ΤΕΙ Αθήνας Τμήμα Φυσικοθεραπείας Θερμότητα –Θερμοδυναμική

Θερμότητα Η Θερμότητα είναι μορφή ενέργειας που μεταφέρεται από θερμό προς ψυχρό σώμα και μπορεί να μετατραπεί σε μηχανικό έργο. Η ύλη αποτελείται από μόρια και άτομα που βρίσκονται σε συνεχή χαοτική κίνηση. Στα αέρια οι διαμοριακές δυνάμεις είναι αμελητέες και τα άτομα και μόρια κινούνται σε τυχαίες διευθύνσεις και συγκρούονται μεταξύ τους καθώς και με τα τοιχώματα του δοχείου στο οποίο περιέχονται. Τα μόρια εκτελούν ταλαντώσεις και περιστροφές. Στα στερεά ασκούνται διαμοριακές δυνάμεις, η τυχαία κίνηση είναι περιορισμένη και τα μόρια εκτελούν ταλαντώσεις κλπ. γύρω από σταθερά σημεία. Τα υγρά αποτελούν ενδιάμεση κατάσταση. Η ενέργεια λόγω κίνησης στο εσωτερικό των υλικών σωμάτων ονομάζεται εσωτερική ενέργεια και η κίνηση ονομάζεται θερμική κίνηση

Κινητική Θεωρία Η μέση κινητική ενέργεια των σωματιδίων είναι ανάλογη με τη θερμοκρασία (m: μάζα σωματιδίου και v η ταχύτητα Μεταξύ πίεσης P, όγκου V και θερμοκρασίας T ισχύει η ακόλουθη σχέση K είναι η σταθερά του Boltzmann και N ο αριθμός μορίων του αερίου σε δοχείο όγκου V

Μετάδοση Θερμότητας Αγωγή: η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας με αγωγή περιλαμβάνει την αύξηση της εσωτερικής ενέργειας του υλικού. Η θερμότητα εισέρχεται στο ένα άκρο μιας ράβδου αυξάνοντας την εσωτερική ενέργεια στο ένα άκρο της ράβδου. Στα στερεά αυξάνεται το πλάτος των ταλαντώσεων και η ταχύτητα των ελευθέρων ηλεκτρονίων. Μέσω συγκρούσεων με τα γειτονικά άτομα ή μόρια η θερμότητα μεταφέρεται μέσω κατά μήκος της ράβδου. Kc είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας

Μετάδοση Θερμότητας Μεταφορά: Στα ρευστά η θερμότητα μεταφέρεται με ρεύματα μεταφοράς. Όταν ένα ρευστό θερμαίνεται, τα μόρια κοντά στην πηγή της θερμότητας αυξάνουν την κινητική τους ενέργεια και μετακινούνται μακριά από την πηγή. Το ρευστό κοντά στην πηγή αποκτά μειωμένη πυκνότητα. Τότε ρευστό από την περιοχή μεγάλης πυκνότητας ρέει προς την πηγή χαμηλής πυκνότητας και δημιουργεί ρεύματα μεταφοράς, που μεταφέρουν ενέργεια μακριά από την πηγή της θερμότητας. Ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας από δίνεται από τη σχέση Κ’c είναι ο συντελεστής θερμικής μεταφοράς (συνάρτηση της ταχύτητας του μεταφερόμενου υγρού).

Μετάδοση Θερμότητας Ακτινοβολία: στο εσωτερικό ενός υλικού, σωματίδια ηλεκτρικά φορτισμένα εκτελούν ταλαντώσεις και παράγουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία η οποία μεταδίδεται με την ταχύτητα του φωτός μακριά από το σημείο παραγωγής της. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μεταφέρει ενέργεια που προέρχεται από την κινητική ενέργεια του φορτισμένου σωματιδίου. Ο κινητικές ενέργειες των σωματιδίων (ηλεκτρόνια, πρωτόνια) αποτελούν εσωτερική ενέργεια ενός υλικού η οποία με τον τρόπο αυτό μετατρέπεται σε ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που ονομάζεται θερμική ακτινοβολία. Τα θερμά σώματα εκπέμπουν περισσότερη ακτινοβολία από τα ψυχρά. Τα ηλεκτρόνια που έχουν μικρότερη μάζα από τους πυρήνες κινούνται με μεγαλύτερη συχνότητα από τα πρωτόνια και τους ατομικούς πυρήνες και εκπέμπουν ακτινοβολία υψηλότερης συχνότητας (φωτόνια υψηλότερης ενέργειας). Τα ψυχρά σώματα εκπέμπουν ακτινοβολία με μεγάλο μήκος κύματος και μικρή συχνότητα (μη ορατή ακτινοβολία). Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται (και η εσωτερική ενέργεια) τότε και η συχνότητα αυξάνεται. Ένα μέρος της ακτινοβολίας είναι ορατό (το σώμα πυρακτώνεται).

Μετάδοση Θερμότητας Όταν η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία προσπίπτει σε ένα σώμα , τα ηλεκτρόνια του σώματος προσλαμβάνουν ενέργεια και τίθενται σε κίνηση. Έτσι η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια μετατρέπεται σε εσωτερική ενέργεια. Ο ρυθμός εκπομπής θερμικής ακτινοβολίας ανά μονάδα εμβαδού της επιφάνειας ενός υλικού σώματος είναι: σ: είναι η σταθερά Stefan Boltzmann και e είναι η σταθερά εκπομπής (emissivity). Ένα σώμα που έχει θερμοκρασία Τ1 και βρίσκεται σε περιβάλλον θερμοκρασίας Τ2 εκπέμπει ή απορροφά ακτινοβολία με ρυθμό Το σώμα εκπέμπει ακτινοβολία αν έχει θερμοκρασία μεγαλύτερη από αυτήν του περιβάλλοντος

Συστήματα Aνοικτό Κλειστό Απομονωμένο

Συστήματα

q<0 Θερμότητα Σύστημα Aν η θερμότητα εκλύεται από το σύστημα προς το περιβάλλον, τότε το πρόσημο της λαμβάνεται αρνητικό (κατά σύμβαση) Τ1 Τ2 <Τ1 Περιβάλλον Σύστημα Eνέργεια q<0

Θερμότητα Η θερμότητα που εκλύεται ή απορροφάται σε μία χημική αντίδραση (σύστημα) εξαρτάται από τις συνθήκες P,V Oταν η αντίδραση γίνεται σε ανοικτό δοχείο, η πίεση θεωρείται σταθερή (=ατμοσφαιρική), οπότε μιλάμε για qP. Όταν γίνεται σε κλειστό δοχείο, οπότε ο όγκος είναι σταθερός, μιλάμε για qV. 2CO+O22CO2

Σύστημα Σύστημα είναι ένα τμήμα του υλικού κόσμου που επιλέγεται για να μελετηθεί. Στη Φυσική ως θερμοδυναμικό σύστημα επιλέγεται συχνά η ποσότητα ενός αερίου. Στη Χημεία ως θερμοδυναμικό σύστημα ή απλά σύστημα επιλέγεται μία ουσία ή ένα μίγμα ουσιών όπου συμβαίνει κάποια μεταβολή. Οτιδήποτε βρίσκεται στη γειτονιά του συστήματος αποτελεί το περιβάλλον του. Το σύστημα μπορεί να ανταλλάσσει μάζα ή ενέργεια με το περιβάλλον του. mass

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + ενέργεια Hindenburg 1937 είναι ο κλάδος της χημείας που μελετά τις μεταβολές ενέργειας που συνοδεύουν τις χημικές αντιδράσεις. 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + ενέργεια Hindenburg 1937 Challenger 1986

Θερμοδυναμική και Θερμοχημεία Θερμοδυναμική είναι η επιστήμη που μελετά τη σχέση της Θερμότητας με τις άλλες μορφές ενέργειας. Εξετάζει τις καταστάσεις, τα φαινόμενα και τις διαδικασίες σε μακροσκοπικό επίπεδο. Αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους κλάδους των Φυσικών Επιστημών και της Ενεργειακής Τεχνολογίας. Ιστορικά συνδέεται με τη Βιομηχανική Επανάσταση. Θερμοχημεία είναι μια περιοχή της Θερμοδυναμικής που μελετά τα ποσά θερμότητας που εκλύονται ή απορροφώνται σε χημικές διεργασίες (αντιδράσεις κλπ). Θερμότητα είναι η ενέργεια που εισρέει μέσα σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα ή εκρέει από αυτό λόγω διαφοράς θερμοκρασίας με το περιβάλλον του συστήματος. Για όσο χρονικό διάστημα ένα σύστημα βρίσκεται σε θερμική επαφή με το περιβάλλον του, υπάρχει ροή ενέργειας (θερμότητα) μέχρι να εξισωθούν οι θερμοκρασίες (θερμική ισορροπία). Νόμος διατήρησης της Ενέργειας: Η Ενέργεια μετατρέπεται από μια μορφή σε άλλη, αλλά το συνολικό ποσό Ενέργειας παραμένει σταθερό.

Πρώτος Νόμος Θερμοδυναμικής Εκφράζει το νόμο διατήρησης της Ενέργειας εφαρμοζόμενο σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Η μεταβολή της Εσωτερικής Ενέργειας ενός συστήματος dU είναι ίση με τη θερμότητα q και το έργο W Η Εσωτερική Ενέργεια ενός συστήματος είναι το άθροισμα των κινητικών και δυναμικών ενεργειών όλων των σωματιδίων που το απαρτίζουν. Στις διάφορες επιστημονικές και τεχνολογικές εφαρμογές ενδιαφέρει κυρίως η μεταβολή της Εσωτερικής Ενέργειας ΔU Η Εσωτερική Ενέργεια είναι εκτατική ιδιότητα, δηλαδή εξαρτάται από την ποσότητα των ουσιών του συστήματος Είναι καταστατική συνάρτηση, δηλαδή εξαρτάται μόνο από την παρούσα κατάσταση ενός συστήματος και όχι από το ιστορικό του

Θερμότητα Αντίδρασης – Έργο πίεσης - όγκου Η Θερμότητα αντίδρασης (σε δεδομένη θερμοκρασία) είναι η Θερμότητα που απορροφάται ή εκλύεται από ένα σύστημα αντίδρασης για να διατηρηθεί μια σταθερή θερμοκρασία του συστήματος υπό τις συνθήκες που ορίζει η αντίδραση (π.χ. σταθερή πίεση). Εξώθερμη διεργασία είναι μια φυσική διεργασία (π.χ. χημική αντίδραση) κατά την οποία εκλύεται Θερμότητα. Ενδόθερμη αντίδραση είναι μια φυσική διεργασία κατά την οποία απορροφάται Θερμότητα. Έργο πίεσης – όγκου είναι η αρνητική τιμή του γινομένου της πίεσης επί τη μεταβολή του όγκου ενός συστήματος Για τις αντιδράσεις στις οποίες δεν μεταβάλλεται ο όγκος η Θερμότητα αντίδρασης είναι ίση με τη μεταβολή της Εσωτερικής Ενέργειας

Ενθαλπία (Η) Όταν το σύστημα μιας αντίδρασης περιλαμβάνει και έργο, η Θερμότητα αντίδρασης δεν σχετίζεται άμεσα με την Εσωτερική Ενέργεια Όταν μια χημική αντίδραση λαμβάνει χώρα υπό σταθερή εξωτερική πίεση η Θερμότητα αντίδρασης συνδέεται με τη μεταβολή μιας θερμοδυναμικής ποσότητας που ονομάζεται Ενθαλπία Η ενθαλπία ενός μορίου εκφράζει το ενεργειακό περιεχόμενο του μορίου που μπορεί να οφείλεται : στην έλξη των ατόμων λόγω δεσμών (δυναμική ενέργεια) στην κίνηση των ηλεκτρονίων, των ατόμων και του ίδιου του μορίου (κινητική ενέργεια)

Ενθαλπία Η Ενθαλπία (H) είναι θερμοδυναμικό μέγεθος που αντιπροσωπεύει το ολικό ποσό θερμότητας που περιέχει ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Ειδικότερα αποτελεί το άθροισμα της εσωτερικής ενέργειας ενός σώματος και του γινομένου της εσωτερικής πίεσης επί τον όγκο που καταλαμβάνει μια ουσία[. Το γινόμενο εκφράζει την ενέργεια που απαιτείται για να εκτοπίσει το σώμα το περιβάλλον του και να καταλάβει τη θέση στην οποία βρίσκεται. H=U+PV Με τον ελληνικό όρο, διεθνή σήμερα, Ενθαλπία, που προέρχεται από το αρχαίο ελληνικό ρήμα ενθάλπω = ζεσταίνω, κρύβω μέσα μου, περιθάλπω, χαρακτηρίζεται στη Χημεία η ενέργεια που προσφέρεται κατά τη θέρμανση ουσιών και που εγκλωβίζεται στα μόριά τους ιδίως σε εκείνα των υδρατμών τους. Τα μόρια αυτά έχουν μεγαλύτερο ενεργειακό περιεχόμενο από τα αρχικά μόρια. Έτσι στη γλώσσα της χημείας η ενθαλπία αποτελεί το θερμικό περιεχόμενο κάθε χημικού συστήματος. Η ενέργεια αυτή οφείλεται στις δυνάμεις των χημικών δεσμών που συγκρατούν τα άτομα μέσα στο μόριο, αλλά και στη κίνηση των ατόμων, των ηλεκτρονίων καθώς και του ίδιου του μορίου. Έτσι η χημική αυτή ενέργεια παραμένει εγκλωβισμένη μέσα στο μόριο που μπορεί να αποδοθεί άλλοτε εύκολα π.χ. με σπινθήρα στη βενζίνη, και άλλοτε δύσκολα. Η ενθαλπία είναι προσδιοριστική έννοια στις χημικές αντιδράσεις.

Θερμότητα και Ενθαλπία Η Ενθαλπία είναι μια καταστατική συνάρτηση και έχει εκτατική ιδιότητα. Όπως και με την εσωτερική Ενέργεια, στην Ενθαλπία ενδιαφέρουν περισσότερο οι μεταβολές της (και όχι η συγκεκριμένη τιμή) Εάν θεωρηθεί ότι μια αντίδραση γίνεται υπό σταθερή πίεση, τότε:

ΕΝΘΑΛΠΙΑ (Η) (συνέχεια) Έστω η χημική αντίδραση: Α + Β → Γ + Δ ΗΑ ΗΒ ΗΓ ΗΔ Μετρήσιμο μέγεθος είναι μόνο η μεταβολή ΔΗ (μεταβολή ενθαλπίας της αντίδρασης ή απλά ενθαλπία αντίδρασης) κι όχι η Η (ενθαλπία) του κάθε αντιδρώντος ή προϊόντος: Έτσι : ΔΗαντίδρασης = Ηπροϊόντων-Ηαντιδρώντων = (ΗΓ+ΗΔ) – (ΗΑ+ΗΒ)

Θερμοκρασία: φυσική ιδιότητα της ύλης – εκφράζει ποσοτικά το «ζεστό» ή «κρύο»

Εξαρτώνται από τη θερμοκρασία Κατάσταση της ύλης (Φάση ύλης) Πυκνότητα Διαλυτότητα Πίεση υδρατμών Ηλεκτρική αγωγιμότητα Χημικές αντιδράσεις Θερμική ακτινοβολία

Μέτρηση θερμοκρασίας Πώς μπορούμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία; Ποιες ιδιότητες υλικών μεταβάλλονται με τη θερμοκρασία; Ποιες οι επιθυμητές ιδιότητες ενός θερμομέτρου Χρονική απόκριση Αναστρεψιμότητα Μονοτονικότητα

Βασική αρχή για τη μέτρηση της θερμοκρασίας Θερμική ισορροπία: δύο συστήματα με διαφορετική θερμοκρασία αλληλεπιδρούν μέχρι να εξισωθούν οι θερμοκρασίες τους. Η περαιτέρω αλληλεπίδραση δεν προκαλεί αλλαγή στη θερμοκρασία. Μηδενικός νόμος της θερμοδυναμικής: Εστω τρία συστήματα Α,Β,Γ. Εάν το Γ είναι σε θερμική ισορροπία με τα Α και Β τότε και τα Α, Β είναι σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους

Θερμόμετρα Υδραργύρου (Αρχή λετουργίας) Αλκοόλης (λιγότερο τοξικά - πτητικά, έως -700C) Θερμόμετρα υπερύθρων (IR): μέτρηση θερμοκρασίας από την εκπομπή ακτινοβολίας σε συγκεκριμένη φασματική περιοχή. Μέτρηση από απόσταση Γρήγορη απόκριση Μεγάλο εύρος

Θερμόμετρα Θερμοζεύγη: δύο αγωγοί από διαφορετικό υλικό (συνήθως μέταλλα), επαγωγή διαφοράς δυναμικού κατά την επιφάνεια επαφής τους Φθηνά Μικρά Μεγάλο εύρος θερμοκρασιών Μικρή ακρίβεια

Θερμόμετρα Θερμίστορς: κεραμικά ή πολυμερή υλικά Μεγαλύτερη ακρίβεια -900C – 1300C Αντίστασης: αισθητήρες (συνήθως από πλατίνα, νικέλιο ή χαλκό) των οποίων η αντίσταση μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία Ακρίβεια Μεγάλο εύρος -2700C-6600C

Θερμόμετρα Διμεταλλικά θερμόμετρα Δύο λωρίδες από διαφορετικά μέταλλα (διαφορετικός συντελεστής θερμικής διαστολής) Χρήση ως θερμοστάτες

Κλίμακες θερμοκρασίας Θερμοκρασία πήξης του νερού 00, θερμοκρασία βρασμού του νερού 1000. Θερμοκρασία πήξης του νερού 320, θερμοκρασία βρασμού του νερού 2120. Από Κελσίου Σε Κελσίου Fahrenheit [°F] = [°C] × 9⁄5 + 32 [°C] = ([°F] − 32) × 5⁄9 Kelvin [K] = [°C] + 273.15 [°C] = [K] − 273.15

Η ιδανική κλίμακα θερμοκρασιών δεν πρέπει να εξαρτάται από ιδιότητες συγκεκριμένου υλικού. Θερμόμετρο αερίου: Συγκεκριμένος όγκος αερίου – Πώς μεταβάλλεται η πίεσή του όταν αυξάνεται η θερμοκρασία; Διαγράμματα μεταβολής πίεσης συναρτήσει της θερμοκρασίας για διαφορετικούς τύπους και ποσότητες αερίων Για όλα τα είδη και τις ποσότητες αερίων η προέκταση της γραφικής παράστασης τέμνει τον άξονα χ στ0υς -273.150C

Οι κλίμακες Κελσίου και Φαρενάιτ έχουν δύο σημεία αναφοράς. Η κλίμακα Kelvin έχει ένα σημείο αναφοράς: το τριπλό σημείο του νερού: Μοναδικός συνδυασμός πίεσης και θερμοκρασίας όπου μπορούν να συνυπάρχουν και οι τρεις φάσεις του νερού: Τ=0,010C, P=610Pa (0,006atm)

Θερμική διαστολή l0 Δl 2Δl T0 T0+ΔΤ T0+2ΔΤ 2l0 2Δl T0 T0+ΔΤ

Για μικρές μεταβολές θερμοκρασίας α: συντελεστής γραμμικής διαστολής (grad-1) Για ισοτροπικά υλικά τι θα ισχύει για επιφανειακή και και χωρική διαστολή;

Θερμική διαστολή του νερού Σε ποια θερμοκρασία το νερό έχει τη μέγιστη πυκνότητα; Σε ποια περιοχή θερμοκρασιών εμφανίζει το νερό ασυνήθιστη συμπεριφορά; Γιατί αυτή η ιδιαιτερότητα είναι τόσο σημαντική;

Συντελεστές θερμικής διαστολής Υλικό Συντελεστής γραμμικής διαστολής α (10-6 grad-1) Συντελεστής κυβικής διαστολής β (10-6 grad-1) Αλουμίνιο 23,1 Οινόπνευμα 1120 Ανθρακας 1,18 Βενζίνη 950 Τσιμέντο 8-12 Υδράργυρος 181 Χαλκός 16.5 Νερό (10C) -50 Γυαλί 8,5 Νερό (40C) Ατσάλι 12 Νερό (100C) 88 Πάγος (00C) 51 Νερό (500C) 457

Θερμικές τάσεις Ενα ατσάλινο δοκάρι πακτώνεται ανάμεσα σε δύο τσιμεντένιους τοίχους. Εαν η θερμοκρασία αυξηθεί το δοκάρι θα διασταλεί; Εαν ήταν ελεύθερο πόση θα ήταν η μεταβολή του μήκους του; Ποιος θα ήταν ο λόγος της μεταβολής του μήκους προς το αρχικό μήκος Δl/l0; Εφ’όσον είναι πακτωμένο και έχει την τάση να διασταλεί ασκεί δύναμη στα σημεία στήριξης;

Θερμικές ιδιότητες της ύλης Η μεταφορά θερμότητας προς ή από ένα υλικό οδηγεί σε αύξηση ή μείωση της θερμοκρασίας του. Θεμελιώδης νόμος της θερμιδόμετρίας: Q=m·c·ΔΤ, Όπου Q: ποσό θερμότητας, m: μάζα υλικού c: ειδική θερμότητα ΔΤ: μεταβολή θερμοκρασίας Ποιες οι μονάδες, η φυσική σημασία και από τι εξαρτάται η ειδική θερμότητα ενός υλικού;

Ενα λίτρο τσαγιού θερμοκρασίας 1000C τοποθετείται σε μονωμένο γυάλινο μπουκάλι θερμοκρασίας 200C. Αν η μάζα του μπουκαλιού είναι 0,2kg ποια θα είναι η τελική θερμοκρασία του τσαγιού;

Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η αλλαγή φάσης ενός υλικού;

Διάγραμμα φάσεων

Διάγραμμα φάσης για το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) Διάγραμμα φάσης για το νερό (H2O) Παρατηρείτε κάποια διαφορά μεταξύ των δύο διαγραμμάτων;

Τι ποσό θερμότητας πρέπει να προσφέρω σε πάγο 00C για να μετατραπεί σε νερό 00C;

Φτιάξτε ένα διάγραμμα της θερμότητας σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία για να φτάσει ένα κομμάτι πάγος 100g από τους -200C έως τους 1500C.

Στο σχήμα εικονίζεται το διάγραμμα φάσεων ενός υλικού Στο σχήμα εικονίζεται το διάγραμμα φάσεων ενός υλικού. Να περιγράψετε: α) την κατάσταση του υλικού στο σημείο (0) β) τις φάσεις από τις οποίες διέρχεται το υλικό για τη διαδικασία (1) έως (2) γ) τις φάσεις από τις οποίες διέρχεται το υλικό για τη διαδικασία (3) έως (4).

Ένας ποδοσφαιριστής χάνει στα 90min ενός αγώνα περίπου 4kg

Μηχανισμοί διάδοσης θερμότητας Αγωγή Μεταφορά Ακτινοβολία Αγωγή: στο ίδιο σώμα ή σώματα σε επαφή k: συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας Μεταφορά: ρευστά σε κίνηση

Αγωγή Ράβδος μήκους L και διατομής Α Τα δύο άκρα σε διαφορετικές σταθερές θερμοκρασίες: TH η ψηλότερη, Τc η χαμηλότερη Θερμότητα θα μεταφέρεται από το θερμό στο ψυχρό άκρο μέσω των μοριακών κρούσεων, μέχρι την επίτευξη θερμικής ισορροπίας. Η θερμοκρασία θα μεταβάλλεται γραμμικά κατά μήκος της ράβδου Ποιοί παράγοντες επηρεάζουν το ρυθμό ροής θερμότητας; Διατομή Α ΔL/ΔΤ: θερμοβαθμίδα Θερμική αγωγιμότητα κ

Γιατί τα μέταλλα είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας; Ο αέρας είναι καλός μονωτής. Πως το εκμεταλλεύόμαστε; Τι πρέπει να προσέξουμε;

Μεταφορά Ροή θερμότητας λόγω της ροής ρευστού. Ρεύματα μεταφοράς στη γη: αέρια και θαλάσσια καθορίζουν τις κλιματικές συνθήκες. Εξαναγκασμένη μεταφορά με αντλία ή ανεμιστήρα. Χρειάζεται παρουσία υλικού μέσου για αγωγή ή μεταφορά

Θερμική ακτινοβολία Μεταφορά φωτονίων μεταξύ σωμάτων διαφορετικής θερμοκρασίας Εκπέμπεται από όλα τα σώματα Πριν τους 10000Κ εκπέμπεται υπέρυθρη ακτινοβολία Στους 10000Κ εκπέμπεται κόκκινο Γύρω στους 17000Κ εκπέμπεται λευκό (σύνθεση όλων των μηκών κύματος του ορατού φωτός) Σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες εκπέμπεται υπεριώδης ακτινοβολία

Νόμος Stefan - Boltzmann Εκπεμπόμενη ισχύς P=eσAT4, Όπου Α: εμβαδόν επιφάνειας σώματος σ: σταθερά Stefan – Boltzmann, σ=5,67×10-8W/m2 k4. Τ: θερμοκρασία επιφάνειας e: εκπεμψιμότητα (τιμή από 0 -1).

Μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας Σώμα: θερμική μηχανή Καύσιμα: Μεταβολισμός: 20% παραγόμενης ενέργειας για έργο, 80% χάνεται σα θερμότητα Βασικός μεταβολικός ρυθμός: 90kcal/h Σε 24 ώρες πόση θερμότητα παράγεται από το βασικό μεταβολικό ρυθμό; Σε πόση αύξηση θερμοκρασίας του σώματος αντιστοιχεί, εάν δεν υπήρχαν μηχανισμοί αποβολής θερμότητας;

Ρυθμός παραγωγής ενέργειας Δραστηριότητα Kcal/h W Ηρεμία 100 115 Αργό περπάτημα 225 260 Ποδήλασία (15km/h) 360 420 Ανάβαση σκαλας 699 700 Τρέξιμο (15km/h) 1000 1150

Παθητική αγωγή: οι ιστοί δεν είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας Μεταφορά από τη ροή του αίματος Αγωγή μέσω της λεπτής επιδερμίδας Μεταφορά λόγω αέρα και ιδρώτα, ακτινοβολία δέρματος

Θερμορυθμιστικοί μηχανισμοί Θέρμανση: Αύξηση ροής αίματος ώστε να φτάνει περισσότερο αίμα στην επιφάνεια (ερυθρότητα). Ιδρώτας: εξάτμιση Ψύξη Μείωση ροής αίματος ειδικά στα άκρα (κρυοπαγήματα) Τρέμουλο: Καύση στους μύες για να διατηρείται σταθερή η εσωτερική θερμοκρασία.

Μέση θερμοκρασία Γης: ισορροπία μεταξύ απορροφώμενης ακτινοβολίας από τον ήλιο και εκεπεμπόμενης ακτινοβολίας από τη Γη. Η γήινη ατμόσφαιρα επιτρέπει την διέλευση της ηλιακής ακτινοβολίας αλλά ανακλά ένα ποσοστό της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τη γη Φαινόμενο θερμοκηπίου: σαν αποτέλεσμ η μέση θερμοκρασία της γης είναι 320 υψηλότερη από την αντίστοιχη εάν δεν λειτουργούσε το φαινόμενο Θέρμανση λόγω αερίων θερμοκηπίου (διοξείδιο του άνθρακα, οξείδιο του αζώτου, μεθάνιο, όζον) που απορροφούν έντονα το υπέρυθρο.