열 전달 - 전도, 대류, 방사선

열 전달은 열 에너지가 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 때 발생합니다. 원자와 분자는 본질적으로 운동 및 열 에너지를 가지므로 모든 물질은 열 전달에 참여합니다. 열 전달에는 세 가지 주요 유형과 고온에서 저온으로 에너지를 이동시키는 다른 공정이 있습니다.

열전달이란 무엇입니까?

열전달은 시스템과 주변 환경의 온도 차이로 인한 열 이동입니다. 에너지 전달은 열역학 제 2 법칙으로 인해 항상 더 높은 온도에서 더 낮은 온도입니다. 열 전달 단위는 Joule (J), Calorie (Cal) 및 Kilocalorie (Kcal)입니다. 열 전달 속도의 단위는 킬로와트 (KW)입니다.

예제를 갖는 세 가지 유형의 열 전달
열 전달의 세 가지 유형은 열을 전달하는 매체의 특성에 따라 다릅니다.

전도는 접촉이 필요합니다.

대류는 유체 흐름이 필요합니다.

방사선에는 매체가 필요하지 않습니다.

전도 이웃 원자 또는 분자 사이의 직접 열 전달입니다. 일반적으로 고체를 통한 열 전달입니다. 예를 들어, 스토브의 팬의 금속 손잡이는 대류로 인해 뜨거워집니다. 뜨거운 팬을 만지면 손에 열이 나옵니다.

대류 공기 또는 물과 같은 유체의 움직임을 통한 열 전달입니다. 스토브에 물 가열이 좋은 예입니다. 열원 근처의 물이 상승하기 때문에 냄비 상단의 물이 뜨거워집니다. 또 다른 예는 캠프 파이어 주변의 공기의 움직임입니다. 열기가 상승하여 열이 위로 전달됩니다. 한편,이 움직임에 남은 부분 진공은 시원한 외부 공기로 끌려 가서 신선한 산소로 화재를 공급합니다.

방사선 전자기 방사선의 방출입니다. 매체를 통해 발생하지만 필요하지 않습니다. 예를 들어, 태양 복사가 공간을 가로 지르고 대기를 가열하기 때문에 화창한 날에는 외부가 따뜻합니다. 스토브의 버너 요소도 방사선을 방출합니다. 그러나 버너의 일부 열은 뜨거운 요소와 금속 팬 사이의 전도에서 발생합니다. 대부분의 실제 공정에는 여러 형태의 열전달이 포함됩니다.

전도

전도는 분자가 서로 닿아 대류 나 방사선보다 느린 과정이되어야합니다. 에너지가 많은 원자와 분자는 더 많은 운동 에너지를 가지며 다른 문제와 더 많은 충돌을 일으킨다. 그들은“뜨겁다”. 뜨거운 물질이 냉 문제와 상호 작용하면 충돌 중에 일부 에너지가 전달됩니다. 이것은 전도를 유발합니다. 쉽게 열을 전도하는 물질의 형태를 열 전도체라고합니다.

전도의 예

전도는 일상 생활에서 일반적인 과정입니다. 예를 들면 :

아이스 큐브를 즉시 잡으면 손이 차갑게 느껴집니다. 한편, 피부에서 얼음으로 전달 된 열은 액체 물로 녹입니다.
뜨거운 길이나 맑은 해변에서 맨발로 걷는 것은 단단한 재료가 발에 열을 전하기 때문에 발을 태워 버립니다.
철의 옷은 철에서 직물로 열을 전달합니다.
뜨거운 커피로 채워진 커피 컵의 손잡이는 머그잔 재료를 통한 전도를 통해 따뜻하거나 뜨겁습니다.

전도 방정식

전도에 대한 하나의 방정식은 열전도율, 면적, 재료의 두께 및 두 영역 사이의 온도 차이로부터 시간 단위당 열 전달을 계산합니다.

q =[k ∙ a ∙ (t _hot - t _콜드 )] / d

Q는 단위 시간당 열 전달
k는 물질의 열 전도도의 계수입니다
A는 열 전달 영역입니다
t _hot 뜨거운 영역의 온도
t _콜드 추운 지역의 온도
d는 신체의 두께

대류

대류는 유체 분자가 고온에서 저온 영역으로의 이동입니다. 유체의 온도를 변경하면 밀도에 영향을 미쳐 대류 전류가 생성됩니다. 유체의 양이 증가하면 밀도가 감소하고 부력이됩니다.

대류의 예

대류는 주로 공기 또는 물과 관련된 지구상에서 친숙한 과정입니다. 그러나 냉장 가스 및 마그마와 같은 다른 유체에 적용됩니다. 대류의 예는 다음과 같습니다.

끓는 물은 고밀도 냉각기 분자를 통해 덜 밀도가 높은 뜨거운 분자가 상승함에 따라 대류를 겪습니다.
열기 공기가 떠오르고 냉각기 공기가 싱크대를 대체합니다.
대류는 적도와 기둥 사이의 바다에서 글로벌 순환을 주도합니다.
대류 오븐은 뜨거운 공기를 순환시키고 난방 요소 나 가스 불꽃 만 사용하는 것보다 더 고르게 요리합니다.

대류 방정식

대류 속도에 대한 방정식은 면적과 유체 온도와 표면 온도의 차이와 관련이 있습니다.

q =h _c ∙ a t (t _s - t _f )

Q는 단위 시간당 열 전달
h _c 대류 열 전달 계수
A는 열 전달 영역입니다
t _s 표면 온도
t _f 유체 온도

방사선

방사선은 전자기 에너지의 방출입니다. 열 방사선의 또 다른 이름은 빛나는 열입니다. 전도 또는 대류와 달리 방사선에는 열 전달을위한 매체가 필요하지 않습니다. 따라서 방사선은 중간 (고체, 액체, 가스) 또는 진공을 통해 발생합니다.

방사선의 예

방사선에는 많은 예가 있습니다 :

전자 레인지 오븐은 전자 레인지 방사선을 방출하여 식품의 열 에너지를 증가시킵니다
태양은 빛 (자외선 방사선 포함)과 열
우라늄 -238은 토륨 -234

방사선 방정식

Stephan-Boltzmann 법은 열 방사선의 전력과 온도 사이의 관계를 설명합니다.

p =e p σ ∙ a · (tr - tc)

p는 방사선의 순 전력
a는 방사선의 영역입니다
tr은 라디에이터 온도
TC는 주변 온도
e는 방사성입니다
σ는 Stefan의 상수입니다 (σ =5.67 × 10wmk)

더 많은 열전달 - 화학 결합 및 위상 전이

전도, 대류 및 방사선은 열 전달의 세 가지 모드 인 반면, 다른 공정은 열을 흡수하고 방출합니다. 예를 들어, 원자는 화학 결합이 파괴되고 에너지를 흡수하여 결합을 형성 할 때 에너지를 방출합니다. 에너지를 방출하는 것은 외생 적 과정이며, 에너지를 흡수하는 것은 엔도 닉 과정입니다. 때로는 에너지가 가볍거나 소리이지만 대부분의 경우 열이기 때문에 이러한 과정이 발열적이고 흡열이됩니다.

물질 상태 사이의 위상 전이는 또한 에너지의 흡수 또는 방출을 포함한다. 이것의 좋은 예는 증발 냉각입니다. 액체에서 증기로의 위상 전이는 환경에서 열 에너지를 흡수합니다.

참조

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