MECHANIZMY PRZEPŁYWU CIEPŁA Ciepło - jest to forma energii, która jest transmitowana między dwoma układami pozostającymi w kontakcie termicznym, wynika z różnicy temperatur. • Strumień cieplny- jest to ilość ciepła przepływająca z jednego ośrodka do drugiego w jednostce czasu. Strumień cieplny wyraża się w watach (W) Q – ciepło dQ - elementarna ilość ciepła dt - czas trwania wymiany Gęstość strumienia ciepła - stosunek strumienia ciepła do pola powierzchni izotermicznej, przez którą przepływa ten strumień Mechanizmy transportu ciepła Transport ciepła Przewodzenie (kondukcja) Unoszenie (konwekcja) Promieniowanie (radiacja) Przewodzenie – kondukcja: przekazywanie energii od jednej cząsteczki do drugiej, za pośrednictwem ruchu drgającego tych cząsteczek. Proces ten trwa dopóki temperatura ciała nie zostanie wyrównana w całej rozpatrywanej objętości. Dominuje w ciałach stałych. Przewodzenie ciepła jest opisane prawem Fouriera, zgodnie z którym gęstość strumienia ciepła jest proporcjonalna do gradientu temperatury mierzonego wzdłuż kierunku przepływu ciepła. Konwekcja (unoszenie ciepła) – wiąże się z ruchem konwekcyjnym gazów lub cieczy, wywołanym różnicą gęstości (różnicą temperatur) bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi Rozróżnia się przy tym dwa rodzaje konwekcji: swobodną i wymuszoną: •Przy konwekcji swobodnej ruch ośrodka jest wynikiem różnic gęstości spowodowanych wzrostem objętości przy ogrzewaniu. •Przy konwekcji wymuszonej ruch ośrodka spowodowany jest różnicą ciśnienia ogólnego (w przypadku powietrza może ona być wynikiem działania wiatru lub wentylatorów). Pomimo złożoności konwekcji ilość wymienianego ciepła podczas procesu jest zależna od różnicy temperatur, oraz jest określona prawem Newtona: qk - gęstość strumienia cieplnego hk – współczynnik przejmowania ciepła ΔT- różnica temperatur pomiędzy powierzchnią ciała w stanie stałym (T1) i środowiska w stanie ciekłym lub gazowym (T2) Promieniowanie (radiacja)- jest falą energii wywodzącą się z drgań pola magnetycznego lub elektrycznego. Promieniowanie cieplne jest formą promieniowania emitowaną przez ciała, spowodowane ich temperaturą. Inne formy promieniowania elektromagnetycznego np.: mikrofale, promienie Roentgena czy fale telewizyjne nie są zależne od temperatury. Wszystkie ciała o temperaturze powyżej zera absolutnego emitują promieniowanie termiczne. Zdolność emitowania lub pochłaniania promieniowania jest integralną właściwością ciał stałych, cieczy i gazów. Wiąże się ze zmianami stanu energetycznego atomów i cząsteczek W utrzymaniu równowagi ciepła u zwierząt i ludzi dominującą rolę odgrywają dwa pasma promieniowania elektromagnetycznego : -Promieniowanie krótkofalowe -Promieniowanie długofalowe • Maksymalna wymiana ciepła w tym mechanizmie wyemitowana przez ciało o temperaturze bezwzględnej T jest określona prawem Stefana-Boltzmanna: Ǭ = σ A e T⁴ σ - 6*10⁻⁸ W/m₂ -stała Stefana- Boltzmanna A - powierzchnia e - współczynnik emisyjności T – temperatura w skali Kelvina Parowanie – jest podstawowym mechanizmem, dzięki któremu organizmy stałocieplne nie ulęgają przegrzaniu. W przeciwieństwie do suchych sposobów wymiany ciepła omówionych wcześniej, wymiana ciepła przez wydzielanie potu jest jednokierunkowa, tzn. umożliwia tylko oddawanie nadmiaru ciepła do otoczenia. Parowanie wody, które jest warunkiem niezbędnym dla tego sposobu oddawania ciepła, zależy od dwóch parametrów otaczającego powietrza, tzn. od zawartej w nim pary wodnej, czyli wilgotności, i ciśnienia Wymiana ciepła między organizmem człowieka i jego środowiskiem odbywa się głównie przez skórę, która u dorosłego człowieka ma powierzchnię około 1,8 m2 (niewielkie ilości ciepła są oddawane przez płuca - nagrzewanie wdychanego powietrza - oraz przez wydalanie moczu i kału). Transport ciepła między organizmem a otoczeniem Bibliografia : • Jaroszyk F Biofizyka. Podręcznik dla studentów • file:///C:/Users/karol/Desktop/IChNS-S-przewodzenie- promieniowanie.pdf • http://nop.ciop.pl/m4-5/m4-5_1.htm • http://pbc.gda.pl/Content/4404/wymiana-i-wymiennikifinal.pdf • http://home.agh.edu.pl/~zmsz/pl/pliki/os/OS_symulacja_pr zeplywu.pdf
