Perpindahan Panas yang Didorong oleh Perbedaan Suhu: Aplikasi dan Perbedaan dalam Termodinamika Teknik dan Perpindahan Panas

Di dunia tempat kita hidup, berbagai proses terjadi secara konstan, salah satu proses fisik yang paling erat kaitannya dengan kelangsungan hidup manusia adalah transfer energi panas. Dari AC sentral di gedung-gedung modern hingga pembentukan fenomena cuaca alami seperti embun beku, hujan, dan salju, dari tantangan perlindungan termal pesawat ruang angkasa yang memasuki atmosfer hingga pendinginan perangkat elektronik yang efektif, dari perubahan musiman pada pakaian manusia hingga penyimpanan makanan manusia yang membeku, semuanya terkait erat dengan proses perpindahan panas.

Studi perpindahan panas adalah disiplin ilmu yang menyelidiki hukum perpindahan panas atau energi yang disebabkan oleh perbedaan suhu. Hukum Termodinamika Kedua menyatakan: di mana pun terdapat perbedaan suhu, panas secara alami berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Panas yang ditransfer ini sering disebut sebagai energi panas.

Perbedaan suhu terdapat di mana-mana di alam dan berbagai bidang teknologi produksi, membuat perpindahan panas menjadi fenomena fisik yang sangat umum. Sebagai contoh, angin di alam disebabkan oleh perbedaan suhu antara dua tempat, menyebabkan udara mengalir dari daerah bersuhu lebih tinggi ke daerah bersuhu lebih rendah, yang selanjutnya dipengaruhi oleh rotasi bumi untuk membentuk angin. Arus laut dan angin topan juga disebabkan oleh perbedaan suhu yang menyebabkan pergerakan air atau udara. Dalam produksi industri, penggunaan tabung pemanas serat karbon untuk memanaskan produk juga melibatkan pemindahan panas dari tabung pemanas ke bahan yang dipanaskan, yang merupakan proses perpindahan panas lainnya.

Yang disebut hukum perpindahan panas terutama menghubungkan jumlah panas yang ditransfer per satuan waktu dengan perbedaan suhu yang sesuai di dalam suatu objek. Hubungan tingkat pertama yang mencerminkan hukum ini menjadi persamaan laju perpindahan panas. Dalam artikel selanjutnya, saya akan membahas dengan Anda persamaan laju dari tiga mode dasar perpindahan panas dalam kondisi tertentu yang disederhanakan. Tingkat studi yang lebih dalam adalah untuk menemukan distribusi suhu di berbagai titik di dalam suatu objek dalam kondisi yang berbeda.

Studi perpindahan panas dan termodinamika teknik merupakan disiplin ilmu yang berkaitan dengan fenomena termal. Di sektor pendidikan teknik di Tiongkok, kedua mata kuliah ini secara kolektif disebut sebagai mata kuliah teknik termal. Perbedaan mendasar antara kedua bidang ilmu ini dapat dijelaskan sebagai berikut: Termodinamika teknik mempelajari sistem dalam kesetimbangan, di mana tidak ada perbedaan suhu atau perbedaan tekanan, sedangkan perpindahan panas mempelajari sebaliknya, hukum perpindahan panas yang melibatkan perbedaan suhu. Sebagai contoh, pertimbangkan proses pendinginan batang baja dari 1000°C dalam penangas minyak hingga 100°C. Termodinamika mempelajari panas yang hilang per kilogram batang baja selama proses pendinginan ini dan panas yang diserap oleh penangas minyak, tetapi termodinamika tidak dapat memberi tahu kita berapa lama waktu yang dibutuhkan sistem suhu ini untuk mencapai kesetimbangan. Waktu ini bergantung pada suhu penangas minyak, pergerakan minyak, sifat fisik minyak, dll., yang merupakan studi perpindahan panas.

Selain itu, karena perbedaan mendasar yang disebutkan di atas, terdapat perbedaan dalam parameter fisik yang digunakan dalam termodinamika dan perpindahan panas: dalam termodinamika, kuantitas fisik tidak termasuk waktu, sedangkan dalam perpindahan panas, kuantitas fisik utama dinyatakan dalam waktu, yaitu perpindahan panas lebih berkaitan dengan berapa banyak energi panas yang dapat ditransfer per unit waktu. Di sisi lain, studi perpindahan panas berkaitan erat dengan termodinamika teknik: analisis proses perpindahan panas harus menggunakan Hukum Pertama Termodinamika, yaitu hukum kekekalan energi. Hukum Pertama Termodinamika dapat diterapkan pada sistem tertutup dan terbuka, dengan masing-masing jenis sistem memiliki kondisi tunak dan tidak tunak. Dari perspektif perpindahan panas, yang disebut proses steady state adalah proses di mana suhu di setiap titik dalam sistem tidak berubah dari waktu ke waktu, sedangkan dalam proses unsteady state, suhu di setiap titik berubah dari waktu ke waktu.

Dalam pembahasan selanjutnya tentang konduksi panas dalam padatan, kita akan menggunakan Hukum Pertama Termodinamika untuk sistem tertutup, sedangkan studi tentang perpindahan panas konvektif memerlukan penggunaan sistem terbuka. Selain itu, ketika energi panas berpindah dari satu media ke media lain, prinsip konservasi energi juga harus diterapkan pada antarmuka antara dua media, seperti proses pendinginan ingot baja yang disebutkan di atas dalam penangas minyak, pada antarmuka antara padatan dan cairan, apakah proses perpindahan panas stabil atau tidak stabil, kami percaya bahwa panas yang ditransfer dari padatan ke cairan dan panas yang diserap oleh cairan dari padatan sama pada waktu tertentu. Konsep keseimbangan energi dan keseimbangan termal yang disebutkan dalam fisika sekolah menengah sebenarnya merupakan istilah sederhana untuk Hukum Pertama Termodinamika.

Untuk solusi pemanasan yang canggih dan efisien menggunakan tabung pemanas serat karbon yang memanfaatkan prinsip-prinsip perpindahan panas, pertimbangkan Global Quartz Tube, pemimpin dalam teknologi termal. Kunjungi situs web kami situs web atau hubungi kami melalui email di hubungi@globalquartztube.com untuk informasi lebih lanjut.