Historia antigua de la calefacción
Incluso en las primeras etapas de la evolución, era más fácil para el hombre vivir en regiones con
Uno de los factores que permitió a la humanidad convertirseLa visión predominante en la Tierra se ha convertido en el entendimiento de que los cuerpos, los líquidos y el gas que nos rodean pueden calentarse, y el calor nos permite hacer la vida más cómoda, satisfactoria y más fácil. Por supuesto, el hombre primitivo no dominó de inmediato la técnica del uso del fuego (mucho más no desde el punto de vista de la quema, es decir, del calentamiento). La primera evidencia del uso humano del fuego para cocinar y calentar se encontró en África Oriental: en Chesowanyi cerca del lago Baringo, Koobi Fora y Ologesalirie en Kenia.
Entonces, la evidencia en Chesovagni presentason fragmentos de arcilla roja, cuya edad es de 1,42 millones de años. A juzgar por su dureza, se calentaron a 400 ° C. En Kenia, se ha encontrado evidencia del uso de fuego de Homo erectus, de aproximadamente 1,5 millones de años, con depósitos rojos que solo pueden formarse a temperaturas de 200-400 ° C.
¿Qué es la calefacción?
La calefacción es natural o artificialel proceso físico de aumento de temperatura. Esto puede deberse a la energía interna o al suministro de energía del exterior. Para este último, se utiliza un elemento calefactor. Los diseños pueden ser muy diferentes: desde un incendio hasta un reactor nuclear.
Aparte de las diferencias en las fuentes de energía, el proceso en síEl calentamiento puede ocurrir tanto externa como internamente. Ejemplos recientes incluyen: el calor generado en el núcleo de la Tierra debido a la energía transportada por los flujos de magma; soluciones durante la electrólisis o, por cierto, modernos sistemas de calentamiento de tabaco. Con la calefacción desde el exterior, todo es simple: es un fuego clásico, calefacción, microondas.
El calentamiento ocurre aumentando la velocidadmovimiento o vibración de moléculas y átomos que componen el cuerpo. En diferentes organismos, este proceso se lleva a cabo de diferentes formas. Si hablamos de gases, entonces sus moléculas se mueven aleatoriamente a altas velocidades (pueden ser cientos de metros por segundo) en todo el volumen lleno de gas. Durante su movimiento, las moléculas chocan y rebotan entre sí, cambiando la velocidad y la dirección del movimiento. En el caso de los líquidos, las moléculas que contienen vibran en posiciones de equilibrio, ya que están ubicadas muy cerca unas de otras y, relativamente, rara vez pueden saltar de una posición a otra. En los sólidos, las partículas vibran alrededor de una posición de equilibrio. El calentamiento en todos estos casos conduce al hecho de que la velocidad de las partículas aumenta. Por lo tanto, el movimiento caótico de las partículas se suele llamar térmico en física. Y el propio calentamiento del cuerpo depende de su capacidad calorífica y conductividad térmica.
Capacidad calorífica- la cantidad de calor absorbido o liberado por un cuerpo durante el proceso de calentamiento (enfriamiento) en 1 K (Kelvin).
Conductividad térmica- la capacidad de los cuerpos para conducir calor desde máspartes calientes del cuerpo a partes menos calientes por el movimiento caótico de partículas (átomos, moléculas, electrones). Dicho intercambio de calor puede ocurrir en cualquier cuerpo con una distribución de temperatura no uniforme, pero el mecanismo de transferencia de calor dependerá del estado de agregación de la materia.
La calefacción se utiliza hoy en día en una amplia variedad deáreas de la vida humana: desde el uso doméstico en cocina y calefacción hasta experimentos científicos y transporte. Y la naturaleza misma utiliza este proceso: el hielo se derrite, los cambios climáticos, la temperatura del agua en el océano mundial aumentan, la flora y la fauna cambian, se forman sustancias químicas y rocas.
Hirviendo
Hervir es el método de calentamiento más común.agua utilizada exclusivamente por humanos. No se trata solo de cocinar, que requiere agua hirviendo. Hervir también le permite destruir la mayoría de los parásitos que viven en el agua, descontaminar los productos y también limpiar cosas, objetos de contaminación grasosa.
El proceso de ebullición consta de tres etapas:en el primero, aparecen burbujas de aire en el agua, que se deslizan desde el fondo del recipiente, en el segundo, las burbujas comienzan a subir rápidamente a la superficie, se produce turbidez, que se asemeja al agua que corre de un manantial. En la tercera etapa, el agua comienza a hervir, grandes burbujas llegan a la superficie y el agua puede rociar.
El proceso de ebullición va acompañado de la liberación de vapor.Además, durante la ebullición, las partículas coloidales de suciedad se asientan y el agua se ablanda, ya que las sales precipitan y la concentración de componentes volátiles y cloro libre disminuye.
Pero con ebullición prolongada, aumenta.concentración de sustancias no volátiles. Calentar agua a agua hirviendo no puede destruir metales pesados, pesticidas, herbicidas, nitratos, fenoles y productos derivados del petróleo. Hay microbios que pueden sobrevivir en agua hirviendo durante bastante tiempo, minutos o incluso horas. Los priones no se desactivan incluso cuando se hierven durante 18 minutos a 134 ° C en un autoclave de vapor sellado.
Tratamiento térmico de alimentos
El tratamiento térmico se utiliza en la cocción de variospueblos y culturas para una gran cantidad de productos. Normalmente, dicho procesamiento tiene tres propósitos: suavizar, mejorar el sabor o la apariencia y descontaminar, especialmente cuando se trata de productos cárnicos.
Además de cocinar, que puede realizarse no sólo conel proceso de ebullición, pero también al vapor, así como a baja temperatura; el mismo tipo de procesamiento incluye la cocción al vacío - sous vide, cuando los productos se cocinan en envases al vacío. Además, existe un método de cocción en autoclave, en el que la cocción se realiza bajo sobrepresión a una temperatura de 110 a 130°C.
Otro tipo de tratamiento térmico es freír,el segundo método de cocción más común. El producto se adhiere a los platos cuya superficie está untada con una fina capa de grasa caliente. Si hablamos de productos de harina y una categoría especial de platos, entonces se usa hornear en una encimera u horno. Y los productos de carne y pescado a menudo se ahuman con humo frío y caliente.
Para mantener la temperatura antes de dispensar o durantedurante el transporte, se utiliza un tipo especial de tratamiento: control de temperatura. Y para una ración espectacular, se utiliza un encendido a corto plazo del plato terminado, esto se llama flameado.
Calefacción
Los residentes conocen este método de calentar el aire.muchos países: es casi imposible sobrevivir a la larga temporada de invierno sin calefacción. En el territorio de Rusia, la temperatura media del aire durante este período es de -19,7 ° C. El calentamiento de agua es el método más popular y económico, pero hoy en día existen otras opciones que le permiten calentar la casa de una persona moderna. Además, su tarea incluye no solo calentar la habitación para compensar la pérdida de calor, sino también mantener la temperatura.
Dependiendo del método predominanteLa calefacción de espacios por transferencia de calor puede ser convectiva y radiante. Calefacción por convección significa un tipo de calefacción en la que el calor se distribuye mezclando volúmenes de aire frío y caliente. Las desventajas de la calefacción por convección incluyen una gran diferencia de temperatura en la habitación (alta temperatura del aire en la parte superior y baja en la parte inferior) y la imposibilidad de ventilar la habitación sin perder energía térmica. El método radiante implica la presencia de dispositivos especiales que se instalan debajo del piso o sobre el área calentada, o se montan directamente en las paredes.
Dependiendo de la fuente de calor, la calefacción puede ser muy diversa: desde estufa y vapor hasta combustible líquido e infrarrojos.
Los sistemas de calefacción han existido durante muchos cientos de años.El primer medio de calentamiento es el fuego. Y el dispositivo de calefacción es el hipocausto, el antiguo "piso cálido" utilizado por los romanos. La superficie del piso de piedra se calentó con la ayuda de gas que salía de los hornos y se acumulaba en las cavidades debajo del piso.
Núcleo de la tierra
El "calentador" más grande del mundo se encuentra enel corazón mismo de nuestro planeta está en el núcleo de la Tierra. La parte central y más profunda del planeta se encuentra debajo del manto y, presumiblemente, consiste en una aleación de hierro y níquel con una mezcla de otros elementos siderófilos. La profundidad es de 2.900 km. El núcleo se divide en un núcleo interno sólido con un radio de aproximadamente 1300 km y un núcleo externo líquido de aproximadamente 2200 km de espesor. La temperatura en la superficie del núcleo sólido de la Tierra alcanza los 6.230 ± 500 K (5.960 ± 500 ° C).
Desde el centro de la tierra, colosalflujos de calor ascendentes de magma - penachos. En la superficie del manto, se extienden hacia los lados, provocando deriva continental, y después de enfriarse, se hunden en las profundidades. Pero el núcleo tiene sus propias fuentes de calentamiento: la desintegración de elementos radiactivos de larga duración y la fricción entre el núcleo y las capas externas de la Tierra, cuya rotación se ralentiza gradualmente por las mareas. Y, sin embargo, el núcleo se enfría y cristaliza gradualmente a partir de esto: el diámetro del núcleo sólido interno aumenta en varios centímetros por siglo.
Calentamiento en química
El aumento de temperatura se utiliza en productos químicos.industrias para acelerar la transferencia de masa y los procesos químicos, cuyas condiciones de temperatura dependen del refrigerante y del método de calentamiento: vapor de agua, líquidos calientes, gases puntuales, corriente eléctrica y radiación.
El método más común en orgánico.La síntesis consiste en hervir y calentar. Según la regla de Van't Hoff, cuando se calienta a 10°C, la velocidad de las reacciones químicas aumenta entre 2 y 4 veces. Las reacciones químicas en la química orgánica (a diferencia de la química inorgánica) proceden con bastante lentitud. Por tanto, el calentamiento acelera significativamente el trabajo de los químicos.
Pero los compuestos orgánicos son bastante inestables y bajo una fuerte influencia se alquitrán. Por tanto, en algunos casos, las reacciones se llevan a cabo no con calentamiento, sino con enfriamiento.
Los baños de agua se utilizan solo en los casos en quecuando se requiere calentar a una temperatura que no exceda los 100 ° С. Los baños de arena se utilizan para una exposición suave a altas temperaturas o para una ignición suave. Temperatura del baño de arena 200-300 ° С. El calentamiento a altas temperaturas se realiza en hornos de mufla. La calcinación se realiza en crisoles, que generalmente se cubren con tapas.
La calefacción eléctrica también se utiliza enindustria química, principalmente para ahorrar dinero. El calentamiento directo de agua y soluciones acuosas con corriente eléctrica alterna a un voltaje eléctrico menor que el voltaje de descomposición de los líquidos muestra que a potencias específicas bajas la energía térmica generada excede la energía eléctrica gastada introducida en el líquido calentado.
Calentamiento por inducción
El calentamiento por inducción es calentar materiales.Corrientes eléctricas que son inducidas por un campo magnético alterno. Dicho calentamiento de productos hechos de materiales conductores (conductores) se produce utilizando el campo magnético de los inductores. El sistema inductor de la pieza de trabajo es un transformador sin núcleo en el que el inductor es el devanado primario. La pieza de trabajo es un devanado secundario en cortocircuito. Y el flujo magnético entre los devanados se cierra en el aire.
A alta frecuencia, las corrientes parásitas se desplazanel campo magnético formado por ellos en las capas superficiales delgadas de la pieza de trabajo (efecto piel), como resultado de lo cual su densidad aumenta drásticamente y la pieza de trabajo se calienta. El inductor se calienta mucho durante el funcionamiento, ya que absorbe su propia radiación. Además, absorbe la radiación de calor de una pieza de trabajo caliente. Los inductores están hechos de tubos de cobre enfriados por agua. El agua se suministra por succión: esto garantiza la seguridad en caso de quemado u otra despresurización del inductor.
Este método se utiliza en una amplia variedad de áreas industriales: desde la fundición ultrapura sin contacto hasta la desinfección de joyas e instrumentos médicos.
Calentamiento dieléctrico (microondas)
Para calentar materiales dieléctricos.Se utiliza un campo eléctrico alterno u onda electromagnética; estamos hablando de hornos microondas u hornos microondas populares. El calentamiento de alta frecuencia (con corrientes de alta frecuencia) se crea en los condensadores y las microondas (radiación de microalta frecuencia) se crean en guías de ondas y resonadores de cavidad. Con este método, el calentamiento de los cuerpos se produce mediante pérdidas debidas a la polarización dipolar de los dieléctricos.
La desventaja de este método es su heterogeneidad. Con el método de microondas, solo se produce el calentamiento de la superficie, que depende de la conductividad térmica del material.
Cuando se utilizan ondas de microondas electromagnéticasel calentamiento es causado por la rotación del dipolo molecular en un dieléctrico; una molécula de dipolo típica es una molécula de agua. El método se usa más comúnmente para descongelar y calentar alimentos. Dado que el agua en los alimentos contiene una gran cantidad de sales que se disocian en iones, que sirven como portadores de cargas eléctricas y también reaccionan a un campo electromagnético alterno, el calentamiento de los alimentos es causado tanto por la reorientación de las moléculas de dipolos polares como por el desplazamiento de iones.
Calentar el tabaco
Calentar el tabaco, no quemarlo, se ha convertido enuna diferencia fundamental entre los productos alternativos sin humo que se están desarrollando en el centro de I + D de Philip Morris International (PMI). La empresa ha confiado en tecnología, ciencia e innovación disruptivas. El Centro emplea a más de 430 científicos e ingenieros de diversas especialidades que han estado aplicando toda su experiencia y conocimiento durante más de 10 años para crear un futuro sin humo de cigarrillo. La empresa lleva a cabo una evaluación científica completa y por fases de sus innovadores productos sin humo, basada en las prácticas aplicadas en la industria farmacéutica, siguiendo los estándares internacionales de calidad, los principios de buenas prácticas de laboratorio (BPL) y buenas prácticas clínicas (BPC). IQOS ha superado todas las etapas de una rigurosa evaluación científica, incluidos 18 estudios preclínicos y 10 clínicos, durante los cuales se confirmó que al usar IQOS, se emiten un 95% menos de sustancias nocivas en comparación con los cigarrillos. *
Importante:esto no significa una reducción del riesgo del 95%. El uso de IQOS no elimina los riesgos para la salud.
* “95% menos contaminantes” se refiere a la reducción promedio en los niveles de contaminantes (excluyendo la nicotina) en el aerosol IQOS en comparación con el humo del cigarrillo de referencia utilizado en el estudio (3R4F).
IQOS utiliza tecnología HeatControl ™,que está diseñado de la siguiente manera: un elemento de cerámica en forma de cuchilla calienta el tabaco desde el interior a una temperatura no superior a 350 ° C. Tal régimen de temperatura excluye la combustión, lo que significa que no se forman humo y cenizas, no hay riesgo de quemar la ropa, la tapicería del automóvil, los muebles o quemar a alguien.
La singularidad de la tecnología radica en el hecho de queel calentamiento se produce desde el interior, no desde el exterior, y el elemento entra en contacto directo con el tabaco, no prendiéndolo, sino calentándolo suavemente. Además, gracias a tecnologías innovadoras, la temperatura de calentamiento durante el funcionamiento del dispositivo IQOS se controla automáticamente y se mantiene al nivel requerido. Las trazas de oro y platino, aplicadas al elemento calefactor, juntas forman un termopar que mide y transmite datos de temperatura a una unidad de control ubicada en el soporte del dispositivo.
En todos los modelos IQOS sin excepción – desdedesde el clásico 2.4 Plus hasta el más nuevo y elegante IQOS 3 DUOS, utilizando tecnología patentada desarrollada en Suiza. Al crear IQOS, los científicos y expertos en tecnología lograron eliminar el proceso de combustión, reemplazándolo por calor, por lo que IQOS tiene una serie de ventajas frente a seguir fumando cigarrillos. Hoy en día, más de 11 millones de usuarios adultos en todo el mundo han elegido IQOS*.
* Datos basados en datos financieros internosInformes de PMI, encuestas de adultos de IQOS y análisis de mercado a partir de [octubre de 2020]. Tomamos en cuenta a los usuarios adultos de IQOS que dejaron de fumar cigarrillos por completo y para quienes el consumo de barras de tabaco PMI fue al menos el 70% de todo el tabaco calentado durante los últimos 7 días en el momento de la encuesta.
Tratamiento con plasma
Si combinamos termofísica yprocesos electroquímicos en la superficie del ánodo asociados con la ebullición local del líquido, entonces resultará un fenómeno llamado tratamiento con electrolito-plasma. Otro nombre es calentamiento por electrolito anódico.
Por primera vez, el fenómeno del brillo y calentamiento de los electrodos.notado por varios científicos en el siglo XIX: Arthur Wehnelt, Alexander Walter y Georg Simon Ohm. Demostraron que como resultado del efecto térmico de la corriente sobre un electrodo con una superficie relativamente pequeña a su alrededor, se produce una ebullición local de la solución con la formación de una capa de vapor y la apertura del circuito eléctrico. La inductancia presente en el circuito contribuye a la aparición de fem. y ruptura de la capa de vapor-gas con fenómenos luminosos.
Este método de calentamiento se usa ampliamente en la actualidad.para el endurecimiento a alta velocidad de superficies de piezas, por ejemplo, carburación, nitruración, borrado, nitrocarburación y / o temple en un electrolito de trabajo. Y el tratamiento del acero con plasma electrolítico aumenta su dureza superficial, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión.
Calentamiento láser
Se utiliza el procesamiento láser de materiales.en todas partes, incluso para la producción de nanotubos a partir de grafeno. Dependiendo de la intensidad y duración de la exposición a la radiación láser, es posible calentar el material sin destrucción visible, fundirlo, evaporarlo e incluso eliminar los productos de destrucción.
Los cálculos muestran que la tasa de calentamiento aLa irradiación láser de materiales es muy alta, hasta 10–10 ° C / s. En poco tiempo, las capas superficiales tienen tiempo para calentarse a altas temperaturas, derretirse y sobrecalentarse. En el metal sobrecalentado, las impurezas tienen tiempo para disolverse.
El calentamiento por láser es el mismo que el calentamiento por descarga de gas,utilizado para concentrar energía en la superficie del grafito. Esta energía se utiliza para pulverizar grafito térmicamente. En la pulverización catódica con láser, prácticamente solo se obtienen nanotubos multicapa, con un número de capas de 4 a 24 y longitudes de hasta 300 nm. En este caso, la muestra de grafito, el objetivo sobre el que se enfoca la radiación láser, se coloca en un horno para un calentamiento adicional.
Y un grupo de físicos teóricos de uno de losLas universidades incluso han ideado un nuevo método que podría permitir que los láseres calienten ciertos materiales a temperaturas del núcleo solar y superiores, aunque en tan solo 20 billones de segundos.
El hombre en sus logros tecnológicosSiempre inspirados en la naturaleza: desde el uso del fuego para cocinar y terminando con modernos reactores nucleares, que se basan en los mismos procesos que en la generación de calor desde el núcleo de la Tierra. La capacidad de calentar le ha permitido a la humanidad convertirse en la especie dominante del planeta, expandir su hábitat hasta las zonas climáticas más severas, acelerar reacciones químicas, crear materiales súper duraderos y, finalmente, hacer la vida más cómoda y tecnológicamente avanzada.
No excluye riesgos.
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