Ciepło ucieka (lub przekazuje) z wewnątrz na zewnątrz (wysoka temperatura do niskiej temperatury) przez trzy mechanizmy (indywidualnie lub w połączeniu) z domu:
- Kondukcja
- Konwekcja
- Promieniowanie
Kliknij tutaj, aby otworzyć opis tekstowy przykładów wymiany ciepła przez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie
- Przewodzenie: ciepło przemieszczające się przez ściany domu z wysokiej temperatury wewnątrz do niskiej temperatury na zewnątrz.
- Konwekcja: ciepło krążące w pomieszczeniach w domu.
- Promieniowanie: Ciepło ze słońca wchodzące do domu.
Kondukcja
Kondukcja to proces, w którym ciepło jest przenoszone z gorącego obszaru obiektu stałego do chłodnego obszaru obiektu stałego przez zderzenia cząsteczek.
Innymi słowy, w ciałach stałych atomy lub cząsteczki nie mają swobody ruchu, tak jak ciecze lub gazy, więc energia jest przechowywana w drganiach atomów. Atom lub cząsteczka o większej energii przekazuje energię sąsiedniemu atomowi lub cząsteczce poprzez kontakt fizyczny lub zderzenie.
Na poniższym obrazku ciepło (energia) jest przewodzone od końca pręta w płomieniu świecy dalej w dół do chłodniejszego końca pręta, ponieważ wibracje jednej cząsteczki są przekazywane do następnej; jednak nie ma ruchu energetycznych atomów lub cząsteczek.
Kliknij play, aby rozpocząć animację.
Przykład Przewodzenia
Ręka trzyma metalowy pręt nad zapaloną świecą. Cząsteczki szybko nagrzewają się w miejscu, w którym płomień dotyka pręta. Ciepło następnie rozprzestrzenia się po całym metalowym pręcie i ciepło jest wtedy odczuwalne przez rękę.
W odniesieniu do ogrzewania mieszkaniowego, ciepło jest przekazywane przez przewodzenie przez ciała stałe, takie jak ściany, podłogi i dach.
Kliknij tutaj, aby otworzyć opis tekstowy przykładu Przewodzenia w odniesieniu do ogrzewania budynków mieszkalnych
Przykład Przewodzenia w odniesieniu do ogrzewania budynków mieszkalnych
Obraz przekrój poprzeczny ściany w domu. Wewnątrz domu jest 65°F, a na zewnątrz 30°F. Dwie strzałki wskazują z wnętrza domu na zewnątrz, aby pokazać jak ciepło jest przenoszone z wnętrza domu na zewnątrz przez ścianę poprzez przewodzenie.
Utrata ciepła przez litą ścianę przez przewodzenie
Konwekcja
Konwekcja jest procesem, w którym ciepło jest przenoszone z jednej części płynu (cieczy lub gazu) do innej przez ruch objętościowy samego płynu. Gorące obszary płynu lub gazu mają mniejszą gęstość niż obszary chłodniejsze, więc mają tendencję do unoszenia się. Gdy cieplejsze płyny wznoszą się, są zastępowane przez chłodniejsze płyny lub gazy z góry.
W poniższym przykładzie, ciepło (energia) pochodzące z płomienia świecy wznosi się i jest zastępowane przez chłodne powietrze otaczające ją.
Kliknij tutaj, aby otworzyć opis tekstowy animacji Świeca konwekcyjna
Przykład konwekcji
Dłoń jest trzymana nad zapaloną świecą. Gdy świeca ogrzewa powietrze, ciepło unosi się do dłoni. W końcu robi się zbyt gorąco i ręka odsuwa się od świecy.
W ogrzewaniu mieszkaniowym konwekcja jest mechanizmem, przez który ciepło jest tracone przez ciepłe powietrze wydostające się na zewnątrz, gdy drzwi są otwarte, lub zimne powietrze wydostające się do domu przez szczeliny lub otwory w ścianach, oknach lub drzwiach. Kiedy zimne powietrze wchodzi w kontakt z grzejnikiem w pomieszczeniu, absorbuje ciepło i unosi się. Zimne powietrze, będąc ciężkim, opada na podłogę i nagrzewa się, a tym samym powoli ogrzewa całe powietrze w pomieszczeniu.
Instrukcje: Naciśnij przycisk odtwarzania poniżej i obserwuj, co dzieje się z zimnym powietrzem (niebieskie strzałki), gdy wchodzi do domu i napotyka ciepłe powietrze (czerwone strzałki) pochodzące z otworu wentylacyjnego ogrzewania:
Kliknij tutaj, aby otworzyć opis tekstowy animacji „Konwekcja w pomieszczeniu”
Przykład konwekcji w odniesieniu do ogrzewania budynków mieszkalnych
Wyobraź sobie pomieszczenie z otwartymi drzwiami wpuszczającymi chłodne powietrze po lewej stronie i grzejnikiem wytwarzającym ciepło po prawej stronie. Gdy grzejnik ogrzewa powietrze wokół niego, powietrze unosi się i jest zastępowane przez chłodne powietrze. Gdy ciepłe powietrze uderzy w sufit, przemieszcza się w lewo w kierunku otwartych drzwi, ochładzając się w trakcie ruchu. Chłodne powietrze z otwartych drzwi przemieszcza się w prawo po podłodze w kierunku grzejnika, który ma zostać ogrzany. Ogólny efekt to okrężny prąd konwekcyjny powietrza w pomieszczeniu.
Promieniowanie
Promieniowanie to przenoszenie ciepła poprzez fale elektromagnetyczne w przestrzeni. W przeciwieństwie do konwekcji lub przewodzenia, gdzie energia z gazów, cieczy i ciał stałych jest przenoszona przez cząsteczki z lub bez ich fizycznego ruchu, promieniowanie nie potrzebuje żadnego medium (cząsteczek lub atomów). Energia może być przenoszona przez promieniowanie nawet w próżni.
Na poniższym rysunku światło słoneczne podróżuje do Ziemi przez przestrzeń kosmiczną, gdzie nie ma gazów, ciał stałych ani cieczy.
Kliknij tutaj, aby otworzyć opis tekstowy animacji Przykładowe Promieniowanie
Przykładowe Promieniowanie
Wyobraź sobie Słońce i Ziemię ze strzałkami podróżującymi od Słońca do Ziemi przez przestrzeń kosmiczną. Strzałki reprezentują energię, która przemieszcza się na Ziemię poprzez promieniowanie, które nie wymaga do tego żadnego medium (atomów lub cząsteczek).
Sprawdź się
Po pierwsze, zidentyfikuj rodzaj utraty ciepła w domu przedstawiony na obrazkach A-J jako: przewodzenie, konwekcję lub promieniowanie. Następnie kliknij i przeciągnij każdy obrazek do właściwej kategorii na dole ekranu.
Kliknij tutaj, aby otworzyć opis tekstowy ćwiczenia Testuj siebie
Testuj siebie: Types of Heat Loss
Zidentyfikuj typ utraty ciepła (przewodzenie, konwekcja, lub promieniowanie) dla każdego z poniższych przykładów:
- Ciepło uciekające przez dach domu
- Palnik gorącej kuchenki
- Przygotowywanie wody
- Lampa halogenowa wytwarzająca światło i ciepło
- Drzwi wiszące szeroko otwarte, wpuszczające zimne powietrze
- Ogień wytwarzający ciepło
- Ciepło uciekające przez ścianę
- Lustro odbijające światło słoneczne
- Ciepło uciekające przez okno
- Ciepło uciekające przez komin
Odpowiedzi:
A. Przewodzenie
B. Promieniowanie
C. Konwekcja
D. Promieniowanie
E. Konwekcja
F. Promieniowanie
G. Przewodzenie
H. Promieniowanie
I. Przewodzenie
J. Promieniowanie
Zmniejszenie zużycia energii
Istnieją dwa sposoby, w jakie możemy zmniejszyć zużycie energii.
- Najbardziej opłacalnym sposobem jest poprawa „otoczki” domu – ścian, okien, drzwi, dachu i podłóg, które zamykają dom – poprzez poprawę izolacji (straty przewodzenia) i uszczelnienie przecieków powietrza za pomocą uszczelnienia (straty konwekcji).
- Drugi sposób na zmniejszenie zużycia energii to poprawa wydajności pieca, który dostarcza ciepło.
Kliknij tutaj, aby otworzyć opis tekstowy dot. Schemat przewodnictwa i konwekcji
Rysunek liniowy domu ze strzałkami wychodzącymi ze ścian i dachu pokazujący przewodzenie & strzałek płynących ruchem okrężnym wewnątrz domu pokazujący konwekcję.