Histoire ancienne du chauffage
Même aux premiers stades de l’évolution, il était plus facile pour l’homme de vivre dans des régions
L'un des facteurs qui a permis à l'humanité de devenirla vision dominante sur Terre est devenue la compréhension que les corps, les liquides et les gaz autour de nous peuvent être chauffés et que la chaleur nous permet de rendre la vie plus confortable, épanouissante et plus facile. Bien sûr, l'homme primitif ne maîtrisait pas immédiatement la technique d'utilisation du feu (d'autant plus pas du point de vue de la combustion, à savoir le chauffage). La première preuve de l'utilisation humaine du feu pour la cuisine et le chauffage a été trouvée en Afrique de l'Est: à Chesowanyi près du lac Baringo, Koobi Fora et Ologesalirie au Kenya.
Ainsi, les preuves à Chesovagni présententsont des fragments d'argile rouge, dont l'âge est de 1,42 million d'années. A en juger par leur dureté, ils ont été chauffés à 400 ° C. Au Kenya, des preuves ont été trouvées pour l'utilisation du feu d'Homo erectus, vieux d'environ 1,5 million d'années, avec des dépôts rouges qui ne peuvent se former qu'à des températures de 200 à 400 ° C.
Qu'est-ce que le chauffage?
Le chauffage est naturel ou artificielle processus physique d'élévation de la température. Cela peut être dû à l'énergie interne ou à l'apport d'énergie de l'extérieur. Pour ce dernier, un élément chauffant est utilisé. Les conceptions peuvent être très différentes: d'un incendie à un réacteur nucléaire.
Outre les différences dans les sources d'énergie, le processus lui-mêmele chauffage peut se produire à la fois à l’extérieur et à l’intérieur. Des exemples récents incluent : la chaleur générée dans le noyau terrestre en raison de l'énergie transportée par les flux magmatiques ; solutions lors de l'électrolyse ou, en passant, des systèmes modernes de chauffage du tabac. Avec le chauffage par l’extérieur, tout est simple : c’est un classique feu, chauffage, micro-onde.
Le chauffage se produit en augmentant la vitessemouvement ou vibration des molécules et des atomes qui composent le corps. Dans différents organes, ce processus se déroule de différentes manières. Si nous parlons de gaz, alors leurs molécules se déplacent aléatoirement à des vitesses élevées (cela peut être des centaines de mètres par seconde) dans tout le volume rempli de gaz. Au cours de leur mouvement, les molécules se heurtent et rebondissent les unes sur les autres, modifiant la vitesse et la direction du mouvement. Dans le cas des liquides, les molécules qu'ils contiennent vibrent autour de positions d'équilibre, car elles sont très proches les unes des autres et peuvent rarement sauter d'une position à une autre. Dans les solides, les particules vibrent autour d'une position d'équilibre. Le chauffage dans tous ces cas conduit au fait que la vitesse des particules augmente. Par conséquent, le mouvement chaotique des particules est généralement appelé thermique en physique. Et l'échauffement même du corps dépend de sa capacité thermique et de sa conductivité thermique.
Capacité thermique- la quantité de chaleur absorbée ou libérée par un corps pendant le processus de chauffage (refroidissement) de 1 K (Kelvin).
Conductivité thermique- la capacité des corps à conduire la chaleur de plusdes parties du corps chauffées à des parties moins chauffées par le mouvement chaotique des particules (atomes, molécules, électrons). Un tel échange de chaleur peut se produire dans n'importe quel corps avec une distribution de température non uniforme, mais le mécanisme de transfert de chaleur dépendra de l'état d'agrégation de la matière.
Le chauffage est aujourd’hui utilisé dans une grande variété de domainesdomaines de la vie humaine : de l’usage domestique pour la cuisine et le chauffage aux expériences scientifiques et aux transports. Et la nature elle-même utilise ce processus : la fonte des glaces, les changements climatiques, l'augmentation de la température de l'eau dans l'océan mondial, la modification de la flore et de la faune, la formation de produits chimiques et de roches.
Ébullition
L'ébullition est la méthode de chauffage la plus couranteeau utilisée exclusivement par les humains. Il ne s'agit pas seulement de cuisiner, qui nécessite de l'eau bouillante. L'ébullition permet également de détruire la plupart des parasites vivant dans l'eau, de décontaminer les aliments, ainsi que de nettoyer les choses, les objets de la contamination grasse.
Le processus d'ébullition se compose de trois étapes:sur le premier, des bulles d'air apparaissent dans l'eau, qui glissent du fond du récipient, sur le second - les bulles commencent à monter rapidement à la surface, une turbidité se produit, ressemblant à de l'eau coulant d'une source. Dans la troisième étape, l'eau commence à bouillir, de grosses bulles atteignent la surface et l'eau peut pulvériser.
Le processus d'ébullition s'accompagne de la libération de vapeur.De plus, pendant l'ébullition, les particules de saleté colloïdales se déposent et l'eau se ramollit, car les sels précipitent et la concentration de composants volatils et de chlore libre diminue.
Mais avec une ébullition prolongée, il augmenteconcentration de substances non volatiles. Le chauffage de l'eau en eau bouillante ne peut pas détruire les métaux lourds, les pesticides, les herbicides, les nitrates, les phénols et les produits pétroliers. Il existe des microbes qui peuvent survivre dans l'eau bouillante pendant assez longtemps - des minutes, voire des heures. Les prions ne sont pas désactivés même lorsqu'ils sont bouillis pendant 18 minutes à 134 ° C dans un autoclave à vapeur scellé.
Traitement thermique des aliments
Le traitement thermique est utilisé dans la cuisson de diverspeuples et cultures pour un grand nombre de produits. En règle générale, un tel traitement a trois objectifs: l'adoucissement, l'amélioration du goût ou de l'apparence et la décontamination, en particulier lorsqu'il s'agit de produits carnés.
En plus de la cuisine, qui peut se faire non seulement avecle processus d'ébullition, mais aussi de cuisson à la vapeur, ainsi qu'à basse température ; le même type de traitement inclut la cuisson sous vide - sous vide, lorsque les produits sont cuits dans des emballages sous vide. De plus, il existe une méthode de cuisson en autoclave, où la cuisson s'effectue sous surpression à une température de 110 à 130°C.
Un autre type de traitement thermique est la friture,la deuxième méthode de cuisson la plus courante. Le produit adhère aux plats dont la surface est enduite d'une fine couche de graisse chaude. Si nous parlons de produits à base de farine et d'une catégorie spéciale de plats, la cuisson sur une plaque de cuisson ou un four est utilisée. Et les produits de viande et de poisson sont souvent fumés avec de la fumée chaude et froide.
Pour maintenir la température avant la distribution ou pendantpendant le transport, un type spécial de traitement est utilisé - le contrôle de la température. Et pour une portion spectaculaire, un allumage à court terme du plat fini est utilisé, cela s'appelle flamboyant.
Chauffage
Les résidents connaissent cette méthode de chauffage de l'airde nombreux pays - il est presque impossible de survivre à la longue saison hivernale sans chauffage. Sur le territoire de la Russie, la température moyenne de l'air pendant cette période est de -19,7 ° C. Le chauffage de l'eau est la méthode la plus populaire et la moins chère, mais il existe aujourd'hui d'autres options qui vous permettent de chauffer la maison d'une personne moderne. De plus, leur tâche comprend non seulement le chauffage de la pièce pour compenser la perte de chaleur, mais également le maintien de la température.
Selon la méthode prédominanteLe chauffage des locaux par transfert de chaleur peut être par convection et par rayonnement. Le chauffage par convection désigne un type de chauffage dans lequel la chaleur est distribuée en mélangeant des volumes d'air chaud et froid. Les inconvénients du chauffage par convection incluent une grande différence de température dans la pièce (température de l'air élevée en haut et basse en bas) et l'impossibilité de ventiler la pièce sans perdre d'énergie thermique. La méthode radiante implique la présence de dispositifs spéciaux qui sont installés sous le sol ou au-dessus de la zone chauffée, ou montés directement dans les murs.
Selon la source de chaleur, le chauffage peut être très diversifié : du poêle et de la vapeur au combustible liquide et infrarouge.
Les systèmes de chauffage existent depuis plusieurs centaines d'années.Le premier moyen de chauffage est un feu. Et l'appareil de chauffage est l'hypocauste, l'ancien "plancher chaud" utilisé par les Romains. La surface du sol en pierre était chauffée à l'aide de gaz qui sortait des fours et s'accumulait dans les cavités sous le plancher.
Noyau de la terre
Le plus grand «radiateur» du monde est situé àle cœur même de notre planète est au cœur de la Terre. La partie centrale et la plus profonde de la planète est située sous le manteau et se compose vraisemblablement d'un alliage fer-nickel avec un mélange d'autres éléments sidérophiles. La profondeur est de 2 900 km. Le noyau est divisé en un noyau interne solide d'un rayon d'environ 1 300 km et un noyau externe liquide d'environ 2 200 km d'épaisseur. La température à la surface du noyau solide terrestre atteint 6 230 ± 500 K (5 960 ± 500 ° C).
Du cœur de la terre, colossalflux de chaleur ascendants de magma - panaches. À la surface du manteau, ils se propagent sur les côtés, provoquant une dérive des continents, et après s'être refroidis, ils s'enfoncent dans les profondeurs. Mais le noyau a ses propres sources de chaleur: la désintégration des éléments radioactifs à vie longue et le frottement entre le noyau et les couches externes de la Terre, dont la rotation est progressivement ralentie par les marées. Et pourtant le noyau se refroidit et à partir de là se cristallise progressivement: le diamètre du noyau solide interne augmente de plusieurs centimètres par siècle.
Chauffage en chimie
L'augmentation de température est utilisée dans les produits chimiquesindustries pour accélérer le transfert de masse et les processus chimiques, dont les conditions de température dépendent du liquide de refroidissement et du mode de chauffage: vapeur d'eau, liquides chauds, gaz ponctuels, courant électrique et rayonnement.
La méthode la plus courante en biola synthèse est en ébullition et en chauffage. Selon la règle de Van't Hoff, lorsqu'on chauffe à 10°C, la vitesse des réactions chimiques augmente de 2 à 4 fois. Les réactions chimiques en chimie organique (contrairement à la chimie inorganique) se déroulent plutôt lentement. Par conséquent, le chauffage accélère considérablement le travail des chimistes.
Mais les composés organiques sont assez instables et, sous forte influence, ils persistent. Par conséquent, dans certains cas, les réactions sont effectuées non pas avec chauffage, mais avec refroidissement.
Les bains-marie ne sont utilisés que dans les cas oùlorsque le chauffage est requis à une température ne dépassant pas 100 ° С. Les bains de sable sont utilisés pour une exposition douce à des températures élevées ou pour un allumage doux. Température du bain de sable 200-300 ° С. Le chauffage à des températures élevées est effectué dans des fours à moufle. La calcination est effectuée dans des creusets, généralement recouverts de couvercles.
Le chauffage électrique est également utilisé dansl'industrie chimique, principalement pour économiser de l'argent. Le chauffage direct de l'eau et des solutions aqueuses avec un courant électrique alternatif à une tension électrique inférieure à la tension de décomposition des liquides montre qu'à faibles puissances spécifiques, l'énergie thermique générée dépasse l'énergie électrique dépensée introduite dans le liquide chauffé.
Chauffage par induction
Le chauffage par induction est le chauffage des matériauxcourants électriques induits par un champ magnétique alternatif. Un tel chauffage de produits en matériaux conducteurs - conducteurs - se produit à l'aide du champ magnétique des inducteurs. Le système d'inductance de la pièce est un transformateur sans noyau dans lequel l'inducteur est l'enroulement primaire. La pièce à usiner est un enroulement secondaire court-circuité. Et le flux magnétique entre les enroulements est fermé dans l'air.
À haute fréquence, les courants de Foucault sont déplacésle champ magnétique formé par eux dans les couches superficielles minces de la pièce (effet de peau), à la suite de quoi leur densité augmente fortement et la pièce chauffe. L'inducteur lui-même devient très chaud pendant le fonctionnement, car il absorbe son propre rayonnement. De plus, il absorbe le rayonnement thermique d'une pièce chaude. Les inducteurs sont fabriqués à partir de tubes de cuivre refroidis à l'eau. L'eau est fournie par aspiration - cela garantit la sécurité en cas de brûlure ou autre dépressurisation de l'inducteur.
Cette méthode est utilisée dans une grande variété de domaines industriels: de la fusion ultrapure sans contact aux bijoux et à la désinfection des instruments médicaux.
Chauffage diélectrique (micro-ondes)
Pour chauffer des matériaux diélectriquesun champ électrique alternatif ou une onde électromagnétique est utilisé - nous parlons de fours à micro-ondes ou de fours à micro-ondes populaires. Un chauffage haute fréquence (avec des courants haute fréquence) est créé dans les condensateurs, et des micro-ondes (rayonnement microhaute fréquence) sont créées dans les guides d'ondes et les résonateurs à cavité. Avec cette méthode, l'échauffement des corps est provoqué par des pertes dues à la polarisation dipolaire des diélectriques.
L'inconvénient de cette méthode est son hétérogénéité. Avec la méthode par micro-ondes, seul un chauffage de surface se produit, qui dépend de la conductivité thermique du matériau.
Lors de l'utilisation d'ondes micro-ondes électromagnétiquesle chauffage est causé par la rotation des dipôles moléculaires dans un diélectrique - une molécule dipolaire typique est une molécule d'eau. La méthode est la plus couramment utilisée pour décongeler et réchauffer les aliments. Étant donné que l'eau dans les aliments contient une grande quantité de sels qui se dissocient en ions, qui servent de porteurs de charges électriques et réagissent également à un champ électromagnétique alternatif, le réchauffement de l'aliment est causé à la fois par la réorientation des molécules dipolaires polaires et par le déplacement de ions.
Chauffage du tabac
Chauffer le tabac, ne pas le brûler, est devenuune différence fondamentale entre les produits alternatifs sans fumée qui sont développés au centre de R&D de Philip Morris International (PMI). L'entreprise s'est appuyée sur des technologies de rupture, la science et l'innovation. Le Centre emploie plus de 430 scientifiques et ingénieurs de diverses spécialités, qui depuis plus de 10 ans mettent en œuvre toute leur expérience et leurs connaissances pour créer un avenir sans fumée de cigarette. La société procède à une évaluation scientifique progressive et complète de ses produits innovants sans fumée sur la base des pratiques appliquées dans l'industrie pharmaceutique, conformément aux normes de qualité internationales, aux principes de bonnes pratiques de laboratoire (BPL) et de bonnes pratiques cliniques (BPC). IQOS a passé toutes les étapes d'une évaluation scientifique rigoureuse, y compris 18 études précliniques et 10 études cliniques, au cours desquelles il a été confirmé que lors de l'utilisation d'IQOS, 95% de substances nocives en moins sont émises par rapport aux cigarettes. *
Important:cela ne signifie pas une réduction de 95% du risque. L'utilisation d'IQOS n'élimine pas les risques pour la santé.
* « 95 % de contaminants en moins » fait référence à la réduction moyenne des niveaux de contaminants (hors nicotine) dans l'aérosol IQOS par rapport à la fumée de la cigarette de référence utilisée dans l'étude (3R4F).
IQOS utilise la technologie HeatControl ™,qui est agencé comme suit: un élément en forme de lame en céramique chauffe le tabac de l'intérieur à une température ne dépassant pas 350 ° C. Un tel régime de température exclut la combustion, ce qui signifie que de la fumée et des cendres ne se forment pas, il n'y a aucun risque de brûler des vêtements, des tissus d'ameublement dans la voiture, des meubles ou de brûler quelqu'un.
Le caractère unique de la technologie réside dans le fait quele chauffage se produit de l'intérieur, pas de l'extérieur, et l'élément entre en contact direct avec le tabac, sans l'allumer, mais en le chauffant doucement. De plus, grâce à des technologies innovantes, la température de chauffage pendant le fonctionnement de l'appareil IQOS est automatiquement contrôlée et maintenue au niveau requis. Des pistes d'or et de platine, appliquées à l'élément chauffant, forment ensemble un thermocouple qui mesure et transmet les données de température à une unité de commande située dans le support de l'appareil.
Dans tous les modèles IQOS sans exception – à partir dedu classique 2.4 Plus au plus récent et le plus élégant IQOS 3 DUOS - utilisant une technologie brevetée développée en Suisse. Lors de la création d'IQOS, les scientifiques et les experts en technologie ont réussi à éliminer le processus de combustion et à le remplacer par de la chaleur. IQOS présente donc un certain nombre d'avantages par rapport au fait de continuer à fumer des cigarettes. Aujourd'hui, plus de 11 millions d'utilisateurs adultes dans le monde ont choisi IQOS*.
* Données basées sur les données financières internesRapports PMI, enquêtes IQOS sur les adultes et analyse de marché en date du [octobre 2020]. Nous avons pris en compte les utilisateurs adultes d'IQOS qui ont complètement arrêté de fumer des cigarettes, et pour qui la consommation de bâtonnets de tabac PMI représentait au moins 70% de l'ensemble du tabac chauffé au cours des 7 derniers jours au moment de l'enquête.
Traitement plasma
Si nous combinons thermophysique etprocessus électrochimiques à la surface de l'anode, associés à l'ébullition locale du liquide, il en résultera alors un phénomène appelé traitement électrolyte-plasma. Un autre nom est le chauffage par électrolyte anodique.
Pour la première fois, le phénomène de lueur et d'échauffement des électrodesremarqué par plusieurs scientifiques au 19ème siècle - Arthur Wehnelt, Alexander Walter et Georg Simon Ohm. Ils ont prouvé qu'en raison de l'effet thermique du courant sur une électrode avec une surface relativement petite autour d'elle, une ébullition locale de la solution se produit avec formation d'une couche de vapeur et ouverture du circuit électrique. L'inductance présente dans le circuit contribue à l'apparition de la force électromotrice. et rupture de la couche vapeur-gaz avec des phénomènes lumineux.
Cette méthode de chauffage est largement utilisée aujourd'hui.pour le durcissement à grande vitesse de la surface des pièces - par exemple, cémentation, nitruration, boruration, nitrocarburation et / ou trempe dans un électrolyte de travail. Et le traitement électrolytique par plasma de l'acier augmente sa dureté de surface, sa résistance à l'usure et sa résistance à la corrosion.
Chauffage laser
Le traitement laser des matériaux est utilisépartout, y compris pour la production de nanotubes à partir de graphène. Selon l'intensité et la durée d'exposition au rayonnement laser, il est possible de chauffer le matériau sans destruction visible, de le faire fondre, de l'évaporer et même d'éliminer les produits de destruction.
Les calculs montrent que la vitesse de chauffage àl'irradiation laser des matériaux est très élevée - jusqu'à 10–10 ° C / s. En peu de temps, les couches de surface ont le temps de chauffer à des températures élevées, de fondre et de surchauffer. Dans le métal surchauffé, les impuretés ont le temps de se dissoudre.
Le chauffage au laser est le même que le chauffage à décharge de gaz,utilisé pour concentrer l'énergie sur la surface du graphite. Cette énergie est utilisée pour la projection thermique de graphite. Avec la pulvérisation laser, pratiquement seuls des nanotubes multicouches sont obtenus - avec le nombre de couches de 4 à 24 et des longueurs jusqu'à 300 nm. Dans ce cas, l'échantillon de graphite - la cible sur laquelle le rayonnement laser est focalisé - est placé dans un four pour un chauffage supplémentaire.
Et un groupe de physiciens théoriciens de l'un des Londresles collèges ont même mis au point une nouvelle méthode qui pourrait permettre aux lasers de chauffer certains matériaux à des températures du noyau solaire et au-dessus, mais en aussi peu que 20 quadrillions de secondes.
L'homme dans ses réalisations technologiquestoujours inspiré par la nature: de l'utilisation du feu pour la cuisson et se terminant par des réacteurs nucléaires modernes, qui reposent sur les mêmes processus que pour générer de la chaleur à partir du cœur de la Terre. La capacité de chauffer a permis à l'humanité de devenir l'espèce dominante sur la planète, d'étendre son habitat même dans les zones climatiques les plus sévères, d'accélérer les réactions chimiques, de créer des matériaux super-durables et, enfin, de rendre la vie plus confortable et technologiquement avancée.
N'exclut pas les risques.
Matériel affilié.
Voir aussi:
En raison du mouvement des plaques, le plancher de l'océan Pacifique est maintenant profondément sous la Chine
Les neurones du cerveau humain et le réseau des galaxies sont similaires
Le glacier Doomsday s'est avéré plus dangereux que les scientifiques ne le pensaient. Nous disons l'essentiel