თბოგადაცემის სახეები: სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

ნებისმიერ მატერიალურ სხეულს აქვს ისეთი მახასიათებელი, როგორიცაა სითბო, რომელიც შეიძლება გაიზარდოს და შემცირდეს. სითბო არ არის მატერიალური ნივთიერება: როგორც ნივთიერების შინაგანი ენერგიის ნაწილი, ის წარმოიქმნება მოლეკულების მოძრაობისა და ურთიერთქმედების შედეგად. ვინაიდან სხვადასხვა ნივთიერების სითბო შეიძლება განსხვავდებოდეს, ხდება სითბოს გადაცემის პროცესი უფრო ცხელი ნივთიერებიდან ნაკლები სითბოს მქონე ნივთიერებაზე. ამ პროცესს სითბოს გადაცემას უწოდებენ. ამ სტატიაში განვიხილავთ სითბოს გადაცემის ძირითად ტიპებს და მათი მოქმედების მექანიზმებს.

თბოგადაცემის განსაზღვრა

სითბოს გადაცემა, ანუ ტემპერატურის გადაცემის პროცესი, შეიძლება მოხდეს როგორც მატერიის შიგნით, ასევე ერთი ნივთიერებიდან მეორეზე. ამავდროულად, სითბოს გადაცემის ინტენსივობა დიდწილად დამოკიდებულია მატერიის ფიზიკურ თვისებებზე, ნივთიერებების ტემპერატურაზე (თუ სითბოს გადაცემაში რამდენიმე ნივთიერება მონაწილეობს) და ფიზიკის კანონებზე. სითბოს გადაცემა არის პროცესი, რომელიც ყოველთვის ცალმხრივად მიმდინარეობს. სითბოს გადაცემის მთავარი პრინციპია ის, რომ ყველაზე ცხელი სხეული ყოველთვის ასხივებს სითბოს უფრო დაბალი ტემპერატურის მქონე ობიექტს. მაგალითად, ტანსაცმლის დაუთოებისას, ცხელი უთოსითბოს აძლევს შარვალს და არა პირიქით. სითბოს გადაცემა არის დროზე დამოკიდებული ფენომენი, რომელიც ახასიათებს სითბოს შეუქცევად განაწილებას სივრცეში.

თბოგადაცემის მექანიზმები

ნივთიერებების თერმული ურთიერთქმედების მექანიზმებს შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული ფორმები. ბუნებაში სითბოს გადაცემის სამი ტიპი არსებობს:

1. თერმული კონდუქტომეტრი არის სხეულის ერთი ნაწილიდან მეორეზე ან სხვა ობიექტზე მოლეკულური სითბოს გადაცემის მექანიზმი. თვისება ემყარება განხილულ ნივთიერებებში ტემპერატურის არაერთგვაროვნებას.
2. კონვექცია - სითბოს გაცვლა სითხის საშუალებებს შორის (თხევადი, ჰაერი).
3. რადიაციული მოქმედება არის სითბოს გადაცემა გახურებული და გახურებული სხეულებიდან (წყაროებიდან) მათი ენერგიის გამო ელექტრომაგნიტური ტალღების სახით მუდმივი სპექტრით.

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ სითბოს გადაცემის ჩამოთვლილი ტიპები.

თერმული კონდუქტომეტრული

ყველაზე ხშირად თბოგამტარობა შეინიშნება მყარ სხეულებში. თუ რაიმე ფაქტორების გავლენით, სხვადასხვა ტემპერატურული უბნები გამოჩნდება ერთსა და იმავე ნივთიერებაში, მაშინ თერმული ენერგია უფრო ცხელი ადგილიდან ცივში გადავა. ზოგიერთ შემთხვევაში, ეს ფენომენი შეიძლება ვიზუალურადაც კი შეინიშნოს. მაგალითად, თუ ავიღებთ ლითონის ღეროს, ვთქვათ, ნემსს და გავაცხელებთ ცეცხლზე, მაშინ გარკვეული დროის შემდეგ დავინახავთ, თუ როგორ გადადის თერმული ენერგია ნემსით და წარმოიქმნება ბზინვარება გარკვეულ ზონაში. ამავდროულად, ისეთ ადგილას, სადაც ტემპერატურა უფრო მაღალია, სიკაშკაშე უფრო კაშკაშაა და, პირიქით, სადაც t დაბალია, უფრო ბნელია. სითბოს გამტარობა ასევე შეიძლება შეინიშნოს ორ სხეულს შორის (ფინჯანი ცხელი ჩაი და ხელი)

თბური ნაკადის გადაცემის ინტენსივობა მრავალ ფაქტორზეა დამოკიდებული, რომელთა თანაფარდობა გამოავლინა ფრანგმა მათემატიკოსმა ფურიემ. ეს ფაქტორები, პირველ რიგში, მოიცავს ტემპერატურულ გრადიენტს (ტემპერატურული სხვაობის თანაფარდობა ღეროს ბოლოებში მანძილს ერთი ბოლოდან მეორემდე), სხეულის კვეთის ფართობს და თბოგამტარობის კოეფიციენტს. ის განსხვავებულია ყველა ნივთიერებისთვის, მაგრამ ყველაზე მაღალი შეინიშნება ლითონებში). თბოგამტარობის ყველაზე მნიშვნელოვანი კოეფიციენტი შეინიშნება სპილენძსა და ალუმინში. გასაკვირი არ არის, რომ ეს ორი ლითონი უფრო ხშირად გამოიყენება ელექტრო სადენების წარმოებაში. ფურიეს კანონის მიხედვით, სითბოს ნაკადი შეიძლება გაიზარდოს ან შემცირდეს ერთ-ერთი ამ პარამეტრის შეცვლით.

თბოგადაცემის კონვექციური ტიპები

კონვექცია, რომელიც ძირითადად აირებსა და სითხეებს ახასიათებს, აქვს ორი კომპონენტი: მოლეკულური თბოგამტარობა და გარემოს მოძრაობა (განაწილება). კონვექციის მოქმედების მექანიზმი ხდება შემდეგნაირად: სითხის ნივთიერების ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მისი მოლეკულები იწყებენ უფრო აქტიურ მოძრაობას, ხოლო სივრცითი შეზღუდვების არარსებობის შემთხვევაში, ნივთიერების მოცულობა იზრდება. ამ პროცესის შედეგი იქნება ნივთიერების სიმკვრივის დაქვეითება და მისი ზევით მოძრაობა. კონვექციის თვალსაჩინო მაგალითია რადიატორით გაცხელებული ჰაერის მოძრაობა ბატარეიდან ჭერამდე.

განასხვავებენ სითბოს გადაცემის თავისუფალ და იძულებით კონვექციურ ტიპებს. სითბოს გადაცემა და მასის მოძრაობა თავისუფალ ტიპში ხდება ნივთიერების ჰეტეროგენურობის გამო, ანუ ცხელი სითხე ცივ ბუნებრივზე მაღლა ადის.გარე ძალების გავლენის გარეშე (მაგ. ოთახის გათბობა ცენტრალური გათბობით). იძულებითი კონვექციის დროს მასის მოძრაობა ხდება გარეგანი ძალების გავლენის ქვეშ, მაგალითად, ჩაის კოვზით მორევა.

გასხივოსნებული სითბოს გადაცემა

რადიაციული ან რადიაციული სითბოს გადაცემა შეიძლება მოხდეს სხვა ობიექტთან ან ნივთიერებასთან კონტაქტის გარეშე, ამიტომ ეს შესაძლებელია უჰაერო სივრცეშიც კი (ვაკუუმი). რადიაციული სითბოს გადაცემა ყველა სხეულში თანდაყოლილია მეტ-ნაკლებად და ვლინდება ელექტრომაგნიტური ტალღების სახით უწყვეტი სპექტრით. ამის მთავარი მაგალითია მზე. მოქმედების მექანიზმი ასეთია: სხეული განუწყვეტლივ ასხივებს სითბოს გარკვეულ რაოდენობას მის მიმდებარე სივრცეში. როდესაც ეს ენერგია ხვდება სხვა ობიექტს ან ნივთიერებას, მისი ნაწილი შეიწოვება, მეორე ნაწილი გადის და მესამე ნაწილი აისახება გარემოში. ნებისმიერ ობიექტს შეუძლია სითბოს გამოსხივება და შთანთქმა, ხოლო ბნელ ნივთიერებებს უფრო მეტი სითბოს შთანთქმა შეუძლიათ, ვიდრე მსუბუქი.

თბოგადაცემის კომბინირებული მექანიზმები

ბუნებაში, სითბოს გადაცემის პროცესების ტიპები იშვიათად გვხვდება ცალკე. უფრო ხშირად მათი ნახვა შესაძლებელია ერთად. თერმოდინამიკაში ამ კომბინაციებს სახელებიც კი აქვთ, მაგალითად, თბოგამტარობა + კონვექცია არის კონვექციური სითბოს გადაცემა, ხოლო თბოგამტარობა + თერმული გამოსხივება ეწოდება რადიაციულ-გამტარ სითბოს გადაცემას. გარდა ამისა, არსებობს სითბოს გადაცემის ისეთი კომბინირებული ტიპები, როგორიცაა:

• სითბოს გაფრქვევა -თერმული ენერგიის მოძრაობა გაზს ან თხევადსა და მყარს შორის.
• თბოგადაცემა არის t-ის გადაცემა ერთი მატერიიდან მეორეზე მექანიკური დაბრკოლების მეშვეობით.
• კონვექციურ-რადიაციული სითბოს გადაცემა წარმოიქმნება კონვექციისა და თერმული გამოსხივების შერწყმით.

თბოგადაცემის სახეები ბუნებაში (მაგალითები)

ბუნებაში სითბოს გადაცემა უზარმაზარ როლს თამაშობს და არ შემოიფარგლება მზის სხივებით დედამიწის გაცხელებით. ვრცელი კონვექციური დინებები, როგორიცაა ჰაერის მასების მოძრაობა, დიდწილად განსაზღვრავს ამინდს მთელს ჩვენს პლანეტაზე.

დედამიწის ბირთვის თბოგამტარობა იწვევს გეიზერების გაჩენას და ვულკანური ქანების ამოფრქვევას. ეს გლობალური მასშტაბით სითბოს გადაცემის მხოლოდ რამდენიმე მაგალითია. ისინი ერთად ქმნიან სითბოს გადაცემის კონვექციურ და რადიაციულ-გამტარ სითბოს გადაცემის ტიპებს, რომლებიც აუცილებელია ჩვენს პლანეტაზე სიცოცხლის შესანარჩუნებლად.

თბოგადაცემის გამოყენება ანთროპოლოგიურ საქმიანობაში

სითბო წარმოების თითქმის ყველა პროცესის მნიშვნელოვანი კომპონენტია. ძნელი სათქმელია, თუ რომელი ტიპის სითბოს გაცვლას იყენებს ადამიანი ყველაზე მეტად ეროვნულ ეკონომიკაში. ალბათ სამივე ერთდროულად. სითბოს გადაცემის პროცესები გამოიყენება ლითონების დნობისთვის, წარმოქმნის საქონლის ფართო სპექტრს, ყოველდღიური ნივთებიდან კოსმოსურ ხომალდებამდე.

უაღრესად მნიშვნელოვანია ცივილიზაციისთვის თერმული ერთეულები, რომლებსაც შეუძლიათ თერმული ენერგიის გარდაქმნა სასარგებლო ძალად. მათ შორისმათ შეიძლება ეწოდოს ბენზინი, დიზელი, კომპრესორი, ტურბინის ერთეულები. სამუშაოდ ისინი იყენებენ სითბოს გადაცემის სხვადასხვა ტიპს.