — явление испускания и распространения энергии в виде электромагнитных волн. Напомню, что при теплопроводности энергия передается контактным способом от частицы к частице без переноса вещества, а при конвекции — струями газа и жидкости путем переноса вещества. Излучение примечательно тем, что возможно в вакууме. В реальной жизни мы часто сталкиваемся с ним: это Солнце, люди, животные, костер и т. д. Все окружающие нас предметы в определенной мере излучают тепло (и поглощают его). В кулинарии мы сталкиваемся с излучением, когда используем микроволновые печи, бройлеры и угольные грили. Типы излучения, с которыми сталкиваются повара в своей деятельности, обычно невидимы для человеческого глаза, чаще всего это микроволновое и инфракрасное излучения.

Важно (и не только для кулинарии) помнить, что излучение, достигая других тел, частично отражается, частично поглощается. Та часть, что была поглощена, влияет на изменение температуры (нагрев). При повышении температуры излучение увеличивается.

Темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые/зеркальные (и лучше излучают). Это особенно хорошо понимают те, кто работают с грилем. Если боковые стенки гриля черные (обычно это так и есть), его эффективность значительно снижается. Поэтому многие повара идут на различные ухищрения, например, застилают стенки гриля фольгой. В принципе, можно и купить гриль со светлыми стенками, но содержать его в идеальной чистоте довольно сложно, а без этого весь смысл такого гриля пропадает. Также и хорошие теппаны имеют блестящее покрытие, которое излучает меньше тепла, соответственно, эффективность готовки повышается.

Самое главное, что нужно запомнить про излучение — оно невероятно эффективно переносит тепло при высоких температурах.

Абсолютно черное тело — физическое тело, которое при любой температуре полностью поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение независимо от длины волны .

Суммарная мощность излучения определяется законом Стефана-Больцмана:

где u — плотность излучения,

T — температура абсолютно черного тела,

σ — постоянная Стефана-Больцмана.

Из этой формулы становится понятно, что суммарная мощность излучения пропорциональна четвертой степени температуры. А если сказать проще, то когда температура увеличивается в два раза, мощность излучения поднимается в 16 раз, когда утраивается — в 81 раз!

Если вы готовите в духовке при температуре 200°C (473К) или ниже, большая часть тепла передается путем конвекции. Однако при температуре 400°C (673К) тепло передается, в значительной степени, благодаря излучению. При 800°C (1073К) — почти полностью излучением. Как вы понимаете, в бытовых духовках таких температур в принципе не бывает.

Вот почему вы не можете приготовить дома такую же пиццу, как в дровяной печи. Это удивительное знание помогает понять непреодолимую и принципиальную разницу между бытовой духовкой и дровяной печью, между плитой и угольным грилем и т. д.

Интенсивность излучения подчиняется закону обратных квадратов. Иными словами, Интенсивность электромагнитной волны обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника. Многие, кто работает с грилем, интуитивно понимают это. В практическом смысле все немного сложней, чем в теории, поскольку грили и бройлеры не являются точками, а обычно представляют из себя стержни, линии, плоскости. Но это обсудим как-нибудь в другой раз, когда будем говорить о грилях.

#еда#кулинария#наукаеда и наука

что такое теплопередача — Спрашивалка

Alex Kvak

Арам Манукян

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте) , либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики (однако возможно передать тепло от холодного тела с помощью вспомогательных устройств, таких как холодильник) . Теплопередачу невозможно остановить, возможно только замедлить её.

Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:

* Теплопроводность
* Конвекция
* Тепловое излучение

Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетанием элементарных видов. Основные из них:

* теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела) ;
* теплопередача (теплообмен от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку) ;
* конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией).

Ва

Васёк

Александр Грачёв

совокупность явлений, при к-рых имеет место перенос тепла из одной части пространства в другую. Перенос может происходить различными способами: теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием. Теплопроводность — явление непосредственной передачи тепла от одной частицы тела к соседней, менее нагретой. В простейшем случае (плоская стенка) количество тепла, передаваемого в 1 час, прямо пропорционально площади сечения и разности темп-р по обе стороны стенки и обратно пропорционально толщине стенки. Коэффициент пропорциональности, указывающий, сколько калорий тепла проходит в течение 1 часа через стенку площадью в 1 м2 и толщиной в 1 м при разности темп-р в 1°, наз. коэффициентом теплопроводности. Конвекция — явление переноса тепла движущейся средой (газами, жидкостью) путем соприкосновения с менее нагретым телом. Количество тепла, передаваемого в 1 час, пропорционально поверхности, воспринимающей тепло, и разности темп-р движущейся среды и стенки. Коэффициент пропорциональности наз. коэффициентом теплоперехода. Лучеиспускание — явление теплообмена на расстоянии между двумя телами различной темп-ры посредством лучистой энергии при условии, что пространство между ними наполнено средой, пропускающей такую энергию. В этом случае тепло одного тела переходит в лучистую энергию, проходит в этом состоянии пространство, разделяющее тела, и превращается опять в тепло на поверхности второго тела. Последнее, хотя и более холодное, в свою очередь отдает лучи первому телу, и, следовательно, лучистая теплота, передаваемая в конечном счете от горячего тела более холодному, получается как разность двух количеств теплоты. При тепловом лучеиспускании, имеющем место в котловой практике, можно считать, что количество тепла, излучаемого в 1 час, пропорционально поверхности тела и разности абсолютных темп-р в четвертой степени. Коэффициент пропорциональности наз. коэффициентом лучеиспускания. В паровозном котле имеют место все указанные способы передачи тепла. В дымогарных и жаровых трубах тепло передается преимущественно конвекцией за счет соприкосновения горячих продуктов сгорания со стенками труб; далее тепло, пройдя сквозь стенки труб, передается окружающей их воде в топке гл. обр. лучеиспусканием от раскаленного слоя топлива на стенки огневой коробки; в силу теплопроводности тепло затем проходит сквозь толщу стенок и, наконец, передается воде, омывающей огневую коробку.

МН

Мария Николаева

Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:

* Теплопроводность
* Конвекция
* Тепловое излучение

Юл

Юлия

Передача тепла. Чё тут не ясного???

Похожие вопросы

отличается ли теплообмен от теплопередачи?

Вопрос про теплопередачу (физика, школьный курс)

Путем конвекции теплопередача осуществляется?

Какое явление называется теплопередачей?

может ли коэффициент теплопередачи быть больше чем коэффициент теплоотдачи?

какой вид теплопередачи называют конвекцией?

Может увеличиться температура тела без теплопередачи? Если да, то каким образом?

в чем сравнение видов теплопередачи. помогите пожалуйста, срочно надо для экзамена

что такое теплопередача (3 вида, и какие могут быть примеры

какой вид теплопередачи сопровождается переносом вещества?

Physics4Kids.com: термодинамика и тепло: перенос энергии

Если в системе есть разница температур, тепло естественным образом будет перемещаться от высоких к низким температурам. Место, где вы обнаружите более высокую температуру, — это источник тепла . Область, где температура ниже, — это радиатор . При исследовании систем ученые измеряют число, называемое температурным градиентом . Градиент – это изменение температуры, деленное на расстояние. Единицы — градусы на сантиметр. Если температура падает на определенном расстоянии, градиент имеет отрицательное значение. Если температура повышается, градиент имеет положительное значение. Чем больше градиент, тем больше энергии будет обменено.

Конвекция — это способ передачи тепла из одной области в другую при «объемном движении материи». Это перемещение огромного количества материала, отбирающего тепло из одной области и помещающего его в другую. Теплый воздух поднимается вверх, а на смену ему приходит холодный. Тепло сдвинулось. Это передача тепла движением тел. Конвекция возникает, когда область горячей воды поднимается до верха кастрюли и выделяет энергию. Другой пример — теплый воздух в атмосфере, поднимающийся вверх и выделяющий энергию. Все они являются примерами конвекции. Следует помнить, что объекты меняют положение.

Когда передача энергии происходит излучением , проводящей среды (например, в космосе) нет. Это отсутствие среды означает, что там нет материи для прохождения тепла. Излучение – это энергия, переносимая электромагнитными волнами (светом). Эти волны могут быть радиоволнами, инфракрасными лучами, видимым светом, УФ или гамма-лучами. Тепловое излучение обычно находится в инфракрасной части спектра ЭМ. Если температура объекта удваивается (в Кельвинах), тепловое излучение увеличивается в 16 раз. Следовательно, если он увеличится в четыре раза, он увеличится в 32 раза по сравнению с первоначальным уровнем.

Ученые также обнаружили, что объекты, хорошо испускающие тепловое излучение, также хорошо поглощают ту же энергию. Обычно количество излучения, испускаемого объектом, зависит от температуры. Скорость, с которой вы поглощаете энергию, зависит от энергии окружающих вас объектов и молекул.

Проводимость — это ситуация, когда источник тепла и радиатор связаны материей. Как мы обсуждали ранее, тепло течет от источника по градиенту температуры к стоку. Она отличается от конвекции тем, что в ней нет движения больших количеств материи, а переносы происходят посредством столкновений. Источник и сток соединены.

Если вы прикоснетесь к рожку мороженого, мороженое нагреется, потому что ваше тело более теплое. Если вы лежите на горячем тротуаре, энергия поступает прямо в ваше тело посредством проводимости. Когда ученые изучали хорошие тепловые излучатели, они обнаружили, что хорошие теплопроводники также хорошо проводят электричество. Поэтому, когда вы думаете о хорошем теплопроводнике, подумайте о меди, серебре, золоте и платине.

Или поищите на сайтах по конкретной теме.

Обзор
Передача энергии
Расширение
Тепло
Температура
Термо. Законы
Первый Закон
Второй закон
Энтальпия
Энтропия
Дополнительные темы

Городские острова тепла (видео НАСА)

Encyclopedia. com (теплопередача):
http://www.encyclopedia.com/topic/Heat_transfer.aspx
Википедия (теплообмен):
http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_transfer
Энциклопедия Британика (Жара Передача):
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/258745/heat-transfer

Теплопередача посредством теплопроводности

Силы теплопроводности и их применение

Теплопередача является одной из основных физических сил, управляющих всеми реакциями на этой планете. Теплопередача, управляемая законами термодинамики, позволяет использовать энергию и применять ее для питания бесчисленных повседневных систем. Механизм теплообмена объясняется первым законом термодинамики. Этот закон гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, а только передана между системами. Неизбежно, когда энергия передается между двумя системами, часть энергии теряется в окружающей среде. Эта потеря энергии происходит в виде тепла и может также упоминаться как тепловая энергия. Тепловая энергия, содержащаяся в системе, отвечает за температуру окружающей среды.

Методы теплопередачи

Существует три метода, облегчающих теплопередачу. Эти методы известны как проводимость, конвекция и излучение.

Излучение переносит тепло с помощью электромагнитных волн и не связано с каким-либо взаимодействием между веществами. Тепло, которое исходит от солнца, является примером излучения.

Конвекция происходит в жидкостях и газах и описывает перемещение тепла из одного места в другое, чему способствует движение жидкостей. При нагревании жидкости расширяются и становятся менее плотными. Горячая жидкость поднимается и вытесняет находящуюся над ней холодную жидкость, толкая ее вниз к источнику тепла. Эта холодная жидкость будет нагреваться и подниматься вверх, создавая постоянный поток жидкости из области с высокой температурой в область с низкой температурой. Конвекция объясняет, как плинтусные радиаторы могут обогреть всю комнату. Горячий воздух, вырабатываемый радиаторами, быстро поднимается вверх, толкая холодный воздух вниз к нагревателю на полу, создавая постоянный поток воздуха.

Теплопередача посредством теплопроводности включает передачу тепла между двумя материалами в результате поверхностного контакта. Между материалами не происходит обмена веществом, только энергией. Этот тип теплопередачи происходит в твердых материалах и вызывается колебаниями частиц. Под воздействием потока энергии частицы в твердом теле начинают покачиваться, вращаться и вибрировать, создавая кинетическую энергию. Типичным примером проводимости является процесс нагревания сковороды на плите. Тепло от горелки передается непосредственно на поверхность сковороды. Температура является мерой количества кинетической энергии, перерабатываемой частицами в образце вещества. Чем больше кинетическая энергия материала, тем выше будет его внутренняя температура.

Рисунок 1: Схема механизмов теплопередачи

Теплообмен в металлах

Вещество с высокой кинетической энергией также будет иметь высокую теплопроводность. Теплопроводность описывает, насколько эффективно материал может пропускать через себя тепло. Он определяется скоростью потока энергии на единицу площади по сравнению с градиентом температуры. Большинство значений электропроводности выражаются в ваттах на метр на градус Кельвина Вт/м•К.

Теплопроводность объясняет, почему ходьба босиком по холодному плиточному полу кажется намного прохладнее, чем ходьба по ковру, хотя оба они имеют комнатную температуру. Плитка и камни имеют более высокую теплопроводность, чем ковер и ткани, поэтому они могут отводить тепло от ног с гораздо большей скоростью, благодаря чему плитка кажется прохладной на ощупь.

Металлы являются примером материала с высокой теплопроводностью, который может быстро передавать тепло. Внутренняя структура молекулы металла содержит свободные электроны, которые могут свободно перемещаться в объеме материала. Эти свободные электроны быстро сталкиваются с другими частицами, заставляя внутреннюю структуру металла вибрировать быстрее и быстрее нагреваться. Эти быстрые вибрации способствуют потоку энергии и тепла по всему металлу.

Такие металлы, как медь, алюминий и серебро, часто используются для изготовления тепловых приборов и инструментов. Медные трубы — это провода, которые чрезвычайно популярны для использования в доме для быстрой передачи энергии и тепла из одной области в другую. Алюминий имеет чрезвычайно схожие тепловые свойства с медью и часто используется в качестве экономичной замены для выполнения тех же функций. Серебро является одним из наиболее широко используемых металлов для тепловых применений. Более 35% всего серебра, производимого в США, используется в электронике или электротехнике. Спрос на серебро продолжает расти, поскольку оно становится важнейшим компонентом в производстве солнечных батарей. Другие материалы с высокой теплопроводностью, такие как алмазы, также имеют множество практических применений. Алмазный порошок часто используется в электронике для отвода тепла от чувствительных участков и защиты их от перегрева.

Рис. 2. Стандартные солнечные панели, которые часто изготавливаются из серебра

Теплопередача в неметаллах

Неметаллические материалы используют фононы для переноса тепла по градиенту от холодной области к теплой. Пластмассы, пенопласт и дерево — все это примеры материалов с низкими значениями теплопроводности. Эти материалы известны как изоляторы и могут ограничивать поток тепла. Изоляторы имеют множество чрезвычайно полезных применений, которые могут защитить энергию от потери в окружающую среду. Пена является чрезвычайно полезным изоляционным материалом для дома и строительства. Более 50% всей бытовой энергии используется для обогрева или охлаждения дома. Использование материала с высокой теплопроводностью для изоляции дома может существенно снизить количество энергии, необходимой для обогрева или охлаждения здания. Цены на энергоносители во всем мире постоянно растут, что делает идеальным сохранение как можно большего количества электроэнергии и тепла для снижения счетов за электроэнергию.

Заключение

Теплопроводность является чрезвычайно важным свойством материала, которое позволяет тысячам производственных систем функционировать должным образом и эффективно. В каждой экосистеме постоянно происходит обмен теплом в виде потерянной энергии. Использование тепловой энергии для промышленных и практических процессов привело к созданию превосходных энергосберегающих технологий, которые используются ежедневно. Теплопроводность, излучение и конвекция — это разные способы прохождения тепла через систему. Структура, плотность и состав материала являются факторами, которые могут влиять на теплопроводность образца. Материалы с высокими или низкими значениями теплопроводности используются для различных повседневных применений. Хотя это сильно недооценено, жизнь не была бы такой же без теплопередачи и теплообмена.

Ссылки
Шинде С. и Гоэла Дж. (2006). Материалы с высокой теплопроводностью. Нью-Йорк: Спрингер. doi:10.1007/b106785]
Учебное пособие по физике.