Oude geschiedenis van verwarming
Zelfs in de vroege stadia van de evolutie was het voor de mens gemakkelijker om in gebieden te leven
Een van de factoren waardoor de mensheid kon wordende heersende opvatting op aarde is het begrip geworden dat lichamen, vloeistoffen en gas om ons heen kunnen worden verwarmd, en dat warmte ons in staat stelt het leven comfortabeler, bevredigender en gemakkelijker te maken. Natuurlijk beheerste de primitieve mens de techniek van het gebruik van vuur niet onmiddellijk (des te meer niet vanuit het oogpunt van branden, maar juist vanuit het oogpunt van verwarming). Het eerste bewijs van menselijk gebruik van vuur voor koken en verwarmen werd gevonden in Oost-Afrika: in Chesowanyi nabij Lake Baringo, Koobi Fora en Ologesalirie in Kenia.
Dus het bewijs in Chesovagni presenteert zichzijn fragmenten van rode klei, waarvan de leeftijd 1,42 miljoen jaar is. Te oordelen naar hun hardheid werden ze verwarmd tot 400 ° C. In Kenia is bewijs gevonden voor het gebruik van Homo erectusvuur, ongeveer 1,5 miljoen jaar oud, met rode afzettingen die zich alleen kunnen vormen bij temperaturen van 200-400 ° C.
Wat is verwarming?
Verwarming is natuurlijk of kunstmatighet fysieke proces van temperatuurstijging. Dit kan komen door interne energie of de aanvoer van energie van buitenaf. Voor dat laatste wordt een verwarmingselement gebruikt. Ontwerpen kunnen heel verschillend zijn: van een brand tot een kernreactor.
Afgezien van de verschillen in energiebronnen, het proces zelfverwarming kan zowel extern als intern plaatsvinden. Recente voorbeelden zijn onder meer: warmte die in de kern van de aarde wordt gegenereerd als gevolg van de energie die door magmastromen wordt vervoerd; oplossingen tijdens elektrolyse of trouwens moderne tabaksverwarmingssystemen. Met verwarming van buitenaf is alles eenvoudig: het is een klassiek vuur, verwarming, magnetron.
Verwarming vindt plaats door de snelheid te verhogenbeweging of trilling van moleculen en atomen waaruit het lichaam bestaat. Dit proces vindt op verschillende manieren plaats in verschillende instanties. Als we het over gassen hebben, dan bewegen hun moleculen chaotisch met hoge snelheden (het kan honderden meters per seconde zijn) door het hele volume gevuld met gas. Tijdens hun beweging botsen en stuiteren de moleculen van elkaar, waardoor de snelheid en bewegingsrichting verandert. In het geval van vloeistoffen trillen de moleculen erin rond evenwichtsposities, omdat ze erg dicht bij elkaar liggen en relatief zelden van de ene positie naar de andere kunnen springen. In vaste stoffen trillen deeltjes rond een evenwichtspositie. Opwarming leidt er in al deze gevallen toe dat de snelheid van de deeltjes toeneemt. Daarom wordt de chaotische beweging van deeltjes in de natuurkunde meestal thermisch genoemd. En de verwarming van het lichaam hangt af van zijn warmtecapaciteit en thermische geleidbaarheid.
Warmte capaciteit- de hoeveelheid warmte die door een lichaam wordt opgenomen of afgegeven tijdens het proces van verwarming (koeling) met 1 K (Kelvin).
Warmtegeleiding- het vermogen van lichamen om warmte van meer te geleidenverwarmde delen van het lichaam naar minder verwarmde delen door de chaotische beweging van deeltjes (atomen, moleculen, elektronen). Een dergelijke warmteoverdracht kan plaatsvinden in elk lichaam met een niet-uniforme temperatuurverdeling, maar het mechanisme van warmteoverdracht hangt af van de toestand van aggregatie van materie.
Verwarming wordt tegenwoordig in een grote verscheidenheid aan toepassingen gebruiktgebieden van het menselijk leven: van huishoudelijk gebruik bij het koken en verwarmen tot wetenschappelijke experimenten en transport. En de natuur zelf maakt gebruik van dit proces: ijs smelt, klimaatveranderingen, watertemperaturen in de Wereldoceaan stijgen, flora en fauna veranderen, chemicaliën en rotsen worden gevormd.
Koken
Koken is de meest gebruikelijke verwarmingsmethodewater dat uitsluitend door mensen wordt gebruikt. Het gaat niet alleen om koken, waarvoor kokend water nodig is. Koken stelt je ook in staat om de meeste parasieten die in het water leven te vernietigen, om voedsel te ontsmetten en ook om dingen te reinigen, voorwerpen tegen vettige besmetting.
Het kookproces bestaat uit drie fasen:op de eerste verschijnen luchtbellen in het water, die van de bodem van de container glijden, op de tweede - de bellen beginnen snel naar de oppervlakte te stijgen, er treedt troebelheid op, die lijkt op water dat uit een bron stroomt. In de derde fase begint het water te koken, komen er grote bellen naar het oppervlak en kan het water sproeien.
Het kookproces gaat gepaard met het vrijkomen van stoom.Bovendien bezinken tijdens het koken colloïdale vuildeeltjes en wordt het water zachter doordat zouten neerslaan en de concentratie van vluchtige componenten en vrij chloor afneemt.
Maar bij langdurig koken neemt het toeconcentratie van niet-vluchtige stoffen. Het verwarmen van water tot kokend water kan zware metalen, pesticiden, herbiciden, nitraten, fenolen en aardolieproducten niet vernietigen. Er zijn microben die behoorlijk lang in kokend water kunnen overleven - minuten of zelfs uren. Prionen worden niet gedeactiveerd, zelfs niet als ze 18 minuten worden gekookt op 134 ° C in een afgesloten stoomautoclaaf.
Warmtebehandeling van voedsel
Warmtebehandeling wordt gebruikt bij het koken van verschillendevolkeren en culturen voor een groot aantal producten. Typisch heeft een dergelijke verwerking drie doelen: verzachten, verbeteren van de smaak of het uiterlijk en decontaminatie, vooral als het gaat om vleesproducten.
Naast koken, wat niet alleen kan plaatsvinden methet proces van koken, maar ook stomen, maar ook bij lage temperaturen; dezelfde soort verwerking omvat het koken in een vacuüm - sous vide, wanneer producten in vacuümverpakking worden gekookt. Daarnaast bestaat er een manier van koken in een autoclaaf, waarbij koken plaatsvindt onder overdruk bij een temperatuur van 110–130 °C.
Een ander type warmtebehandeling is frituren,de op een na meest voorkomende kookmethode. Het product hecht zich aan schalen waarvan het oppervlak is besmeurd met een dunne laag heet vet. Als we het hebben over meelproducten en een speciale categorie gerechten, dan wordt bakken in een kookplaat of oven gebruikt. En vlees- en visproducten worden vaak gerookt met warme en koude rook.
Om de temperatuur op peil te houden voor afgifte of tijdenstijdens transport wordt een speciaal type behandeling gebruikt - temperatuurregeling. En voor een effectieve bediening wordt kortstondige ontsteking van de afgewerkte schaal gebruikt, dit wordt flaming genoemd.
Verwarming
Bewoners zijn op de hoogte van deze methode van luchtverwarmingveel landen - het is bijna onmogelijk om het lange winterseizoen zonder verwarming te overleven. Op het grondgebied van Rusland is de gemiddelde luchttemperatuur in deze periode −19,7 ° C. Waterverwarming is de meest populaire en goedkoopste methode, maar tegenwoordig zijn er andere opties waarmee u het huis van een modern persoon kunt verwarmen. Bovendien omvat hun taak niet alleen het verwarmen van de kamer om warmteverlies te compenseren, maar ook om de temperatuur op peil te houden.
Afhankelijk van de overheersende methodeWarmteoverdracht ruimteverwarming kan convectie en stralend zijn. Convectieverwarming is een vorm van verwarming waarbij warmte wordt verdeeld door volumes warme en koude lucht te mengen. De nadelen van convectieverwarming zijn onder meer een groot temperatuurverschil in de ruimte (hoge luchttemperatuur bovenaan en laag onderaan) en de onmogelijkheid om de ruimte te ventileren zonder thermische energie te verliezen. De stralingsmethode impliceert de aanwezigheid van speciale apparaten die onder de vloer of boven het verwarmde gebied worden geïnstalleerd of rechtstreeks in de muren worden gemonteerd.
Afhankelijk van de warmtebron kan verwarming heel divers zijn: van kachel en stoom tot vloeibare brandstof en infrarood.
Verwarmingssystemen bestaan al honderden jaren.De eerste manier van verwarmen is een vuur. En het verwarmingsapparaat is hypocaust, de oude "warme vloer" die door de Romeinen werd gebruikt. Het oppervlak van de stenen vloer werd verwarmd met behulp van gas dat uit de ovens kwam en zich ophoopte in de holtes onder de vloer.
Kern van de aarde
De grootste "kachel" ter wereld bevindt zich inhet hart van onze planeet is in de kern van de aarde. Het centrale en diepste deel van de planeet bevindt zich onder de mantel en bestaat vermoedelijk uit een ijzer-nikkellegering met een mengsel van andere siderofiele elementen. De diepte is 2.900 km. De kern is verdeeld in een vaste binnenkern met een straal van circa 1.300 km en een vloeibare buitenkern van circa 2.200 km dik. De temperatuur op het oppervlak van de vaste kern van de aarde bereikt 6.230 ± 500 K (5.960 ± 500 ° C).
Uit de kern van de aarde, kolossaalstijgende warmtefluxen van magma - pluimen. Aan het oppervlak van de mantel verspreiden ze zich naar de zijkanten, waardoor ze continentale drift veroorzaken en na afkoeling zinken ze in de diepte. Maar de kern heeft zijn eigen warmtebronnen: verval van langlevende radioactieve elementen en wrijving tussen de kern en de buitenste lagen van de aarde, waarvan de rotatie geleidelijk wordt vertraagd door de getijden. En toch koelt de kern af en kristalliseert daar geleidelijk uit: de diameter van de binnenste vaste kern neemt met enkele centimeters per eeuw toe.
Verwarming in de chemie
Temperatuurstijging wordt gebruikt in chemicaliënindustrieën om massaoverdracht en chemische processen te versnellen, waarvan de temperatuurcondities afhangen van het koelmiddel en de verwarmingsmethode: waterdamp, hete vloeistoffen, puntgassen, elektrische stroom en straling.
De meest gebruikelijke methode in biologischsynthese is koken en verwarmen. Volgens de regel van Van't Hoff neemt de snelheid van chemische reacties bij verhitting tot 10°C twee tot vier keer toe. Chemische reacties in de organische chemie (in tegenstelling tot de anorganische chemie) verlopen tamelijk langzaam. Daarom versnelt verwarming het werk van scheikundigen aanzienlijk.
Maar organische verbindingen zijn vrij onstabiel en blijven onder sterke invloed hangen. Daarom worden de reacties in sommige gevallen niet onder verwarming maar onder koeling uitgevoerd.
Waterbaden worden alleen gebruikt in gevallen waarinwanneer verwarming vereist is tot een temperatuur van maximaal 100 ° С. Zandbaden worden gebruikt voor zachte blootstelling aan hoge temperaturen of voor zachte ontsteking. Zandbadtemperatuur 200-300 ° С. Het verwarmen tot hoge temperaturen wordt uitgevoerd in moffelovens. Het calcineren wordt uitgevoerd in smeltkroezen, die meestal bedekt zijn met deksels.
Er wordt ook gebruik gemaakt van elektrische verwarmingchemische industrie, vooral om geld te besparen. Directe verwarming van water en waterige oplossingen met elektrische wisselstroom bij een elektrische spanning lager dan de ontledingsspanning van vloeistoffen toont aan dat bij lage specifieke vermogens de gegenereerde thermische energie groter is dan de verbruikte elektrische energie die in de verwarmde vloeistof wordt geïntroduceerd.
Inductieverwarming
Inductieverwarming is verwarmingsmateriaalelektrische stromen die worden geïnduceerd door een wisselend magnetisch veld. Een dergelijke verwarming van producten gemaakt van geleidende materialen - geleiders - vindt plaats met behulp van het magnetische veld van inductoren. Het inductorsysteem van het werkstuk is een transformator zonder kern waarin de inductor de primaire wikkeling is. Het werkstuk is een kortgesloten secundaire wikkeling. En de magnetische flux tussen de windingen is gesloten in de lucht.
Bij hoge frequentie worden wervelstromen verplaatsthet door hen gevormde magnetische veld in de dunne oppervlaktelagen van het werkstuk (skin-effect), waardoor hun dichtheid sterk toeneemt en het werkstuk opwarmt. De inductor zelf wordt tijdens het gebruik erg heet, omdat deze zijn eigen straling absorbeert. Bovendien absorbeert het warmtestraling van een heet werkstuk. Inductoren zijn gemaakt van koperen buizen die door water worden gekoeld. Water wordt geleverd door middel van afzuiging - dit zorgt voor veiligheid in geval van doorbranden of andere drukverlaging van de inductor.
Deze methode wordt gebruikt in een grote verscheidenheid aan industriële gebieden: van ultrapuur contactloos smelten tot sieraden en desinfectie van medische instrumenten.
Diëlektrische verwarming (magnetron)
Voor het verwarmen van diëlektrische materialener wordt gebruik gemaakt van een wisselend elektrisch veld of elektromagnetische golf - we hebben het over populaire magnetrons of magnetrons. Hoogfrequente verwarming (met hoogfrequente stromen) wordt gecreëerd in condensatoren, en microgolven (microhoogfrequente straling) worden gecreëerd in golfgeleiders en holteresonatoren. Bij deze methode wordt de verwarming van lichamen veroorzaakt door verliezen als gevolg van de dipoolpolarisatie van diëlektrica.
Het nadeel van deze methode is de heterogeniteit. Bij de microgolfmethode vindt alleen oppervlakteverwarming plaats, die afhankelijk is van de thermische geleidbaarheid van het materiaal.
Bij gebruik van elektromagnetische microgolfgolvenverwarming wordt veroorzaakt door moleculaire dipoolrotatie in een diëlektricum - een typisch dipoolmolecuul is een watermolecuul. De methode wordt het meest gebruikt voor het ontdooien en opwarmen van voedsel. Omdat water in voedsel een grote hoeveelheid zouten bevat die uiteenvallen in ionen, die dienen als dragers van elektrische ladingen en ook reageren op een wisselend elektromagnetisch veld, wordt de verwarming van het voedsel veroorzaakt door zowel de heroriëntatie van polaire dipoolmoleculen als de verplaatsing van ionen.
Tabak verwarmen
Tabak verhitten, niet verbranden, is gewordeneen fundamentele differentiator voor alternatieve rookloze producten die worden ontwikkeld in het R&D-centrum van Philip Morris International (PMI). Het bedrijf heeft vertrouwd op disruptieve technologieën, wetenschap en innovatie. Het centrum heeft meer dan 430 wetenschappers en ingenieurs met verschillende specialismen in dienst, die al meer dan 10 jaar al hun ervaring en kennis toepassen om een toekomst zonder sigarettenrook te creëren. Het bedrijf voert een gefaseerde en uitgebreide wetenschappelijke beoordeling uit van zijn innovatieve rookloze producten, gebaseerd op de praktijken die worden toegepast in de farmaceutische industrie, volgens internationale kwaliteitsnormen, de principes van goede laboratoriumpraktijken (GLP) en goede klinische praktijken (GCP). IQOS heeft alle stadia van rigoureuze wetenschappelijke evaluatie doorstaan, waaronder 18 preklinische en 10 klinische onderzoeken, waarin werd bevestigd dat bij gebruik van IQOS 95% minder schadelijke stoffen worden uitgestoten in vergelijking met sigaretten.
Belangrijk:dit betekent niet een risicoreductie van 95%. Het gebruik van IQOS sluit gezondheidsrisico's niet uit.
* “95% minder verontreinigende stoffen” verwijst naar de gemiddelde vermindering van de verontreinigingsniveaus (exclusief nicotine) in de IQOS-aerosol vergeleken met de rook van de referentiesigaret die in het onderzoek werd gebruikt (3R4F).
IQOS maakt gebruik van HeatControl™-technologie,die als volgt is gerangschikt: een keramisch bladvormig element verwarmt de tabak van binnenuit tot een temperatuur van maximaal 350 ° C. Een dergelijk temperatuurregime sluit verbranding uit, wat betekent dat er geen rook en as ontstaat, er is geen risico op het verbranden van kleding, bekleding in de auto, meubels of het verbranden van iemand.
Het unieke van de technologie ligt in het feit dat:verhitting vindt plaats van binnenuit, niet van buitenaf, en het element komt in direct contact met de tabak, waarbij deze niet wordt ontstoken, maar zachtjes wordt verwarmd. Bovendien wordt dankzij innovatieve technologieën de verwarmingstemperatuur tijdens het gebruik van het IQOS-apparaat automatisch geregeld en op het vereiste niveau gehouden. Sporen van goud en platina, aangebracht op het verwarmingselement, vormen samen een thermokoppel dat temperatuurgegevens meet en doorstuurt naar een regeleenheid in de apparaathouder.
Zonder uitzondering in alle IQOS-modellen – vanafvan de klassieke 2.4 Plus tot de nieuwste en meest elegante IQOS 3 DUOS - met behulp van gepatenteerde technologie ontwikkeld in Zwitserland. Bij het maken van IQOS zijn wetenschappers en technologie-experts erin geslaagd het verbrandingsproces te elimineren en te vervangen door warmte. IQOS heeft dus een aantal voordelen vergeleken met het blijven roken van sigaretten. Tegenwoordig hebben meer dan 11 miljoen volwassen gebruikers over de hele wereld voor IQOS* gekozen.
* Gegevens op basis van interne financiëlePMI-rapportage, IQOS-onderzoeken onder volwassenen en marktanalyse vanaf [oktober 2020]. We hielden rekening met volwassen IQOS-gebruikers die volledig gestopt waren met het roken van sigaretten en voor wie de consumptie van PMI-tabaksticks ten minste 70% was van alle verhitte tabak gedurende de laatste 7 dagen op het moment van het onderzoek.
Plasmabehandeling
Als we thermofysische enelektrochemische processen op het oppervlak van de anode, geassocieerd met het plaatselijk koken van de vloeistof, dan zal een fenomeen dat elektrolyt-plasmabehandeling wordt genoemd, het gevolg zijn. Een andere naam is anodische elektrolytverwarming.
Voor het eerst het fenomeen van gloed en verwarming van elektrodenopgemerkt door verschillende wetenschappers in de 19e eeuw: Arthur Wehnelt, Alexander Walter en Georg Simon Ohm. Ze bewezen dat als gevolg van het thermische effect van stroom op een elektrode met een relatief klein oppervlak eromheen, lokaal koken van de oplossing optreedt met de vorming van een damplaag en het openen van het elektrische circuit. De inductantie die in het circuit aanwezig is, draagt bij aan het optreden van emf. en afbraak van de damp-gaslaag met lichtverschijnselen.
Deze verwarmingsmethode wordt tegenwoordig veel gebruikt.voor het op hoge snelheid uitharden van oppervlakken van onderdelen - bijvoorbeeld opkolen, nitreren, boren, nitrocarboneren en/of afschrikken in een werkende elektrolyt. En de elektrolytische plasmabehandeling van staal verhoogt de oppervlaktehardheid, slijtvastheid en corrosieweerstand.
Laserverwarming
Er wordt gebruik gemaakt van laserbewerking van materialenoveral, ook voor de productie van nanobuisjes uit grafeen. Afhankelijk van de intensiteit en duur van de blootstelling aan laserstraling is het mogelijk om het materiaal zonder zichtbare vernietiging te verwarmen, te smelten, te verdampen en zelfs de vernietigingsproducten weg te spoelen.
Berekeningen tonen aan dat de verwarmingssnelheid bijlaserbestraling van materialen is erg hoog - tot 10-10 ° C / s. In korte tijd hebben de oppervlaktelagen de tijd om op te warmen tot hoge temperaturen, te smelten en oververhit te raken. In het oververhitte metaal hebben onzuiverheden de tijd om op te lossen.
Laserverwarming is hetzelfde als gasontladingsverwarming,gebruikt om energie te concentreren op het oppervlak van grafiet. Deze energie wordt gebruikt voor het thermisch spuiten van grafiet. Met lasersputteren worden praktisch alleen meerlagige nanobuisjes verkregen - met het aantal lagen van 4 tot 24 en lengtes tot 300 nm. In dit geval wordt het grafietmonster - het doel waarop de laserstraling is gericht - in een oven geplaatst voor extra verwarming.
En een groep theoretische natuurkundigen van een van de Londensehogescholen hebben zelfs een nieuwe methode bedacht waarmee lasers bepaalde materialen kunnen verwarmen tot temperaturen van de zonnekern en hoger, zij het in slechts 20 biljard seconden.
De mens in zijn technologische prestatiesaltijd geïnspireerd door de natuur: van het gebruik van vuur om te koken en eindigend met moderne kernreactoren, die gebaseerd zijn op dezelfde processen als bij het genereren van warmte uit de kern van de aarde. Het vermogen om te verwarmen heeft de mensheid in staat gesteld de dominante soort op aarde te worden, haar leefgebied zelfs tot de meest extreme klimaatzones uit te breiden, chemische reacties te versnellen, supersterke materialen te creëren en, ten slotte, het leven comfortabeler en technologisch geavanceerder te maken.
Sluit geen risico's uit.
Aangesloten materiaal.
Zie ook:
Door plaatbeweging ligt de bodem van de Stille Oceaan nu diep onder China
Neuronen in het menselijk brein en het netwerk van sterrenstelsels zijn vergelijkbaar
De Doomsday-gletsjer bleek gevaarlijker te zijn dan wetenschappers dachten. We vertellen het belangrijkste