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Einführung in die Wärmeübertragung: Wie erfolgt die Wärmeübertragung?

Was ist Wärme? Wie erfolgt die Wärmeübertragung? Was sind die Auswirkungen auf die Materie, wenn Wärme von einem Körper auf einen anderen übertragen wird? Folgendes müssen Sie wissen:

 

Wärmeübertragungsdefinition

Wärmeübertragung ist ein Prozess, bei dem die innere Energie von einem Stoff auf einen anderen Stoff übertragen wird. Thermodynamik ist das Studium der Wärmeübertragung und der daraus resultierenden Veränderungen. Ein Verständnis der Wärmeübertragung ist entscheidend für die Analyse eines thermodynamischen Prozesses. wie er beispielsweise in Wärmekraftmaschinen und Wärmepumpen stattfindet.

 

Formen der Wärmeübertragung

Nach der kinetischen Theorie wird die innere Energie einer Substanz aus der Bewegung einzelner Atome oder Moleküle erzeugt. Wärmeenergie ist die Energieform, die diese Energie von einem Körper oder System auf einen anderen überträgt. Diese Wärmeübertragung kann auf verschiedene Arten erfolgen:

  • Conduction istwenn Wärme eines beheizten Feststoff durch eine fließt Heizstrom durch das MaterialBewegung. Sie können die Wärmeleitung beobachten, wenn Sie ein Ofenbrennerelement oder eine Metallstange erhitzen, die von glühend heiß bis weißglühend wechselt.
  • Konvektion ist, wenn erhitzte Partikel Wärme auf eine andere Substanz übertragen, z. B. etwas in kochendem Wasser kochen.
  • Strahlung ist, wenn Wärme durch elektromagnetische Wellen, beispielsweise von der Sonne, übertragen wird. Strahlung kann Wärme durch den leeren Raum übertragen, während die beiden anderen Methoden eine Art von Materie-auf-Materie-Kontakt für die Übertragung erfordern.

Damit sich zwei Substanzen gegenseitig beeinflussen, müssen sie in thermischem Kontakt miteinander stehen. Wenn Sie Ihren Ofen im eingeschalteten Zustand offen lassen und mehrere Fuß davor stehen, haben Sie thermischen Kontakt mit dem Ofen und können die Wärme spüren, die er auf Sie überträgt (durch Konvektion durch die Luft).

Normalerweise spüren Sie natürlich nicht die Hitze des Ofens, wenn Sie mehrere Fuß entfernt sind. Dies liegt daran, dass der Ofen über eine Wärmeisolierung verfügt , um die Wärme im Inneren zu halten und so den Wärmekontakt mit der Außenseite des Ofens zu verhindern. Dies ist natürlich nicht perfekt. Wenn Sie also in der Nähe stehen, spüren Sie etwas Hitze aus dem Ofen.

Das thermische Gleichgewicht liegt vor, wenn zwei Gegenstände, die sich in thermischem Kontakt befinden, keine Wärme mehr zwischen ihnen übertragen.

 

Auswirkungen der Wärmeübertragung

Der grundlegende Effekt der Wärmeübertragung besteht darin, dass die Partikel einer Substanz mit den Partikeln einer anderen Substanz kollidieren. Die energiereichere Substanz verliert typischerweise innere Energie (dh „Abkühlen“), während die weniger energetische Substanz innere Energie gewinnt (dh „Aufheizen“).

Der offensichtlichste Effekt davon in unserem täglichen Leben ist ein Phasenübergang, bei dem sich eine Substanz von einem Materiezustand in einen anderen ändert , z. B. Eis, das von einem Feststoff zu einer Flüssigkeit schmilzt, wenn es Wärme absorbiert. Das Wasser enthält mehr innere Energie (dh die Wassermoleküle bewegen sich schneller) als im Eis.

Darüber hinaus durchlaufen viele Substanzen entweder Wärmeausdehnung oder Wärmekontraktion, wenn sie innere Energie gewinnen und verlieren. Wasser (und andere Flüssigkeiten) dehnen sich beim Gefrieren häufig aus, was jeder entdeckt hat, der zu lange ein Getränk mit einer Kappe in den Gefrierschrank gestellt hat.

 

Wärmekapazität

Die Wärmekapazität eines Objekts hilft zu definieren, wie die Temperatur dieses Objekts auf das Absorbieren oder Übertragen von Wärme reagiert. Die Wärmekapazität ist definiert als die Änderung der Wärme geteilt durch die Änderung der Temperatur.

 

Gesetze der Thermodynamik

Die Wärmeübertragung wird von einigen Grundprinzipien geleitet, die als Gesetze der Thermodynamik bekannt geworden sind. Sie definieren, wie sich die Wärmeübertragung auf die von einem System geleistete Arbeit bezieht, und schränken ein, was ein System erreichen kann.

Herausgegeben von Anne Marie Helmenstine, Ph.D.

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