التاريخ القديم للتدفئة
حتى في المراحل الأولى من التطور، كان من الأسهل على الإنسان أن يعيش في مناطق بها
أحد العوامل التي سمحت للبشرية أن تصبحأصبح الرأي السائد على الأرض هو الفهم بأن الأجسام والسوائل والغازات من حولنا يمكن تسخينها ، وأن الحرارة تسمح لنا بجعل الحياة أكثر راحة وإشباعًا وأسهل. بالطبع ، لم يتقن الإنسان البدائي على الفور تقنية استخدام النار (ليس من وجهة نظر الاحتراق ، بل التسخين بدقة). تم العثور على أول دليل على استخدام الإنسان للنار في الطهي والتدفئة في شرق إفريقيا: في Chesowanyi بالقرب من بحيرة Baringo و Koobi Fora و Ologesalirie في كينيا.
لذلك ، تقدم الأدلة في Chesovagniهي شظايا من الطين الأحمر عمرها 1.42 مليون سنة. إذا حكمنا من خلال صلابتها ، فقد تم تسخينها إلى 400 درجة مئوية. في كينيا ، تم العثور على أدلة على استخدام حريق الإنسان المنتصب ، الذي يبلغ عمره حوالي 1.5 مليون سنة ، مع وجود رواسب حمراء لا يمكن أن تتشكل إلا عند درجات حرارة تتراوح بين 200-400 درجة مئوية.
ما هي التدفئة؟
التدفئة طبيعية أو اصطناعيةالعملية الفيزيائية لارتفاع درجة الحرارة. قد يكون هذا بسبب الطاقة الداخلية أو إمداد الطاقة من الخارج. بالنسبة لهذا الأخير ، يتم استخدام عنصر التسخين. يمكن أن تكون التصميمات مختلفة جدًا: من حريق إلى مفاعل نووي.
وبصرف النظر عن الاختلافات في مصادر الطاقة، فإن العملية نفسهايمكن أن يحدث التسخين خارجيًا وداخليًا. تشمل الأمثلة الحديثة: الحرارة المتولدة في باطن الأرض بسبب الطاقة التي تحملها تدفقات الصهارة؛ المحاليل أثناء التحليل الكهربائي أو بالمناسبة أنظمة تسخين التبغ الحديثة. مع التدفئة من الخارج، كل شيء بسيط - إنها نار كلاسيكية، وتدفئة، وميكروويف.
يحدث التسخين بزيادة السرعةحركة أو اهتزاز الجزيئات والذرات التي يتكون منها الجسم. في الهيئات المختلفة ، تتم هذه العملية بطرق مختلفة. إذا كنا نتحدث عن الغازات ، فإن جزيئاتها تتحرك بشكل عشوائي بسرعات عالية (يمكن أن تصل مئات الأمتار في الثانية) عبر كامل الحجم المملوء بالغاز. أثناء حركتها ، تتصادم الجزيئات وترتد عن بعضها البعض ، مما يغير سرعة واتجاه الحركة. في حالة السوائل ، تهتز الجزيئات الموجودة فيها حول مواضع التوازن ، لأنها تقع بالقرب من بعضها البعض ، ونادرًا ما تستطيع القفز من موضع إلى آخر. في المواد الصلبة ، تهتز الجسيمات حول وضع التوازن. يؤدي التسخين في كل هذه الحالات إلى زيادة سرعة الجزيئات. لذلك ، عادة ما تسمى الحركة الفوضوية للجسيمات بالحرارة في الفيزياء. ويعتمد تسخين الجسم على قدرته الحرارية والتوصيل الحراري.
السعة الحرارية- كمية الحرارة التي يمتصها أو يطلقها الجسم أثناء عملية التسخين (التبريد) بمقدار 1 كلفن.
الموصلية الحرارية- قدرة الأجسام على توصيل الحرارة من أكثرتسخين أجزاء الجسم إلى أجزاء أقل تسخينًا بالحركة الفوضوية للجسيمات (الذرات والجزيئات والإلكترونات). يمكن أن يحدث انتقال الحرارة هذا في أي أجسام ذات توزيع غير منتظم لدرجة الحرارة ، لكن آلية انتقال الحرارة ستعتمد على حالة تجميع المادة.
يتم استخدام التدفئة اليوم في مجموعة واسعة منمجالات الحياة البشرية: من الاستخدام المنزلي في الطبخ والتدفئة إلى التجارب العلمية والنقل. والطبيعة نفسها تستخدم هذه العملية: ذوبان الجليد، والتغيرات المناخية، وارتفاع درجات حرارة المياه في المحيط العالمي، وتغير النباتات والحيوانات، وتشكل المواد الكيميائية والصخور.
الغليان
الغليان هو أكثر طرق التسخين شيوعًاالمياه التي يستخدمها البشر فقط. الأمر لا يتعلق فقط بالطهي ، الذي يتطلب غلي الماء يسمح لك الغلي أيضًا بتدمير معظم الطفيليات التي تعيش في الماء ، ولتطهير الطعام ، وكذلك لتنظيف الأشياء من التلوث الدهني.
تتكون عملية الغليان من ثلاث مراحل:في البداية ، تظهر فقاعات الهواء في الماء ، والتي تنزلق من قاع الحاوية ، في الثانية - تبدأ الفقاعات في الارتفاع بسرعة إلى السطح ، وتحدث العكارة ، تشبه المياه الجارية من نبع. في المرحلة الثالثة ، يبدأ الماء في الغليان ، وتصل فقاعات كبيرة إلى السطح ، وقد يتناثر الماء.
تترافق عملية الغليان مع إطلاق البخار.بالإضافة إلى ذلك ، أثناء الغليان ، تترسب الجزيئات الغروية من الأوساخ ، ويلين الماء ، حيث تترسب الأملاح ، وينخفض تركيز المكونات المتطايرة والكلور الحر.
لكن مع الغليان المطول ، يزدادتركيز المواد غير المتطايرة. لا يمكن أن يؤدي تسخين الماء إلى الماء المغلي إلى تدمير المعادن الثقيلة والمبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب والنترات والفينولات والمنتجات النفطية. هناك ميكروبات يمكنها البقاء على قيد الحياة في الماء المغلي لفترة طويلة - دقائق أو حتى ساعات. لا يتم تعطيل البريونات حتى عند غليها لمدة 18 دقيقة عند 134 درجة مئوية في الأوتوكلاف البخاري مغلق
المعالجة الحرارية للأغذية
تستخدم المعالجة الحرارية في طبخ مختلفالشعوب والثقافات لعدد كبير من المنتجات. عادةً ما يكون لهذه المعالجة ثلاثة أغراض: التليين وتحسين المذاق والمظهر وإزالة التلوث ، خاصةً عندما يتعلق الأمر بمنتجات اللحوم.
بالإضافة إلى الطهي الذي لا يمكن أن يتم فقط مععملية الغليان، ولكن أيضًا على البخار، وكذلك في درجات حرارة منخفضة، يشمل نفس النوع من المعالجة الطهي في فراغ - فيديو سو، عندما يتم طهي المنتجات في عبوات مفرغة من الهواء. بالإضافة إلى ذلك، هناك طريقة للطهي في الأوتوكلاف، حيث يتم الطهي تحت ضغط زائد عند درجة حرارة 110-130 درجة مئوية.
نوع آخر من المعالجة الحرارية هو القلي ،ثاني أكثر طرق الطهي شيوعًا. يلتصق المنتج بالأطباق التي يتلطخ سطحها بطبقة رقيقة من الدهون الساخنة. إذا كنا نتحدث عن منتجات الدقيق وفئة خاصة من الأطباق ، فسيتم استخدام الخبز في الفرن أو الفرن. وغالبا ما يتم تدخين اللحوم والأسماك باستخدام الدخان الساخن والبارد.
للحفاظ على درجة الحرارة قبل الاستغناء أو أثناءأثناء النقل ، يتم استخدام نوع خاص من العلاج - التحكم في درجة الحرارة. وللحصول على خدمة فعالة ، يتم استخدام إشعال قصير المدى للطبق النهائي ، وهذا ما يسمى المشتعلة.
تدفئة
يعرف السكان طريقة تسخين الهواء هذهالعديد من البلدان - يكاد يكون من المستحيل البقاء على قيد الحياة في فصل الشتاء الطويل دون تدفئة. يبلغ متوسط درجة حرارة الهواء في أراضي روسيا خلال هذه الفترة -19.7 درجة مئوية. يعد تسخين المياه الطريقة الأكثر شيوعًا والأرخص ، ولكن اليوم هناك خيارات أخرى تسمح لك بتدفئة منزل شخص حديث. علاوة على ذلك ، فإن مهمتهم لا تشمل فقط تدفئة الغرفة للتعويض عن فقدان الحرارة ، ولكن أيضًا الحفاظ على درجة الحرارة.
حسب الطريقة السائدةيمكن أن يكون تسخين مساحة نقل الحرارة الحمل الحراري والإشعاعي. التسخين الحراري يعني نوعًا من التسخين يتم فيه توزيع الحرارة عن طريق خلط كميات من الهواء الساخن والبارد. تشمل عيوب التسخين الحراري اختلافًا كبيرًا في درجة الحرارة في الغرفة (ارتفاع درجة حرارة الهواء في الأعلى ومنخفض في الأسفل) واستحالة تهوية الغرفة دون فقد الطاقة الحرارية. تعني طريقة الإشعاع وجود أجهزة خاصة مثبتة تحت الأرض أو فوق المنطقة الساخنة ، أو مثبتة مباشرة في الجدران.
اعتمادًا على مصدر الحرارة، يمكن أن يكون التسخين متنوعًا جدًا: من الموقد والبخار إلى الوقود السائل والأشعة تحت الحمراء.
كانت أنظمة التدفئة موجودة منذ مئات السنين.أول وسيلة للتدفئة هي النار. وجهاز التسخين عبارة عن "أرضية دافئة" قديمة كان يستخدمها الرومان. تم تسخين سطح الأرضية الحجرية بمساعدة الغاز الذي يخرج من الأفران ويتراكم في التجاويف الموجودة أسفل الأرضية.
لب الأرض
يقع أكبر "سخان" في العالم فييقع قلب كوكبنا في قلب الأرض. يقع الجزء المركزي والأعمق من الكوكب تحت الوشاح ويتكون ، على الأرجح ، من سبيكة من الحديد والنيكل مع مزيج من العناصر الأخرى المحبة للحديد. العمق 2900 كم. ينقسم اللب إلى قلب داخلي صلب يبلغ نصف قطره حوالي 1300 كيلومتر ونواة خارجية سائلة تبلغ سماكتها 2200 كيلومتر. تصل درجة الحرارة على سطح اللب الصلب للأرض إلى 6230 ± 500 كلفن (5960 ± 500 درجة مئوية).
من لب الأرض ، هائلةتصاعد التدفقات الحرارية للصهارة - أعمدة. عند سطح الوشاح ، تنتشر على الجوانب مسببة انجرافًا قاريًا ، وعندما تبرد ، تغوص في الأعماق. لكن النواة لها مصادرها الخاصة للتدفئة: اضمحلال العناصر المشعة طويلة العمر والاحتكاك بين اللب والطبقات الخارجية للأرض ، والتي يتباطأ دورانها تدريجياً بسبب المد والجزر. ومع ذلك ، يبرد اللب ويتبلور تدريجيًا من هذا: يزيد قطر النواة الصلبة الداخلية بعدة سنتيمترات في كل قرن.
التسخين في الكيمياء
يتم استخدام زيادة درجة الحرارة في المواد الكيميائيةلتسريع نقل الكتلة والعمليات الكيميائية ، حيث تعتمد ظروف درجة الحرارة على المبرد وطريقة التسخين: بخار الماء ، والسوائل الساخنة ، والغازات النقطية ، والتيار الكهربائي والإشعاع.
الطريقة الأكثر شيوعا في العضويةالتوليف هو الغليان والتدفئة. وفقًا لقاعدة فانت هوف، عند تسخينه بمقدار 10 درجات مئوية، يزداد معدل التفاعلات الكيميائية بمقدار 2-4 مرات. التفاعلات الكيميائية في الكيمياء العضوية (على عكس الكيمياء غير العضوية) تسير ببطء شديد. لذلك، فإن التسخين يسرع بشكل كبير عمل الكيميائيين.
لكن المركبات العضوية غير مستقرة إلى حد ما ، وتحت تأثير قوي ، فإنها تتباطأ. لذلك ، في بعض الحالات ، لا تتم التفاعلات بالتسخين ، ولكن بالتبريد.
تستخدم الحمامات المائية فقط في الحالات التي يكون فيهاعندما يكون التسخين مطلوبًا لدرجة حرارة لا تزيد عن 100 درجة مئوية. تستخدم الحمامات الرملية للتعرض اللطيف لدرجات الحرارة المرتفعة أو للتكليس اللطيف. درجة حرارة الحمام الرملي 200-300 درجة مئوية. يتم التسخين إلى درجات حرارة عالية في أفران دثر. يتم التكليس في البوتقات ، والتي عادة ما تكون مغطاة بأغطية.
كما يتم استخدام التدفئة الكهربائية فيالصناعة الكيميائية، في المقام الأول لتوفير المال. يُظهر التسخين المباشر للمياه والمحاليل المائية بتيار كهربائي متناوب بجهد كهربائي أقل من جهد تحلل السوائل أنه عند قوى محددة منخفضة تتجاوز الطاقة الحرارية المولدة الطاقة الكهربائية المستهلكة التي يتم إدخالها في السائل الساخن.
التدفئة التعريفي
التسخين التعريفي هو مواد تسخينالتيارات الكهربائية التي يسببها مجال مغناطيسي متناوب. يحدث تسخين المنتجات المصنوعة من مواد موصلة - موصلات - باستخدام المجال المغناطيسي للمحثات. نظام محث قطعة العمل عبارة عن محول عديم النواة يكون فيه المحث هو الملف الأساسي. قطعة العمل عبارة عن لف ثانوي قصير الدائرة. ويتم إغلاق التدفق المغناطيسي بين اللفات في الهواء.
عند التردد العالي ، يتم تهجير التيارات الدوامةالمجال المغناطيسي الذي تشكله في الطبقات السطحية الرقيقة لقطعة الشغل (تأثير الجلد) ، ونتيجة لذلك تزداد كثافتها بشكل حاد ، وتسخن قطعة العمل. يصبح المحرِّض نفسه شديد السخونة أثناء التشغيل ، حيث يمتص إشعاعه. بالإضافة إلى ذلك ، تمتص الإشعاع الحراري من قطعة العمل الساخنة. المحاثات مصنوعة من أنابيب نحاسية مبردة بالماء. يتم توفير الماء عن طريق الشفط - وهذا يضمن السلامة في حالة الاحتراق أو غير ذلك من عمليات إزالة الضغط للمحث.
تُستخدم هذه الطريقة في مجموعة متنوعة من المجالات الصناعية: من الصهر عالي النقاوة غير الملامس إلى تطهير المجوهرات والأدوات الطبية.
تدفئة عازلة (ميكروويف)
لتسخين المواد العازلةيتم استخدام مجال كهربائي متناوب أو موجة كهرومغناطيسية - نحن نتحدث عن أفران الميكروويف الشهيرة أو أفران الميكروويف. يتم إنشاء تسخين عالي التردد (مع تيارات عالية التردد) في المكثفات، ويتم إنشاء الميكروويف (إشعاع عالي التردد) في أدلة الموجات ومرانات التجويف. بهذه الطريقة، يحدث تسخين الأجسام بسبب الفقد الناتج عن الاستقطاب ثنائي القطب للعوازل.
عيب هذه الطريقة هو عدم تجانسها. باستخدام طريقة الميكروويف ، يحدث تسخين السطح فقط ، والذي يعتمد على التوصيل الحراري للمادة.
عند استخدام موجات الميكروويف الكهرومغناطيسيةيحدث التسخين عن طريق دوران ثنائي القطب الجزيئي في عازل - جزيء ثنائي القطب النموذجي هو جزيء ماء. تُستخدم الطريقة الأكثر شيوعًا لإذابة الطعام وتسخينه. نظرًا لأن الماء في الطعام يحتوي على كمية كبيرة من الأملاح التي تنفصل إلى أيونات ، والتي تعمل كحاملات للشحنات الكهربائية وتتفاعل أيضًا مع مجال كهرومغناطيسي متناوب ، فإن تسخين الطعام ناتج عن إعادة توجيه الجزيئات القطبية ثنائية القطب وإزاحة الأيونات.
تسخين التبغ
أصبح تسخين التبغ وليس حرقهفرق جوهري بين المنتجات البديلة عديمة الدخان التي يتم تطويرها في مركز البحث والتطوير التابع لشركة Philip Morris International (PMI). اعتمدت الشركة على التقنيات والعلوم والابتكار. يعمل في المركز أكثر من 430 عالمًا ومهندسًا من مختلف التخصصات ، والذين قاموا بتطبيق كل خبراتهم ومعرفتهم لأكثر من 10 سنوات لخلق مستقبل خالٍ من دخان السجائر. تجري الشركة تقييمًا علميًا مرحليًا وشاملًا لمنتجاتها المبتكرة الخالية من الدخان ، بناءً على الممارسات المطبقة في صناعة المستحضرات الصيدلانية ، وفقًا لمعايير الجودة الدولية ، ومبادئ الممارسة المختبرية الجيدة (GLP) والممارسات السريرية الجيدة (GCP). اجتاز IQOS جميع مراحل التقييم العلمي الدقيق ، بما في ذلك 18 دراسة قبل السريرية و 10 دراسات إكلينيكية ، تم خلالها التأكيد على أنه عند استخدام IQOS ، تنبعث مواد أقل ضررًا بنسبة 95٪ مقارنة بالسجائر. *
مهم:هذا لا يعني انخفاضًا بنسبة 95٪ في المخاطر. استخدام IQOS لا يلغي المخاطر الصحية.
* تشير عبارة "ملوثات أقل بنسبة 95%" إلى متوسط الانخفاض في مستويات الملوثات (باستثناء النيكوتين) في رذاذ IQOS مقارنة بالدخان المنبعث من السيجارة المرجعية المستخدمة في الدراسة (3R4F).
يستخدم IQOS تقنية HeatControl ™ ،والتي تم تصميمها على النحو التالي: عنصر على شكل شفرة خزفية يسخن التبغ من الداخل إلى درجة حرارة لا تتجاوز 350 درجة مئوية. يستثني نظام درجة الحرارة هذا الاحتراق ، مما يعني عدم تكوين الدخان والرماد ، ولا يوجد خطر حرق الملابس أو التنجيد في السيارة أو الأثاث أو حرق شخص ما.
يكمن تفرد التكنولوجيا في حقيقة ذلكيحدث التسخين من الداخل وليس من الخارج ، ويتلامس العنصر بشكل مباشر مع التبغ ، ولا يشعله ، بل يسخن بلطف. بالإضافة إلى ذلك ، بفضل التقنيات المبتكرة ، يتم التحكم في درجة حرارة التسخين أثناء تشغيل جهاز IQOS تلقائيًا والحفاظ عليها عند المستوى المطلوب. تشكل آثار الذهب والبلاتين ، المطبقة على عنصر التسخين ، معًا مزدوجًا حراريًا يقيس بيانات درجة الحرارة وينقلها إلى وحدة التحكم الموجودة في حامل الجهاز.
في جميع موديلات IQOS بدون استثناء – منمن الإصدار الكلاسيكي 2.4 Plus إلى جهاز IQOS 3 DUOS الأحدث والأكثر أناقة - باستخدام تقنية حاصلة على براءة اختراع تم تطويرها في سويسرا. عند إنشاء IQOS، تمكن العلماء وخبراء التكنولوجيا من التخلص من عملية الاحتراق، واستبدالها بالحرارة، لذلك يتمتع IQOS بعدد من المزايا مقارنة بالاستمرار في تدخين السجائر. واليوم، اختار أكثر من 11 مليون مستخدم بالغ حول العالم جهاز IQOS*.
* البيانات مستندة على المالية الداخليةتقارير PMI ، استطلاعات IQOS للبالغين وتحليل السوق اعتبارًا من [أكتوبر 2020]. أخذنا في الاعتبار مستخدمي IQOS البالغين الذين توقفوا تمامًا عن تدخين السجائر ، والذين كان استهلاكهم لعصي التبغ PMI لا يقل عن 70٪ من إجمالي التبغ المُسخَّن خلال الأيام السبعة الماضية وقت إجراء المسح.
علاج البلازما
إذا قمنا بدمج الفيزيائية الحرارية والعمليات الكهروكيميائية على سطح الأنود المرتبطة بالغليان المحلي للسائل ، ثم ستنتج ظاهرة تسمى معالجة الإلكتروليت بالبلازما. اسم آخر هو تسخين المنحل بالكهرباء انوديك.
لأول مرة ظاهرة توهج وتسخين الأقطاب الكهربائيةلاحظه العديد من العلماء في القرن التاسع عشر - آرثر فينيلت وألكسندر والتر وجورج سيمون أوم. لقد أثبتوا أنه نتيجة للتأثير الحراري للتيار على قطب كهربائي بمساحة سطحية صغيرة نسبيًا حوله، يحدث الغليان المحلي للمحلول مع تكوين طبقة بخار وفتح الدائرة الكهربائية. يساهم الحث الموجود في الدائرة في ظهور القوى الدافعة الكهربية. وانهيار طبقة البخار والغاز مع الظواهر الضوئية.
تستخدم طريقة التسخين هذه على نطاق واسع اليوم.للتصلب عالي السرعة لأسطح الأجزاء - على سبيل المثال ، الكربنة ، النتردة ، البوردينج ، الكربنة النيتروجينية و / أو التبريد في إلكتروليت عامل. وتزيد معالجة البلازما الإلكتروليتية للصلب من صلابة السطح ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل.
التسخين بالليزر
يتم استخدام معالجة المواد بالليزرفي كل مكان، بما في ذلك إنتاج الأنابيب النانوية من الجرافين. اعتمادًا على شدة ومدة التعرض لإشعاع الليزر، من الممكن تسخين المادة دون تدمير واضح، وإذابتها، وتبخيرها، وحتى غسل منتجات التدمير.
تظهر الحسابات أن معدل التسخين فيتشعيع المواد بالليزر مرتفع جدًا - يصل إلى 10-10 درجة مئوية / ثانية. في وقت قصير ، يكون للطبقات السطحية وقت لتسخين درجات الحرارة العالية والذوبان والسخونة الزائدة. في المعدن شديد الحرارة ، يكون للشوائب وقت لتذوب.
تسخين الليزر هو نفس تسخين تفريغ الغاز ،تستخدم لتركيز الطاقة على سطح الجرافيت. تُستخدم هذه الطاقة في رش الجرافيت حرارياً. في عملية الرش بالليزر ، يتم الحصول عمليًا فقط على الأنابيب النانوية متعددة الطبقات - بعدد الطبقات من 4 إلى 24 وأطوال تصل إلى 300 نانومتر. في هذه الحالة ، يتم وضع عينة الجرافيت - الهدف الذي يركز عليه إشعاع الليزر - في فرن لتسخين إضافي.
ومجموعة من علماء الفيزياء النظرية من أحد لندنلقد توصلت الكليات إلى طريقة جديدة يمكن أن تسمح لليزر بتسخين مواد معينة إلى درجات حرارة النواة الشمسية وما فوقها ، وإن كان ذلك في أقل من 20 كوادريليون ثانية.
الرجل في إنجازاته التكنولوجيةدائمًا مستوحى من الطبيعة: من استخدام النار للطهي وانتهاءً بالمفاعلات النووية الحديثة ، والتي تعتمد على نفس العمليات مثل توليد الحرارة من قلب الأرض. سمحت القدرة على التسخين للبشرية بأن تصبح الأنواع المهيمنة على الكوكب ، وتوسيع موطنها حتى في أشد المناطق المناخية قسوة ، وتسريع التفاعلات الكيميائية ، وإنشاء مواد فائقة التحمل ، وأخيراً ، جعل الحياة أكثر راحة وتقدمًا تقنيًا.
لا يستبعد المخاطر.
المواد التابعة.
انظر أيضا:
بسبب حركة الصفائح ، أصبح قاع المحيط الهادئ الآن عميقًا تحت الصين
الخلايا العصبية في الدماغ البشري وشبكة المجرات متشابهة
تبين أن نهر Doomsday الجليدي أكثر خطورة مما اعتقد العلماء. نقول الشيء الرئيسي