Mengapa konduktivitas termal cairan lebih buruk daripada padatan. Perpindahan panas. Jenis perpindahan panas. Konduktivitas termal
Baca juga
Konduktivitas termal- ini adalah jenis perpindahan panas di mana ada perpindahan energi langsung dari partikel (molekul, atom) dari bagian tubuh yang lebih panas ke partikel dari bagian yang kurang panas.
Pertimbangkan serangkaian percobaan dengan memanaskan zat padat, cair, dan gas.
Perpindahan panas radiasi.
Perpindahan panas radiasi- ini adalah perpindahan panas, di mana energi ditransfer oleh berbagai balok.
Itu bisa berupa sinar matahari, serta sinar yang dipancarkan oleh benda-benda panas di sekitar kita.
Jadi, misalnya duduk di dekat api, kita merasakan bagaimana panas dipindahkan dari api ke tubuh kita. Namun, penyebab perpindahan panas tersebut tidak dapat berupa konduktivitas termal (yang sangat kecil untuk udara antara api dan benda), atau konveksi (karena aliran konveksi selalu mengarah ke atas). Di sini, jenis perpindahan panas ketiga terjadi - perpindahan panas radiasi.
Ambil kecil, merokok di satu sisi, termos.
Masukkan tabung gelas yang ditekuk pada sudut kanan melalui gabus ke dalamnya. Di tabung ini, yang memiliki saluran sempit, kami memasukkan cairan berwarna. Setelah memperbaiki skala pada tabung, kami mendapatkan perangkat - termoskop. Perangkat ini memungkinkan Anda mendeteksi bahkan sedikit pemanasan udara dalam labu asap.
Jika sepotong logam yang dipanaskan hingga suhu tinggi dibawa ke permukaan gelap termoskop, kolom cairan akan bergerak ke kanan. Jelas, udara di dalam labu memanas dan mengembang. Pemanasan udara yang cepat dalam termoskop hanya dapat dijelaskan dengan transfer energi dari benda yang dipanaskan ke benda itu. Seperti dalam kasus kebakaran, energi di sini dipindahkan bukan dengan konduktivitas termal dan bukan dengan perpindahan panas konvektif. Energi dalam hal ini dipindahkan dengan bantuan sinar tak terlihat yang dipancarkan oleh benda yang dipanaskan. Sinar ini disebut radiasi termal.
Perpindahan panas radiasi dapat terjadi dalam ruang hampa penuh. Ini membedakannya dari jenis perpindahan panas lainnya.
Semua benda memancarkan energi: baik yang sangat panas maupun yang lemah, misalnya tubuh manusia, kompor, bola lampu listrik. Tetapi semakin tinggi suhu tubuh, semakin kuat radiasi termalnya. Energi yang terpancar, setelah mencapai benda lain, sebagian diserap olehnya, dan sebagian dipantulkan. Saat diserap, energi radiasi termal diubah menjadi energi internal tubuh, dan menjadi panas.
Permukaan terang dan gelap menyerap energi secara berbeda. Jadi, jika dalam percobaan dengan termoskop kita memutar labu ke benda yang dipanaskan terlebih dahulu dengan sisi asap dan kemudian dengan sisi terang, maka kolom cairan pada kasus pertama akan bergerak lebih jauh daripada yang kedua (lihat gambar di atas). Oleh karena itu, benda dengan permukaan gelap menyerap energi lebih baik (dan karenanya lebih panas) daripada benda dengan permukaan terang atau spekular.
Benda dengan permukaan gelap tidak hanya menyerap lebih baik, tetapi juga memancarkan energi dengan lebih baik.
Kemampuan untuk menyerap energi radiasi dengan berbagai cara banyak digunakan dalam teknologi. Misalnya, balon udara panas dan sayap pesawat sering dicat perak untuk meredam panas matahari.
Jika perlu menggunakan energi matahari (misalnya, untuk memanaskan beberapa perangkat yang dipasang di satelit buatan), maka perangkat ini dicat gelap.
1. Perkenalan.
Proyek ini dikembangkan sesuai dengan standar pendidikan umum menengah dalam fisika. Saat menulis proyek ini, studi tentang fenomena termal, penerapannya dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi dipertimbangkan. Selain materi teoretis, banyak perhatian diberikan pekerjaan penelitian- ini adalah eksperimen yang menjawab pertanyaan "Dengan cara apa energi internal tubuh dapat diubah", "Apakah konduktivitas termal dari berbagai zat sama", "Mengapa pancaran udara hangat atau cairan naik ke atas", "Mengapa apakah benda dengan permukaan gelap lebih panas"; pencarian dan pemrosesan informasi, foto-foto Waktu pengerjaan proyek: 1 - 1,5 bulan Tujuan proyek: * implementasi praktis dari pengetahuan anak sekolah tentang fenomena termal; * pembentukan keterampilan untuk penelitian independen; * pengembangan minat kognitif; * pengembangan pemikiran logis dan teknis * pengembangan kemampuan untuk memperoleh pengetahuan baru secara mandiri dalam fisika sesuai dengan kebutuhan dan minat vital;
2. Bagian utama.
2.1. Bagian teoritis
Dalam kehidupan, kita memang menjumpai fenomena termal setiap hari. Namun, kami tidak selalu berpikir bahwa fenomena ini dapat dijelaskan jika Anda mengetahui fisika dengan baik. Dalam pelajaran fisika, kami berkenalan dengan cara mengubah energi internal: perpindahan panas dan melakukan pekerjaan pada tubuh atau tubuh itu sendiri. Ketika dua tubuh bersentuhan dengan temperatur yang berbeda terjadi transfer energi dari tubuh dengan lebih banyak suhu tinggi ke tubuh dengan suhu yang lebih rendah. Proses ini akan berlanjut hingga suhu benda sama (tercapai kesetimbangan termal). Dalam hal ini, tidak ada pekerjaan mekanis yang dilakukan. Proses perubahan energi dalam tanpa melakukan kerja pada benda atau benda itu sendiri disebut perpindahan kalor atau perpindahan kalor. Dalam perpindahan panas, energi selalu ditransfer dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin. Proses kebalikannya tidak pernah terjadi secara spontan (dengan sendirinya), yaitu perpindahan panas tidak dapat diubah. Perpindahan panas menentukan atau menyertai banyak proses di alam: evolusi bintang dan planet, proses meteorologi di permukaan bumi, dll. Jenis perpindahan panas: konduktivitas termal, konveksi, radiasi.
konduktivitas termal disebut fenomena perpindahan energi dari bagian tubuh yang lebih panas ke bagian tubuh yang kurang panas sebagai akibat dari gerak termal dan interaksi partikel penyusun tubuh.
Logam memiliki konduktivitas termal tertinggi - mereka memiliki ratusan kali lebih banyak daripada air. Pengecualiannya adalah merkuri dan timbal, tetapi bahkan di sini konduktivitas termalnya sepuluh kali lebih besar daripada air.
Saat menurunkan jarum logam ke dalam segelas air panas, ujung jarum segera menjadi panas juga. Akibatnya, energi internal, seperti energi apa pun, dapat ditransfer dari satu tubuh ke tubuh lainnya. Energi internal juga dapat ditransfer dari satu bagian tubuh ke bagian tubuh lainnya. Jadi, misalnya jika salah satu ujung paku dipanaskan dalam nyala api, maka ujung lainnya yang ada di tangan lambat laun akan memanas dan membakar tangan.
2.2. Bagian praktis.
Mari kita pelajari fenomena ini dengan melakukan serangkaian percobaan dengan benda padat, cair, dan gas.
Pengalaman #1
Mereka mengambil berbagai benda: satu sendok aluminium, satu sendok kayu, yang ketiga terbuat dari plastik, yang keempat terbuat dari stainless steel, dan yang kelima terbuat dari perak. Kami menempelkan klip kertas ke setiap sendok dengan tetesan madu. Mereka memasukkan sendok ke dalam segelas air panas sehingga pegangan dengan klip kertas menonjol ke arah yang berbeda. Sendok akan memanas, dan saat memanas, madu akan meleleh dan penjepit kertas akan terlepas.
Tentunya bentuk dan ukuran sendok harus sama. Di mana pemanasan terjadi lebih cepat, logam itu menghantarkan panas lebih baik, lebih konduktif secara termal. Untuk percobaan ini, saya mengambil segelas air mendidih dan empat jenis sendok: aluminium, perak, plastik, dan stainless. Saya menurunkannya satu per satu ke dalam gelas dan menghitung waktunya: berapa menit akan memanas. Inilah yang saya dapatkan:
Kesimpulan: sendok yang terbuat dari kayu dan plastik membutuhkan waktu lebih lama untuk memanas dibandingkan sendok yang terbuat dari logam, yang berarti logam memiliki konduktivitas termal yang baik.
Pengalaman #2
Mari kita bawa ujung tongkat kayu ke dalam api. Itu akan menyala. Ujung tongkat yang lain, yang berada di luar, akan menjadi dingin. Artinya, pohon tersebut memiliki konduktivitas termal yang buruk.
Kami membawa ujung batang kaca tipis ke nyala lampu alkohol. Setelah beberapa saat akan memanas, sedangkan ujung lainnya akan tetap dingin. Oleh karena itu, kaca juga memiliki konduktivitas termal yang buruk.
Jika kita memanaskan ujung batang logam dalam nyala api, maka segera seluruh batang akan menjadi sangat panas. Kita tidak bisa lagi memegangnya di tangan kita.
Ini berarti logam menghantarkan panas dengan baik, yaitu memiliki konduktivitas termal yang tinggi. Di shta-ti-ve go-ri-zon-tal-but fortified-lyon ster-zhen. Pada batang, melalui ruang satu-satu, ver-ti-kal-tapi kencangkan-le-na dengan bantuan anyelir logam lilin.
Di ujung tongkat, mereka meletakkan lilin di bawahnya. Karena ujung tongkat ada di gre-va-et-sya, maka dalam derajat-pena-tapi ster-zhen pro-gre-va-et-sya. Saat panas mencapai tempat anyelir dengan batang diikat, ste-a-rin meleleh, dan anyelir jatuh. Kita melihat bahwa dalam percobaan ini tidak ada substansi pe-re-but-sa, jadi-masing-masing-tapi, amati-ya-ada-hangat-lo-air.
Pengalaman #3
Logam yang berbeda memiliki konduktivitas termal yang berbeda. Ada perangkat di lemari fisika yang dengannya kita dapat memastikan bahwa logam yang berbeda memiliki konduktivitas termal yang berbeda. Namun, di rumah, kami dapat memverifikasi ini dengan bantuan perangkat buatan sendiri.
Instrumen untuk menampilkan berbagai konduktivitas termal padatan.
Kami telah membuat perangkat untuk menunjukkan konduktivitas termal yang berbeda padatan. Untuk melakukan ini, kami menggunakan toples aluminium foil kosong, dua cincin karet (buatan sendiri), tiga potong kawat yang terbuat dari aluminium, tembaga dan besi, ubin, air panas, 3 patung pria kecil dengan tangan terangkat, dipotong dari kertas. .
Urutan pembuatan perangkat:
tekuk kawat dalam bentuk huruf "G";
perkuat mereka dari luar kaleng dengan cincin karet;
gantung tukang kertas dari bagian horizontal segmen kawat (menggunakan parafin cair atau plastisin).
Memeriksa pengoperasian perangkat. Tuang air panas ke dalam toples (jika perlu, panaskan toples air di atas kompor listrik) dan amati angka mana yang akan jatuh pertama, kedua, ketiga.
Hasil. Sosok pertama yang jatuh dipasang pada kawat tembaga, yang kedua - pada aluminium, yang ketiga - pada baja.
Kesimpulan. Padatan yang berbeda memiliki konduktivitas termal yang berbeda.
Konduktivitas termal dari berbagai zat berbeda.
Pengalaman No.4
Pertimbangkan sekarang konduktivitas termal cairan. Ambil segelas air dan panaskan bagian atas. Air di permukaan akan segera mendidih, dan di dasar tabung selama ini hanya akan memanas. Ini berarti cairan memiliki konduktivitas termal yang rendah.
Pengalaman No.5
Kami menyelidiki konduktivitas termal gas. Kami meletakkan tabung reaksi kering di jari dan memanaskannya terbalik di nyala lampu alkohol. Jari tidak akan terasa hangat untuk waktu yang lama. Ini disebabkan oleh fakta bahwa jarak antara molekul gas bahkan lebih besar daripada jarak antara cairan dan padatan. Oleh karena itu, konduktivitas termal gas bahkan lebih sedikit.
Wol, rambut, bulu burung, kertas, salju, dan benda berpori lainnya memiliki konduktivitas termal yang buruk.
Ini disebabkan oleh fakta bahwa udara terkandung di antara serat-serat zat tersebut. Udara adalah penghantar panas yang buruk.
Jadi rumput hijau diawetkan di bawah salju, tanaman musim dingin diawetkan dari pembekuan.
Pengalaman No.6
Dia mengembang bola kecil dari kapas dan membungkusnya di sekitar bola termometer Sekarang dia memegang termometer untuk beberapa waktu pada jarak tertentu dari nyala api dan memperhatikan bagaimana suhu naik. Kemudian bola kapas yang sama meremas dan melilitkan bohlam termometer dengan erat dan membawanya lagi ke lampu. Dalam kasus kedua, merkuri akan naik lebih cepat. Ini berarti kapas yang dikompres menghantarkan panas lebih baik!
Vakum (ruang bebas dari udara) memiliki konduktivitas termal terendah. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa konduktivitas termal adalah transfer energi dari satu bagian tubuh ke bagian tubuh lainnya, yang terjadi selama interaksi molekul atau partikel lain. Di ruang di mana tidak ada partikel, konduksi panas tidak dapat terjadi.
3. Kesimpulan.
Zat yang berbeda memiliki konduktivitas termal yang berbeda.
Padatan (logam) memiliki konduktivitas termal yang tinggi, cairan memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah, dan gas memiliki konduktivitas termal yang buruk.
Kita dapat menggunakan konduktivitas termal berbagai zat dalam kehidupan sehari-hari, teknologi, dan alam.
Fenomena konduktivitas termal melekat pada semua zat, terlepas dari apa keadaan agregasi mereka.
Sekarang, tanpa kesulitan, saya dapat menjawab dan menjelaskan dari sudut pandang fisik pertanyaan:
1. Mengapa burung menggembungkan bulunya pada cuaca dingin?
(Ada udara di antara bulu-bulu, dan udara adalah penghantar panas yang buruk.)
2. Mengapa pakaian wol lebih tahan dingin daripada pakaian sintetis?
(Ada udara di antara rambut, yang tidak menghantarkan panas dengan baik).
3. Mengapa kucing tidur meringkuk saat cuaca dingin di musim dingin? (Melengkung menjadi bola, mereka mengurangi luas permukaan yang mengeluarkan panas).
4. Mengapa gagang besi solder, setrika, wajan, panci terbuat dari kayu atau plastik? (Kayu dan plastik memiliki konduktivitas termal yang buruk, jadi saat kita memanaskan benda logam, memegang gagang kayu atau plastik tidak akan membakar tangan kita).
5. Mengapa semak-semak tanaman dan semak-semak yang menyukai panas ditutupi dengan serbuk gergaji untuk musim dingin?
(Serbuk gergaji adalah penghantar panas yang buruk. Oleh karena itu, tanaman ditutup dengan serbuk gergaji agar tidak membeku).
6. Sepatu bot mana yang melindungi dari embun beku dengan lebih baik: kencang atau lapang?
(Luas, karena udara tidak menghantarkan panas dengan baik, itu adalah lapisan lain di boot yang menahan panas).
4. Daftar literatur yang digunakan.
Edisi cetak:
1.A.V. Fisika Peryshkin Kelas 8 -M: Bustard, 2012
2.M.I.Bludov Conversations on physics part 1 -M: Enlightenment 1984.
Sumber daya internet:
1.http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm
2.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2 %D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C
Pertukaran panas- ini adalah proses mengubah energi dalam tanpa melakukan kerja pada tubuh atau tubuh itu sendiri.
Perpindahan panas selalu terjadi dalam arah tertentu: dari benda dengan suhu lebih tinggi ke benda dengan suhu lebih rendah.
Ketika suhu tubuh menyamakan, perpindahan panas berhenti.
Pertukaran panas dapat dilakukan dengan tiga cara:
- konduktivitas termal
- konveksi
- radiasi
Konduktivitas termal
Konduktivitas termal- fenomena transfer energi internal dari satu bagian tubuh ke bagian lain atau dari satu tubuh ke tubuh lain selama kontak langsung mereka.
Logam memiliki konduktivitas termal tertinggi- mereka memiliki ratusan kali lebih banyak daripada air. Pengecualiannya adalah merkuri dan timbal., tetapi bahkan di sini konduktivitas termalnya puluhan kali lebih besar daripada air.
Saat menurunkan jarum logam ke dalam segelas air panas, ujung jarum segera menjadi panas juga. Akibatnya, energi internal, seperti energi apa pun, dapat ditransfer dari satu tubuh ke tubuh lainnya. Energi internal juga dapat ditransfer dari satu bagian tubuh ke bagian tubuh lainnya. Jadi, misalnya jika salah satu ujung paku dipanaskan dalam nyala api, maka ujung lainnya yang ada di tangan lambat laun akan memanas dan membakar tangan.
Pemanasan panci di atas kompor listrik terjadi melalui konduksi panas.
Mari kita pelajari fenomena ini dengan melakukan serangkaian percobaan dengan benda padat, cair, dan gas.
Mari kita bawa ujung tongkat kayu ke dalam api. Itu akan menyala. Ujung tongkat yang lain, yang berada di luar, akan menjadi dingin. Cara, kayu memiliki konduktivitas termal yang buruk.
Kami membawa ujung batang kaca tipis ke nyala lampu alkohol. Setelah beberapa saat akan memanas, sedangkan ujung lainnya akan tetap dingin. Oleh karena itu, dan kaca memiliki konduktivitas termal yang buruk.
Jika kita memanaskan ujung batang logam dalam nyala api, maka segera seluruh batang akan menjadi sangat panas. Kita tidak bisa lagi memegangnya di tangan kita.
Cara, logam menghantarkan panas dengan baik, yaitu memiliki konduktivitas termal yang tinggi. Perak dan tembaga memiliki konduktivitas termal tertinggi..
Konduktivitas termal dari berbagai zat berbeda.
Wol, rambut, bulu burung, kertas, gabus, dan benda berpori lainnya memiliki konduktivitas termal yang buruk. Ini disebabkan oleh fakta bahwa udara terkandung di antara serat-serat zat tersebut. Vakum (ruang bebas dari udara) memiliki konduktivitas termal terendah. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa konduktivitas termal adalah transfer energi dari satu bagian tubuh ke bagian tubuh lainnya, yang terjadi selama interaksi molekul atau partikel lain. Di ruang di mana tidak ada partikel, konduksi panas tidak dapat terjadi.
Jika ada kebutuhan untuk melindungi tubuh dari pendinginan atau pemanasan, maka digunakan zat dengan konduktivitas termal rendah. Jadi, untuk panci, wajan, gagang plastik. Rumah dibangun dari kayu gelondongan atau batu bata, yang memiliki konduktivitas termal yang buruk, yang berarti terlindung dari pendinginan.
Konveksi
Konveksi adalah proses perpindahan panas yang dilakukan dengan perpindahan energi oleh aliran cairan atau gas.
Contoh fenomena konveksi: kincir kertas kecil, diletakkan di atas nyala lilin atau bola lampu listrik, mulai berputar di bawah pengaruh udara panas yang naik. Fenomena ini dapat dijelaskan dengan cara ini. Udara, yang bersentuhan dengan lampu hangat, memanas, mengembang, dan menjadi kurang padat dibandingkan udara dingin yang mengelilinginya. Gaya Archimedes yang bekerja pada udara hangat dari sisi dingin ke atas lebih besar daripada gaya gravitasi yang bekerja pada udara hangat. Akibatnya, udara panas "mengapung", naik, dan udara dingin menggantikannya.
Dalam konveksi, energi ditransfer oleh pancaran gas atau cairan itu sendiri.
Ada dua jenis konveksi:
- alami (atau gratis)
- dipaksa
Agar konveksi terjadi pada cairan dan gas, perlu dipanaskan dari bawah.
Konveksi tidak dapat terjadi pada zat padat.
Radiasi
Radiasi - radiasi elektromagnetik, dipancarkan karena energi internal suatu zat pada suhu tertentu.
Daya radiasi termal suatu benda yang memenuhi kriteria benda hitam dijelaskan oleh hukum Stefan-Boltzmann.
Rasio kemampuan memancarkan dan menyerap tubuh dijelaskan hukum radiasi Kirchhoff.
Perpindahan energi dengan radiasi berbeda dari jenis perpindahan panas lainnya: itu dapat dilakukan dalam vakum penuh.
Semua benda memancarkan energi: baik yang sangat panas maupun yang lemah, misalnya tubuh manusia, kompor, bola lampu listrik, dll. Tetapi semakin tinggi suhu tubuh, semakin banyak energi yang dipancarkannya melalui radiasi. Dalam hal ini, energi sebagian diserap oleh benda-benda ini, dan sebagian dipantulkan. Saat energi diserap, tubuh memanas dengan cara yang berbeda-beda, bergantung pada keadaan permukaannya.
Benda dengan permukaan gelap menyerap dan memancarkan energi lebih baik daripada benda dengan permukaan terang. Pada saat yang sama, benda dengan permukaan gelap didinginkan lebih cepat oleh radiasi daripada benda dengan permukaan terang. Misalnya, air panas tetap panas lebih lama dalam ketel berwarna terang daripada yang gelap.
Energi termal adalah istilah yang kami gunakan untuk menggambarkan tingkat aktivitas molekul dalam suatu objek. Peningkatan eksitasi, dengan satu atau lain cara, dikaitkan dengan peningkatan suhu, sedangkan pada benda dingin, atom bergerak jauh lebih lambat.
Contoh perpindahan panas dapat ditemukan di mana-mana - di alam, teknologi, dan Kehidupan sehari-hari.
Contoh Perpindahan Panas
Contoh perpindahan panas terbesar adalah matahari, yang menghangatkan planet Bumi dan segala isinya. Dalam kehidupan sehari-hari, Anda dapat menemukan banyak opsi serupa, hanya dalam arti yang jauh lebih global. Lalu, contoh perpindahan kalor apa saja yang dapat diamati dalam kehidupan sehari-hari?
Berikut beberapa di antaranya:
Panas adalah gerakan
Aliran panas bergerak konstan. Cara utama transmisi mereka dapat disebut konvensi, radiasi dan konduksi. Mari kita lihat konsep-konsep ini lebih terinci.
Apa itu konduktivitas?
Mungkin, banyak yang telah memperhatikan lebih dari sekali bahwa di ruangan yang sama sensasi menyentuh lantai bisa sangat berbeda. Menyenangkan dan hangat berjalan di atas karpet, tetapi jika Anda pergi ke kamar mandi dengan kaki telanjang, kesejukan yang terlihat langsung memberikan perasaan ceria. Hanya tidak dalam kasus di mana ada pemanas di bawah lantai.
Jadi mengapa permukaan ubin membeku? Ini semua tentang konduksi panas. Ini adalah salah satu dari tiga jenis perpindahan panas. Setiap kali dua benda dengan suhu berbeda bersentuhan satu sama lain, energi panas akan mengalir di antara keduanya. Contoh perpindahan panas dalam hal ini dapat diberikan sebagai berikut: berpegangan pada piring besi, ujung lainnya akan diletakkan di atas nyala lilin, lama kelamaan Anda bisa merasakan panas dan sakit, dan saat Anda menyentuh gagang besi panci berisi air mendidih, Anda bisa terbakar.
Faktor Konduktivitas
Konduktivitas yang baik atau buruk tergantung pada beberapa faktor:
- Jenis dan kualitas bahan dari mana benda itu dibuat.
- Luas permukaan dua benda yang bersentuhan.
- Perbedaan suhu antara dua benda.
- Ketebalan dan ukuran benda.
Dalam bentuk persamaan, terlihat seperti ini: Laju perpindahan panas ke suatu benda sama dengan konduktivitas termal bahan dari mana benda itu dibuat, dikalikan luas permukaan pada kontak, dikalikan perbedaan suhu antara kedua benda, dan dibagi dengan ketebalan bahan. Semuanya sederhana.
Contoh konduktivitas
Perpindahan panas secara langsung dari satu benda ke benda lain disebut konduksi, dan zat yang menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor. Beberapa bahan dan zat tidak dapat mengatasi tugas ini dengan baik, mereka disebut isolator. Ini termasuk kayu, plastik, fiberglass dan bahkan udara. Seperti yang Anda ketahui, isolator tidak benar-benar menghentikan aliran panas, tetapi hanya memperlambatnya hingga satu derajat atau lainnya.
Konveksi
Perpindahan panas jenis ini, seperti konveksi, terjadi pada semua cairan dan gas. Anda dapat menemukan contoh perpindahan panas seperti itu di alam dan dalam kehidupan sehari-hari. Saat cairan memanas, molekul-molekul di bagian bawah memperoleh energi dan bergerak lebih cepat, menghasilkan penurunan kerapatan. Molekul fluida hangat mulai bergerak ke atas sementara pendingin (cairan yang lebih padat) mulai tenggelam. Setelah molekul dingin mencapai bagian bawah, mereka kembali menerima bagian energinya dan kembali cenderung ke atas. Siklus berlanjut selama ada sumber panas di bagian bawah.
Contoh perpindahan panas di alam antara lain sebagai berikut: dengan bantuan pembakar yang dilengkapi secara khusus, udara hangat yang mengisi ruang balon dapat menaikkan seluruh struktur ke ketinggian yang cukup tinggi, masalahnya udara hangat lebih ringan daripada udara dingin. udara.
Radiasi
Saat Anda duduk di depan api, Anda dihangatkan oleh kehangatan yang memancar darinya. Hal yang sama terjadi jika Anda mendekatkan telapak tangan ke bola lampu yang menyala tanpa menyentuhnya. Anda juga akan merasa hangat. Contoh perpindahan panas terbesar dalam kehidupan sehari-hari dan alam dipimpin oleh energi matahari. Setiap hari, panas matahari melewati 146 juta km ruang kosong sampai ke Bumi itu sendiri. Itu adalah kekuatan pendorong di balik semua bentuk dan sistem kehidupan yang ada di planet kita saat ini. Tanpa cara transmisi ini, kita akan berada dalam masalah besar, dan dunia tidak akan sama seperti yang kita kenal.
Radiasi adalah perpindahan panas menggunakan gelombang elektromagnetik, baik itu gelombang radio, infra merah, sinar-x, atau bahkan cahaya tampak. Semua benda memancarkan dan menyerap energi radiasi, termasuk orang itu sendiri, tetapi tidak semua benda dan zat mengatasi tugas ini dengan baik. Contoh perpindahan panas dalam kehidupan sehari-hari dapat diperhatikan dengan menggunakan antena konvensional. Sebagai aturan, apa yang terpancar dengan baik juga bagus untuk diserap. Adapun Bumi, ia menerima energi dari matahari, dan kemudian mengembalikannya ke luar angkasa. Energi pancaran ini disebut radiasi terestrial, dan itulah yang memungkinkan kehidupan di planet ini.
Contoh perpindahan kalor di alam, kehidupan sehari-hari, teknologi
Transmisi energi, khususnya energi panas, merupakan bidang studi dasar bagi semua insinyur. Radiasi membuat Bumi layak huni dan menyediakan energi matahari terbarukan. Konveksi adalah dasar mekanika, bertanggung jawab atas aliran udara di gedung dan pertukaran udara di rumah. Konduktivitas memungkinkan Anda memanaskan wajan, hanya dengan menaruhnya di atas api.
Banyak contoh perpindahan panas dalam teknologi dan alam sudah jelas dan ditemukan di mana-mana di dunia kita. Hampir semuanya memegang peranan penting, terutama dalam bidang teknik mesin. Misalnya, saat mendesain sistem ventilasi bangunan, para insinyur menghitung perpindahan panas dari bangunan di sekitarnya, serta perpindahan panas internal. Selain itu, mereka memilih material yang meminimalkan atau memaksimalkan perpindahan panas melalui masing-masing komponen untuk mengoptimalkan efisiensi.
Penguapan
Ketika atom atau molekul cairan (seperti air) terkena volume gas yang signifikan, mereka cenderung secara spontan memasuki keadaan gas atau menguap. Ini karena molekul terus bergerak ke arah yang berbeda dengan kecepatan acak dan saling bertabrakan. Selama proses ini, beberapa di antaranya menerima energi kinetik yang cukup untuk menolak diri dari sumber panas.
Namun, tidak semua molekul memiliki waktu untuk menguap dan menjadi uap air. Semuanya tergantung pada suhu. Jadi, air dalam gelas akan menguap lebih lambat dibandingkan dengan panci yang dipanaskan di atas kompor. Air mendidih sangat meningkatkan energi molekul, yang pada gilirannya mempercepat proses penguapan.
Konsep dasar
- Konduksi adalah perpindahan panas melalui suatu zat melalui kontak langsung antara atom atau molekul.
- Konveksi adalah perpindahan panas melalui sirkulasi gas (seperti udara) atau cairan (seperti air).
- Radiasi adalah perbedaan antara jumlah panas yang diserap dan dipantulkan. Kemampuan ini sangat bergantung pada warna, benda hitam menyerap lebih banyak panas daripada benda terang.
- Penguapan adalah proses dimana atom atau molekul dalam keadaan cair mendapatkan energi yang cukup untuk menjadi gas atau uap.
- adalah gas yang menjebak panas matahari di atmosfer bumi, menghasilkan efek rumah kaca. Ada dua kategori utama - uap air dan karbon dioksida.
- adalah sumber daya tak terbatas yang terisi kembali dengan cepat dan alami. Ini termasuk contoh perpindahan panas di alam dan teknologi berikut: angin dan energi matahari.
- Konduktivitas termal adalah tingkat di mana suatu bahan mentransfer energi panas melalui dirinya sendiri.
- Kesetimbangan termal adalah keadaan di mana semua bagian sistem berada pada suhu yang sama.
Aplikasi dalam praktek
Banyak contoh perpindahan panas di alam dan teknologi (gambar di atas) menunjukkan bahwa proses ini harus dipelajari dengan baik dan disajikan untuk selamanya. Insinyur menerapkan pengetahuan mereka tentang prinsip perpindahan panas, mengeksplorasi teknologi baru yang melibatkan penggunaan sumber daya terbarukan dan tidak terlalu mengganggu lingkungan. Inti adalah pemahaman bahwa transfer energi membuka kemungkinan tak terbatas untuk solusi teknik dan seterusnya.
Perpindahan panas adalah salah satu cara untuk mengubah energi dalam suatu benda (atau sistem benda), sedangkan energi dalam suatu benda dipindahkan ke energi dalam benda lain tanpa melakukan kerja mekanik.
Ada 3 jenis perpindahan panas:
Pertukaran panas antara dua media terjadi melalui dinding padat yang memisahkannya atau melalui antarmuka di antara keduanya.
Kalor hanya dapat berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah.
Pertukaran panas selalu berlangsung sedemikian rupa sehingga penurunan energi internal beberapa benda selalu disertai dengan peningkatan energi internal yang sama dari benda lain yang berpartisipasi dalam pertukaran panas.
Ini adalah kasus khusus dari hukum kekekalan energi.
MENARIK
Partridge, bebek, dan burung lainnya tidak membeku di musim dingin karena suhu cakarnya dapat berbeda dari suhu tubuh lebih dari 30 derajat. Suhu kaki yang rendah sangat mengurangi perpindahan panas. Begitulah pertahanan tubuh!
Konduktivitas termal adalah transfer energi dari bagian tubuh yang lebih panas ke bagian tubuh yang kurang panas karena pergerakan termal dan interaksi mikropartikel (atom, molekul, ion, dll.), Yang mengarah pada pemerataan suhu tubuh.
Tidak disertai perpindahan zat!
Jenis transfer energi internal ini adalah karakteristik dari padatan dan cairan dan gas.
Konduktivitas termal berbagai zat berbeda.
Logam memiliki konduktivitas termal tertinggi,
dan logam yang berbeda memiliki konduktivitas termal yang berbeda.
Cairan memiliki konduktivitas termal lebih sedikit daripada padatan, dan gas lebih sedikit daripada cairan.
Saat memanaskan ujung atas tabung reaksi yang ditutup dengan jari dengan udara di dalamnya, Anda tidak perlu takut jari Anda terbakar, karena. konduktivitas termal gas sangat rendah.
Sangat menarik bahwa Anda dapat mendekatkan tangan Anda ke nyala api, misalnya kompor gas (suhu lebih dari 1000 derajat) dan tidak membakarnya jika ...
Bagaimana jika?
Gas umumnya merupakan penghantar panas yang sangat buruk, jadi hanya selapis kecil udara antara tangan dan api sudah cukup. Tetapi!
Tetapi ada fenomena seperti konveksi dalam gas, oleh karena itu, di dekat nyala api, tangan terbakar dengan kuat.
LIHAT RAK BUKU
Apakah kamu tahu itu...
Kesulitan besar bagi pembangun bangunan disebabkan oleh penurunan pondasi, terutama di daerah dengan permafrost. Rumah sering retak karena pencairan tanah di bawahnya.Pondasi mentransfer sejumlah panas ke tanah. Oleh karena itu, bangunan mulai dibangun di atas tiang pancang. Dalam hal ini, panas dipindahkan hanya dengan konduktivitas termal dari pondasi ke tiang pancang dan lebih jauh dari tiang pancang ke tanah.Terbuat dari apakah tiang pancang itu? Ternyata tumpukan yang terbuat dari bahan padat yang tahan lama harus diisi minyak tanah di dalamnya. Di musim panas, tumpukan menghantarkan panas dari atas ke bawah dengan buruk, karena. cairan memiliki konduktivitas termal yang rendah. Di musim dingin, karena konveksi cairan di dalam tumpukan, sebaliknya, akan berkontribusi pada pendinginan tambahan tanah.
Ini bukan dongeng, bukan fantasi!
Proyek semacam itu benar-benar dirancang dan diuji!
Ilmuwan Italia telah menemukan kemeja yang memungkinkan Anda mempertahankan suhu tubuh yang konstan. Ilmuwan berjanji tidak akan panas di musim panas dan dingin di musim dingin, karena terbuat dari bahan khusus. Bahan serupa sudah digunakan dalam penerbangan luar angkasa.
Di senapan mesin lama "Maxim", air panas melindungi senjata agar tidak meleleh.
Di dapur, saat mengangkat piring berisi cairan panas, agar tidak gosong sendiri, Anda hanya bisa menggunakan lap kering. Konduktivitas termal udara jauh lebih sedikit daripada air! Dan struktur kainnya sangat longgar, dan semua celah di antara serat diisi dengan udara di lap kering, dan air di lap basah. Lihat, jangan sampai terbakar!
Api di saringan
Fenomena yang dijelaskan di bawah ini menunjukkan sifat logam untuk menghantarkan panas dengan baik.
Jika Anda membuat jaring dari kawat, menyediakan sambungan logam yang baik di tempat-tempat di mana kawat bersilangan, dan meletakkannya di atas kompor gas, maka Anda dapat menyalakan gas di atas jaring saat katup dihidupkan, sementara itu tidak akan terbakar. di bawah jaring. Dan jika Anda menyalakan gas di bawah kisi, maka api "tidak akan bocor" melalui kisi!
Pada masa itu, ketika tidak ada bola lampu penambang listrik, mereka menggunakan lampu Davy.
Itu adalah lilin yang "ditanam" di dalam sangkar logam. Dan bahkan jika porosnya diisi dengan gas yang mudah terbakar, lampu Davy aman dan tidak menyebabkan ledakan - nyala api tidak melampaui lampu, berkat jaring logam.