Přenos tepla řízený teplotními rozdíly: Teplotní rozdíly: aplikace a rozdíly v technické termodynamice a přenosu tepla.

V nesčetných světech, v nichž žijeme, neustále probíhají různé procesy, přičemž jedním z fyzikálních procesů, které nejvíce souvisejí s přežitím člověka, je přenos tepelné energie. Od centrální klimatizace v moderních budovách až po vznik přírodních povětrnostních jevů, jako je mráz, déšť a sníh, od problémů s tepelnou ochranou kosmických lodí při návratu do atmosféry až po účinné chlazení elektronických zařízení, od sezónních změn lidského oblečení až po skladování lidských potravin ve zmrazeném stavu, to vše úzce souvisí s procesem přenosu tepla.

Studium přenosu tepla je obor, který zkoumá zákonitosti přenosu tepla nebo energie způsobené teplotními rozdíly. Druhý termodynamický zákon říká: kdekoli je rozdíl teplot, teplo přirozeně přechází z objektu s vyšší teplotou na objekt s nižší teplotou. Toto přenášené teplo se často označuje jako tepelná energie.

Teplotní rozdíly se vyskytují všude v přírodě i v různých oblastech výrobní techniky, takže přenos tepla je velmi běžným fyzikálním jevem. Například větry v přírodě jsou způsobeny teplotními rozdíly mezi dvěma místy, což způsobuje proudění vzduchu z oblasti s vyšší teplotou do oblasti s nižší teplotou, dále ovlivňované rotací Země a vytvářející vítr. Oceánské proudy a tajfuny jsou také způsobeny rozdíly teplot, které vedou k pohybu vody nebo vzduchu. V průmyslové výrobě se při použití topných trubek z uhlíkových vláken k ohřevu výrobků také přenáší teplo z topných trubek na ohřívaný materiál, což je další proces přenosu tepla.

Tzv. zákony přenosu tepla především vztahují množství tepla přeneseného za jednotku času k odpovídajícímu rozdílu teplot uvnitř objektu. Prvostupňovým vztahem, který tento zákon odráží, se stává rovnice rychlosti přenosu tepla. V následujících článcích s vámi proberu rychlostní rovnice tří základních způsobů přenosu tepla za určitých zjednodušených podmínek. Hlubší úrovní studia je zjištění rozložení teplot v různých bodech uvnitř objektu za různých podmínek.

Studium přenosu tepla a inženýrská termodynamika jsou obory související s tepelnými jevy. V čínském inženýrském vzdělávání se tyto dva předměty souhrnně označují jako tepelné inženýrství. Základní rozdíl mezi těmito dvěma vědními obory lze vysvětlit následovně: Inženýrská termodynamika studuje systémy v rovnováze, kde nejsou žádné teplotní rozdíly ani rozdíly tlaku, zatímco přenos tepla studuje pravý opak, zákony přenosu tepla zahrnující teplotní rozdíly. Uvažujme například proces ochlazování ocelového ingotu z teploty 1000 °C v olejové lázni na teplotu 100 °C. Termodynamika studuje teplo ztracené na kilogram ocelového ingotu během tohoto procesu ochlazování a teplo absorbované olejovou lázní, ale termodynamika nám nemůže říci, jak dlouho trvá, než tato teplotní soustava dosáhne rovnováhy. Tato doba závisí na teplotě olejové lázně, pohybu oleje, fyzikálních vlastnostech oleje atd. a právě ty studuje přenos tepla.

Kromě toho, vzhledem k výše uvedenému zásadnímu rozdílu, existuje rozdíl ve fyzikálních parametrech používaných v termodynamice a přenosu tepla: v termodynamice fyzikální veličiny nezahrnují čas, zatímco v přenosu tepla jsou hlavní fyzikální veličiny vyjádřeny v čase, tj. přenos tepla se více zabývá tím, kolik tepelné energie lze přenést za jednotku času. Na druhou stranu studium přenosu tepla úzce souvisí s inženýrskou termodynamikou: při analýze jakéhokoli procesu přenosu tepla je nutné používat první termodynamický zákon, tj. zákon zachování energie. První termodynamický zákon lze aplikovat jak v uzavřených, tak v otevřených systémech, přičemž každý typ systému má jak ustálené, tak nestacionární stavy. Z hlediska přenosu tepla je tzv. ustálený stav proces, při kterém se teplota v každém bodě systému v čase nemění, zatímco při nestacionárním stavu se teploty v každém bodě v čase mění.

V budoucích diskusích o vedení tepla v pevných látkách budeme používat první termodynamický zákon pro uzavřené systémy, zatímco studium konvekčního přenosu tepla vyžaduje použití otevřených systémů. Navíc při přenosu tepelné energie z jednoho prostředí do druhého musí být princip zachování energie uplatněn i na rozhraní mezi oběma prostředími, například při zmíněném procesu ochlazování ocelového ingotu v olejové lázni, na rozhraní mezi pevným tělesem a kapalinou, ať už je proces přenosu tepla ustálený nebo neuspořádaný, se domníváme, že teplo předané z pevného tělesa do kapaliny a teplo absorbované kapalinou z pevného tělesa jsou v daném okamžiku stejné. Pojmy energetická a tepelná rovnováha, které se zmiňují ve středoškolské fyzice, jsou vlastně jednoduchými termíny pro první termodynamický zákon.

For advanced and efficient heating solutions using topné trubky z uhlíkových vláken that harness the principles of heat transfer, consider Global Quartz Tube, a leader in thermal technology. Visit our webová stránka nebo nás kontaktujte e-mailem na adrese contact@globalquartztube.com další informace.