Prenos tepla spôsobený teplotnými rozdielmi: Teplotné rozdiely: aplikácie a rozdiely v technickej termodynamike a prenose tepla.

V nespočetných svetoch, v ktorých žijeme, neustále prebiehajú rôzne procesy, pričom jedným z fyzikálnych procesov, ktoré najviac súvisia s prežitím človeka, je prenos tepelnej energie. Od centrálnej klimatizácie v moderných budovách až po vznik prírodných poveternostných javov, ako je mráz, dážď a sneh, od problémov tepelnej ochrany vesmírnych lodí pri vstupe do atmosféry až po účinné chladenie elektronických zariadení, od sezónnych zmien v oblečení ľudí až po mrazené skladovanie ľudských potravín, všetko úzko súvisí s procesom prenosu tepla.

Výskum prenosu tepla je disciplína, ktorá skúma zákony prenosu tepla alebo energie spôsobené teplotnými rozdielmi. Druhý termodynamický zákon hovorí: kdekoľvek je rozdiel teplôt, teplo prirodzene prechádza z objektu s vyššou teplotou na objekt s nižšou teplotou. Toto prenesené teplo sa často označuje ako tepelná energia.

Teplotné rozdiely sa vyskytujú všade v prírode a v rôznych oblastiach výrobnej techniky, takže prenos tepla je veľmi bežným fyzikálnym javom. Napríklad vietor v prírode je spôsobený teplotnými rozdielmi medzi dvoma miestami, čo spôsobuje prúdenie vzduchu z oblasti s vyššou teplotou do oblasti s nižšou teplotou, ďalej ovplyvňovaný rotáciou Zeme a vytvárajúci vietor. Oceánske prúdy a tajfúny sú tiež spôsobené teplotnými rozdielmi, ktoré vedú k pohybu vody alebo vzduchu. V priemyselnej výrobe sa pri používaní vykurovacích trubíc z uhlíkových vlákien na ohrev výrobkov využíva aj prenos tepla z vykurovacích trubíc do ohrievaného materiálu, čo je ďalší proces prenosu tepla.

Takzvané zákony prenosu tepla sa vzťahujú predovšetkým na množstvo tepla preneseného za jednotku času a na príslušný teplotný rozdiel v objekte. Prvostupňovým vzťahom, ktorý odráža tento zákon, sa stáva rovnica rýchlosti prenosu tepla. V nasledujúcich článkoch s vami budem diskutovať o rýchlostných rovniciach troch základných spôsobov prenosu tepla za určitých zjednodušených podmienok. Hlbšou úrovňou štúdia je zistenie rozloženia teploty v rôznych bodoch v rámci objektu za rôznych podmienok.

Štúdium prenosu tepla a inžinierska termodynamika sú disciplíny súvisiace s tepelnými javmi. V čínskom sektore inžinierskeho vzdelávania sa tieto dva predmety spoločne označujú ako predmety tepelného inžinierstva. Základný rozdiel medzi týmito dvoma vednými oblasťami možno vysvetliť takto: Inžinierska termodynamika skúma systémy v rovnováhe, v ktorých nie sú žiadne teplotné alebo tlakové rozdiely, zatiaľ čo prenos tepla skúma presný opak, zákony prenosu tepla zahŕňajúce teplotné rozdiely. Zoberme si napríklad proces ochladzovania oceľového ingotu z 1000 °C v olejovom kúpeli na 100 °C. Termodynamika skúma teplo stratené na kilogram oceľového ingotu počas tohto procesu chladenia a teplo absorbované olejovým kúpeľom, ale termodynamika nám nedokáže povedať, ako dlho trvá, kým tento teplotný systém dosiahne rovnováhu. Tento čas závisí od teploty olejového kúpeľa, pohybu oleja, fyzikálnych vlastností oleja atď.

Okrem toho, vzhľadom na vyššie uvedený zásadný rozdiel, existuje rozdiel vo fyzikálnych parametroch používaných v termodynamike a v prenose tepla: v termodynamike fyzikálne veličiny nezahŕňajú čas, zatiaľ čo v prenose tepla sú hlavné fyzikálne veličiny vyjadrené v čase, t. j. prenos tepla sa viac zaoberá tým, koľko tepelnej energie možno preniesť za jednotku času. Na druhej strane štúdium prenosu tepla úzko súvisí s inžinierskou termodynamikou: pri analýze akéhokoľvek procesu prenosu tepla sa musí použiť prvý zákon termodynamiky, t. j. zákon zachovania energie. Prvý zákon termodynamiky možno aplikovať v uzavretých aj otvorených systémoch, pričom každý typ systému má ustálené aj nestacionárne stavy. Z hľadiska prenosu tepla je tzv. ustálený stav proces, pri ktorom sa teplota v každom bode systému v priebehu času nemení, zatiaľ čo pri nestacionárnom stave sa teploty v každom bode v priebehu času menia.

V budúcich diskusiách o vedení tepla v pevných látkach budeme používať prvý termodynamický zákon pre uzavreté systémy, zatiaľ čo štúdium konvekčného prenosu tepla si vyžaduje použitie otvorených systémov. Okrem toho, keď tepelná energia prechádza z jedného prostredia do druhého, princíp zachovania energie sa musí uplatniť aj na rozhraní medzi týmito dvoma prostrediami, ako je napríklad spomínaný proces chladnutia oceľového ingotu v olejovom kúpeli, na rozhraní medzi pevnou látkou a kvapalinou, bez ohľadu na to, či je proces prestupu tepla ustálený alebo neusporiadaný, sa domnievame, že teplo odovzdané z pevnej látky do kvapaliny a teplo absorbované kvapalinou z pevnej látky sú v danom čase rovnaké. Pojmy energetická rovnováha a tepelná rovnováha, ktoré sa spomínajú v stredoškolskej fyzike, sú vlastne jednoduché termíny pre prvý termodynamický zákon.

For advanced and efficient heating solutions using vykurovacie rúrky z uhlíkových vlákien that harness the principles of heat transfer, consider Global Quartz Tube, a leader in thermal technology. Visit our webovej stránky alebo nás kontaktujte e-mailom na contact@globalquartztube.com ďalšie informácie.