Conducție, convecție și radiații

Conducția, convecția și radiația sunt cele trei forme de transfer de căldură. Căldura este energia care trece de la un corp sau sistem la altul.

Transferul de căldură are loc numai atunci când există o diferență de temperatură între două lucruri.

În conducție, transferul de căldură are loc atunci când un corp sau obiect este în contact cu altul.

Convecția, pe de altă parte, este produsă de mișcarea gazelor sau lichidelor la diferite temperaturi.

La rândul său, radiația este un transfer de căldură fără ca corpurile să fie în contact. Prin urmare, acest lucru se produce prin emanația de energie prin unde electromagnetice.

Un exemplu care ilustrează acest lucru ar fi cel al unei oale cu apă clocotită: focul încălzește oala (radiații), metalul din oală încălzește apa (conducție) și apa fierbinte crește datorită efectului căldurii (convecție).

Ce este conducerea căldurii?

Conducerea este o formă de transfer de căldură care are loc atunci când două corpuri sunt în contact sau când căldura trece dintr-o parte a aceluiași corp în cealaltă. De exemplu, dacă încălzim un capăt al unei tije de fier, celălalt capăt se va încălzi după un timp, în ciuda faptului că nu este în contact direct cu sursa de căldură..

Mecanismul transferului de căldură prin conducție se bazează pe mișcarea atomilor. Pe măsură ce temperatura crește, atomii se mișcă mai repede și, de asemenea, împing atomii vecini, transferând căldura către ei..

Capacitatea materialelor de a conduce căldura este cunoscută sub numele de conductivitate termică. De exemplu, aerul are o conductivitate scăzută la fel ca lemnul.

Pe de altă parte, metalele, precum aluminiu și fier, au o conductivitate termică ridicată. Aceste materiale sunt foarte eficiente în conducerea căldurii, deoarece au electroni liberi care transferă energia mai repede din zonele fierbinți în zonele reci ale corpului..

Exemple de conducere a căldurii

• Tigaie din fontă pe un arzător care arde: căldura din arzător încălzește tigaia care conduce căldura către restul tigaiei și conținutul din ea.
• Gheață topită în mână: dacă punem o gheață în mână, aceasta se topește din cauza conducerii căldurii corpului.
• Picioarele fierbinți în nisip: într-o zi fierbinte la plajă, dacă mergem prin nisipul fierbinte cu picioarele goale, după un timp vom simți că suntem arși de conducerea căldurii din nisipul de la picioarele noastre.
• Ceașca de cafea fierbinte: turnând cafea fierbinte (sau altă băutură fierbinte) într-o ceașcă, în timp vom simți căldura în mâinile noastre. De aceea, cupele au un mâner, astfel încât să-l putem apuca fără să ne ardem..
• Calcat haine: fierul folosit pentru îndepărtarea ridurilor de pe îmbrăcăminte se încălzește și conduce căldura atunci când vine în contact cu îmbrăcămintea.
• Termometrul: Acest instrument este utilizat pentru măsurarea temperaturii deoarece primește sau transferă căldură prin conducerea obiectului sau substanței cu care este în contact.
• Lingură metalică împotriva lingurii de lemn: o lingură de lemn nu conduce căldura în timp ce lingura de metal se încălzește rapid. De aceea putem amesteca mâncarea cu lingura de lemn, dar când mâncăm supa folosim o lingură de metal.

Ce este convecția de căldură?

Convecția este forma de transfer de căldură care este produsă de mișcarea lichidelor și gazelor din zonele fierbinți în zonele reci. Când un lichid este încălzit, acesta devine mai puțin dens, provocând creșterea acestuia.

Datorită procesului de convecție se formează nori: vapori de apă și aer cald de pe suprafața Pământului se ridică și apoi se condensează ca nori în înălțimi. Acest tip de convecție este natural sau liber, fără intervenția forțelor externe.

Pe de altă parte, convecția forțată apare atunci când se aplică o forță pentru a mișca fluidul. Așa se întâmplă când folosim ventilatoare pentru a muta aer fierbinte într-o cameră sau când mutăm conținutul unei oale peste arzător.

Exemple de convecție termică

• Sisteme de încălzire a locuințelor: aerul în contact cu un sistem de încălzire se încălzește, apoi crește și deplasează aerul rece, provocând curenți.
• Căldura internă a Pământului: nucleul Pământului este fierbinte și fluid, motiv pentru care se produc curenți de convecție care provoacă cutremure și erupții vulcanice.
• Fluidul din rezervoarele de stocare- În conductele unui încălzitor solar, fluidul se încălzește și devine mai puțin dens, mutând căldura către fluidele mai reci.
• Cuptor cu convectie: aerul fierbinte din interiorul cuptorului circulă datorită unui ventilator, care face ca alimentele să se coacă mai uniform.
• Fierbere de apă într-o oală: când punem apă într-o oală pe o sobă arzătoare, apa fierbinte din fund crește, forțând mișcarea apei reci de la suprafață.
• Uscător de păr: aerul rece intră în uscător, este încălzit trecând printr-o rezistență și suflă aer fierbinte prin duză.
• curenti oceanici: apele oceanelor sunt menținute în mișcare constantă prin convecție, apa caldă a tropicelor se deplasează spre poli.
• Baloane cu aer cald sau baloane cu aer cald: prin încălzirea aerului, devine mai puțin dens, este prins în interiorul țesăturii balonului, provocând plutirea acestuia. Prin urmare, pentru a coborî, se deschide o fereastră care lasă să scape aerul fierbinte.

Ce este radiația de căldură?

Radiația este transferul de căldură fără contact între obiecte. Acest lucru se întâmplă prin unde electromagnetice, cum ar fi lumina vizibilă, ultraviolete și infraroșii, care călătoresc prin spațiu. Pentru ca radiația termică să apară, prezența materialului nu este necesară.

Corpurile emit căldură prin radiații, dar absorb și căldură, în funcție de diferența de temperatură. De fapt, corpurile care absorb cel mai bine sunt, de asemenea, emițători buni. De exemplu, o suprafață neagră absoarbe mai bine radiațiile, dar emit și mai mult decât o suprafață albă.

Astfel, emisia depinde de temperatura corpului, cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare emisia de căldură..

Funcționarea unui termos se bazează pe concentrarea radiației de căldură din interior. Un termos este construit cu un perete dublu de sticlă fără aer între ele, pentru a evita pierderile de căldură prin conducție sau convecție. Peretele interior argintiu reflectă radiația fără a o absorbi, astfel încât băutura rămâne fierbinte mai mult timp.

Exemple de radiații termice

• Căldura soarelui: Pământul primește căldură de la Soare prin radiații.
• Nisip fierbinte pe o plajă: într-o zi de vară radiația solară încălzește nisipul.
• Brăzdari ale unui foc: când ne apropiem de un foc sau șemineu, cărbunii aprinși degajă căldură radiativă.
• Cuptor solar: razele soarelui lovesc o suprafață încălzind aerul.
• Termometru cu infraroșu: măsoară radiația unui corp în domeniul infraroșu și o reprezintă ca temperatură.
• Camere termice: camerele cu imagini termice înregistrează căldura corpurilor emise de radiații.
• Paturi de bronzare: paturile de bronzat se bazează pe emisia de raze ultraviolete care favorizează bronzarea pielii. Utilizarea sa este limitată de predispoziția la afectarea pielii.

Ați putea fi, de asemenea, interesat să știți:

• Diferența dintre căldură și temperatură.
• Tipuri de energie