Jenis perpindahan panas: koefisien perpindahan panas

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Setiap benda material memiliki karakteristik seperti panas, yang dapat bertambah dan berkurang. Panas bukanlah zat material: sebagai bagian dari energi internal suatu zat, panas muncul sebagai akibat dari pergerakan dan interaksi molekul. Karena panas zat yang berbeda mungkin berbeda, ada proses perpindahan panas dari zat yang lebih panas ke zat yang lebih sedikit panas. Proses ini disebut perpindahan panas. Kami akan mempertimbangkan jenis utama perpindahan panas dan mekanisme aksinya dalam artikel ini.

Penentuan perpindahan panas

Perpindahan panas, atau proses perpindahan suhu, dapat terjadi baik di dalam materi maupun dari satu zat ke zat lainnya. Pada saat yang sama, intensitas perpindahan panas sangat tergantung pada sifat fisik materi, suhu zat (jika beberapa zat berpartisipasi dalam perpindahan panas) dan hukum fisika. Perpindahan panas merupakan suatu proses yang selalu berlangsung secara sepihak. Prinsip utama perpindahan panas adalah bahwa benda terpanas selalu melepaskan panas ke benda yang suhunya lebih rendah. Misalnya, saat menyetrika pakaian, setrika panasmemberikan kehangatan pada celana, dan bukan sebaliknya. Perpindahan panas adalah fenomena bergantung waktu yang mencirikan distribusi panas yang tidak dapat diubah di ruang angkasa.

Mekanisme perpindahan panas

Mekanisme interaksi termal zat dapat mengambil bentuk yang berbeda. Ada tiga jenis perpindahan panas di alam:

1. Konduktivitas termal adalah mekanisme perpindahan panas antarmolekul dari satu bagian tubuh ke bagian lain atau ke objek lain. Properti ini didasarkan pada ketidakhomogenan suhu dalam zat yang dipertimbangkan.
2. Konveksi - pertukaran panas antara media fluida (cair, udara).
3. Aksi radiasi adalah perpindahan panas dari benda (sumber) yang dipanaskan dan dipanaskan karena energinya dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan spektrum konstan.

Mari kita pertimbangkan jenis perpindahan panas yang terdaftar secara lebih rinci.

Konduktivitas termal

Paling sering, konduktivitas termal diamati pada padatan. Jika, di bawah pengaruh faktor apa pun, area dengan suhu berbeda muncul dalam zat yang sama, maka energi panas dari area yang lebih panas akan beralih ke yang dingin. Dalam beberapa kasus, fenomena ini bahkan dapat diamati secara visual. Misalnya, jika kita mengambil batang logam, katakanlah, sebuah jarum, dan memanaskannya di atas api, maka setelah beberapa waktu kita akan melihat bagaimana energi panas ditransfer melalui jarum, membentuk cahaya di area tertentu. Pada saat yang sama, di tempat yang suhunya lebih tinggi, cahayanya lebih terang dan, sebaliknya, di mana t lebih rendah, itu lebih gelap. Konduksi panas juga dapat diamati antara dua benda (secangkir teh panas dan tangan)

Intensitas perpindahan fluks panas tergantung pada banyak faktor, rasionya diungkapkan oleh matematikawan Prancis Fourier. Faktor-faktor ini terutama mencakup gradien suhu (rasio perbedaan suhu di ujung batang dengan jarak dari satu ujung ke ujung lainnya), luas penampang tubuh, dan koefisien konduktivitas termal (itu berbeda untuk semua zat, tetapi yang tertinggi diamati pada logam). Koefisien konduktivitas termal yang paling signifikan diamati pada tembaga dan aluminium. Tidak heran jika kedua logam ini lebih sering digunakan dalam pembuatan kabel listrik. Mengikuti hukum Fourier, fluks panas dapat dinaikkan atau diturunkan dengan mengubah salah satu parameter ini.

Jenis perpindahan panas konveksi

Konveksi, yang merupakan karakteristik terutama dari gas dan cairan, memiliki dua komponen: konduktivitas termal antarmolekul dan pergerakan (distribusi) medium. Mekanisme aksi konveksi terjadi sebagai berikut: dengan peningkatan suhu zat cair, molekulnya mulai bergerak lebih aktif, dan tanpa adanya batasan spasial, volume zat meningkat. Konsekuensi dari proses ini adalah penurunan densitas zat dan gerakan ke atas. Contoh konveksi yang mencolok adalah pergerakan udara yang dipanaskan oleh radiator dari baterai ke langit-langit.

Membedakan jenis perpindahan panas konveksi bebas dan paksa. Perpindahan panas dan perpindahan massa dalam tipe bebas terjadi karena heterogenitas zat, yaitu cairan panas naik di atas suhu dingin alami.cara tanpa dipengaruhi oleh kekuatan eksternal (misalnya memanaskan ruangan dengan pemanas sentral). Dengan konveksi paksa, pergerakan massa terjadi di bawah pengaruh kekuatan eksternal, misalnya, mengaduk teh dengan sendok.

Perpindahan panas radiasi

Perpindahan panas radiasi atau radiasi dapat terjadi tanpa kontak dengan benda atau zat lain, oleh karena itu dimungkinkan bahkan di ruang hampa udara (vakum). Perpindahan panas radiasi melekat pada semua benda pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil dan memanifestasikan dirinya dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan spektrum kontinu. Contoh utama dari ini adalah matahari. Mekanisme aksinya adalah sebagai berikut: tubuh terus menerus memancarkan sejumlah panas ke ruang di sekitarnya. Ketika energi ini mengenai benda atau zat lain, sebagian diserap, bagian kedua melewati, dan bagian ketiga dipantulkan ke lingkungan. Benda apa pun dapat memancarkan panas dan menyerap, sedangkan zat gelap mampu menyerap lebih banyak panas daripada yang terang.

Mekanisme perpindahan panas gabungan

Di alam, jenis proses perpindahan panas jarang ditemukan secara terpisah. Lebih sering mereka terlihat bersama. Dalam termodinamika, kombinasi ini bahkan memiliki nama, misalnya, konduktivitas termal + konveksi adalah perpindahan panas konveksi, dan konduktivitas termal + radiasi termal disebut perpindahan panas radiasi-konduktif. Selain itu, ada jenis perpindahan panas gabungan seperti:

• Pembuangan panas -pergerakan energi panas antara gas atau cairan dan padatan.
• Perpindahan panas adalah perpindahan t dari satu materi ke materi lain melalui hambatan mekanis.
• Perpindahan panas radiasi konvektif terbentuk dengan menggabungkan konveksi dan radiasi termal.

Jenis perpindahan panas di alam (contoh)

Perpindahan panas di alam memainkan peran besar dan tidak terbatas pada pemanasan bumi oleh sinar matahari. Arus konveksi yang luas, seperti pergerakan massa udara, sangat menentukan cuaca di seluruh planet kita.

Konduktivitas termal inti bumi menyebabkan munculnya geyser dan letusan batuan vulkanik. Ini hanya beberapa contoh perpindahan panas dalam skala global. Bersama-sama, mereka membentuk jenis perpindahan panas konvektif dan jenis perpindahan panas konduktif radiasi yang diperlukan untuk menopang kehidupan di planet kita.

Penggunaan perpindahan panas dalam kegiatan antropologi

Panas merupakan komponen penting dari hampir semua proses produksi. Sulit untuk mengatakan jenis pertukaran panas mana yang paling banyak digunakan oleh manusia dalam perekonomian nasional. Mungkin ketiganya sekaligus. Proses perpindahan panas digunakan untuk melebur logam, menghasilkan beragam barang mulai dari barang sehari-hari hingga pesawat ruang angkasa.

Yang sangat penting bagi peradaban adalah unit termal yang mampu mengubah energi panas menjadi daya yang berguna. Di antaramereka dapat disebut unit bensin, solar, kompresor, turbin. Untuk pekerjaan mereka, mereka menggunakan berbagai jenis perpindahan panas.