História antiga do aquecimento
Mesmo nos primeiros estágios da evolução, era mais fácil para o homem viver em regiões com
Um dos fatores que permitiu que a humanidade se tornassea visão predominante na Terra tornou-se o entendimento de que os corpos, líquidos e gases ao nosso redor podem ser aquecidos, e o calor nos permite tornar a vida mais confortável, gratificante e fácil. É claro que o homem primitivo não dominou imediatamente a técnica de usar o fogo (ainda mais não do ponto de vista da queima, mas precisamente do aquecimento). A primeira evidência do uso humano do fogo para cozinhar e aquecer foi encontrada na África Oriental: em Chesowanyi perto do Lago Baringo, Koobi Fora e Ologesalirie no Quênia.
Então, a evidência em Chesovagni apresentasão fragmentos de argila vermelha, cuja idade é de 1,42 milhão de anos. A julgar pela dureza, foram aquecidos a 400 ° C. No Quênia, foram encontradas evidências do uso do fogo Homo erectus, com aproximadamente 1,5 milhão de anos, com depósitos vermelhos que só podem se formar em temperaturas de 200-400 ° C.
O que é aquecimento?
O aquecimento é natural ou artificialo processo físico de aumento de temperatura. Isso pode ser devido à energia interna ou ao fornecimento de energia de fora. Para o último, um elemento de aquecimento é usado. Os projetos podem ser muito diferentes: de um incêndio a um reator nuclear.
Além das diferenças nas fontes de energia, o próprio processoo aquecimento pode ocorrer tanto externa quanto internamente. Exemplos recentes incluem: calor gerado no núcleo da Terra devido à energia transportada pelos fluxos de magma; soluções durante a eletrólise ou, aliás, modernos sistemas de aquecimento de tabaco. Com aquecimento externo, tudo é simples - é um clássico fogo, aquecimento, micro-ondas.
O aquecimento ocorre aumentando a velocidademovimento ou vibração de moléculas e átomos que constituem o corpo. Em diferentes órgãos, esse processo ocorre de maneiras diferentes. Se estamos falando de gases, então suas moléculas se movem aleatoriamente em altas velocidades (podem ser centenas de metros por segundo) ao longo do volume preenchido com gás. Durante o movimento, as moléculas colidem e se chocam, mudando a velocidade e a direção do movimento. No caso dos líquidos, as moléculas neles vibram em torno de posições de equilíbrio, pois estão muito próximas umas das outras e, relativamente raramente, podem saltar de uma posição para outra. Nos sólidos, as partículas vibram em uma posição de equilíbrio. O aquecimento em todos esses casos leva ao aumento da velocidade das partículas. Portanto, o movimento caótico das partículas é geralmente chamado de térmico em física. E o próprio aquecimento do corpo depende de sua capacidade de calor e condutividade térmica.
Capacidade de calor- a quantidade de calor absorvida ou liberada por um corpo durante o processo de aquecimento (resfriamento) em 1 K (Kelvin).
Condutividade térmica- a capacidade dos corpos de conduzirem calor de maispartes aquecidas do corpo a partes menos aquecidas pelo movimento caótico de partículas (átomos, moléculas, elétrons). Essa transferência de calor pode ocorrer em qualquer corpo com uma distribuição de temperatura não uniforme, mas o mecanismo de transferência de calor dependerá do estado de agregação da matéria.
O aquecimento é usado hoje em uma ampla variedade deáreas da vida humana: desde o uso doméstico na cozinha e aquecimento até experiências científicas e transporte. E a própria natureza utiliza esse processo: o gelo derrete, as mudanças climáticas, a temperatura da água no Oceano Mundial aumenta, a flora e a fauna mudam, produtos químicos e rochas são formados.
Ebulição
A fervura é o método de aquecimento mais comumágua usada exclusivamente por humanos. Não se trata apenas de cozinhar, o que requer água fervente. A fervura também permite destruir a maioria dos parasitas que vivem na água, descontaminar produtos e também limpar coisas, objetos de contaminação gordurosa.
O processo de fervura consiste em três etapas:no primeiro, aparecem bolhas de ar na água, que escorregam do fundo do recipiente; no segundo - as bolhas começam a subir rapidamente à superfície, ocorre turvação, lembrando água correndo de uma nascente. No terceiro estágio, a água começa a ferver, grandes bolhas atingem a superfície e a água pode espirrar.
O processo de fervura é acompanhado pela liberação de vapor.Além disso, durante a fervura, as partículas coloidais de sujeira assentam e a água amolece, uma vez que os sais precipitam, e a concentração de componentes voláteis e cloro livre diminui.
Mas com fervura prolongada, aumentaconcentração de substâncias não voláteis. O aquecimento de água em água fervente não pode destruir metais pesados, pesticidas, herbicidas, nitratos, fenóis e derivados de petróleo. Existem micróbios que podem sobreviver em água fervente por muito tempo - minutos ou mesmo horas. Os príons não são desativados mesmo quando fervidos por 18 minutos a 134 ° C em uma autoclave a vapor selada.
Tratamento térmico de alimentos
O tratamento térmico é usado no cozimento de váriospovos e culturas para um grande número de produtos. Normalmente, esse processamento tem três objetivos: amaciar, melhorar o sabor ou a aparência e a descontaminação, principalmente quando se trata de produtos cárneos.
Além de cozinhar, que pode acontecer não só como processo de fervura, mas também no vapor, bem como em baixas temperaturas; o mesmo tipo de processamento inclui o cozimento a vácuo - sous vide, quando os produtos são cozidos em embalagens a vácuo. Além disso, existe um método de cozimento em autoclave, onde o cozimento ocorre sob pressão excessiva a uma temperatura de 110–130°C.
Outro tipo de tratamento térmico é a fritura,o segundo método de cozimento mais comum. O produto adere a pratos cuja superfície é untada com uma fina camada de gordura quente. Se estamos a falar de produtos à base de farinha e de uma categoria especial de pratos, utiliza-se a cozedura na placa ou no forno. E os produtos de carne e peixe são freqüentemente fumados com fumaça quente e fria.
Para manter a temperatura antes de dispensar ou durantedurante o transporte, um tipo especial de tratamento é usado - termostato. E para uma porção eficaz, é usada a ignição de curto prazo do prato pronto, isso é chamado de flaming.
Aquecimento
Os residentes conhecem este método de aquecimento do ar.muitos países - é quase impossível sobreviver ao longo inverno sem aquecimento. No território da Rússia, a temperatura média do ar durante este período é de -19,7 ° C. O aquecimento de água é o método mais popular e barato, mas hoje existem outras opções que permitem aquecer a casa de uma pessoa moderna. Além disso, sua tarefa inclui não apenas aquecer o ambiente para compensar a perda de calor, mas também manter a temperatura.
Dependendo do método predominanteO aquecimento por transferência de calor pode ser convectivo e radiante. Aquecimento convectivo significa um tipo de aquecimento em que o calor é distribuído devido à mistura de volumes de ar quente e frio. As desvantagens do aquecimento convectivo incluem uma grande diferença de temperatura na sala (alta temperatura do ar na parte superior e baixa na parte inferior) e a impossibilidade de ventilar a sala sem perder energia térmica. O método radiante implica na presença de dispositivos especiais que são instalados sob o piso ou acima da área aquecida, ou montados diretamente nas paredes.
Dependendo da fonte de calor, o aquecimento pode ser muito diversificado: desde fogão e vapor até combustível líquido e infravermelho.
Os sistemas de aquecimento existem há centenas de anos.O primeiro meio de aquecimento é o fogo. E o dispositivo de aquecimento é o hipocausto, um antigo "piso quente" usado pelos romanos. A superfície do piso de pedra era aquecida com o auxílio do gás que saía das fornalhas e se acumulava nas cavidades sob o piso.
Centro da terra
O maior "aquecedor" do mundo está localizado emo próprio coração do nosso planeta está no centro da Terra. A parte central e mais profunda do planeta está localizada sob o manto e, presumivelmente, consiste em uma liga de ferro-níquel com uma mistura de outros elementos siderofílicos. A profundidade é de 2.900 km. O núcleo é dividido em um núcleo interno sólido com um raio de cerca de 1.300 km e um núcleo externo líquido com cerca de 2.200 km de espessura. A temperatura na superfície do núcleo sólido da Terra atinge 6.230 ± 500 K (5.960 ± 500 ° C).
Colossalfluxos ascendentes de calor de magma - plumas. Na superfície do manto, espalham-se para os lados, causando a deriva continental, e quando resfriadas afundam nas profundezas. Mas o núcleo tem suas próprias fontes de aquecimento: a decomposição de elementos radioativos de longa vida e o atrito entre o núcleo e as camadas externas da Terra, cuja rotação é gradualmente desacelerada pelas marés. E, no entanto, o núcleo esfria e gradualmente se cristaliza a partir disso: o diâmetro do núcleo sólido interno aumenta vários centímetros por século.
Aquecimento em química
O aumento da temperatura é usado em produtos químicosindústrias para acelerar a transferência de massa e os processos químicos, cujas condições de temperatura dependem do refrigerante e do método de aquecimento: vapor d'água, líquidos quentes, gases pontuais, corrente elétrica e radiação.
O método mais comum em orgânicosa síntese está fervendo e aquecendo. De acordo com a regra de Van't Hoff, quando aquecido a 10°C, a velocidade das reações químicas aumenta de 2 a 4 vezes. As reações químicas na química orgânica (em oposição à química inorgânica) ocorrem de forma bastante lenta. Portanto, o aquecimento acelera significativamente o trabalho dos químicos.
Mas os compostos orgânicos são bastante instáveis e, sob forte influência, permanecem. Portanto, em alguns casos, as reações são realizadas não com aquecimento, mas com resfriamento.
Os banhos de água são usados apenas nos casos em quequando o aquecimento é necessário a uma temperatura não superior a 100 ° С. Os banhos de areia são usados para exposição suave a altas temperaturas ou para calcinação suave. Temperatura do banho de areia 200-300 ° С. O aquecimento a altas temperaturas é realizado em fornos mufla. A calcinação é feita em cadinhos, geralmente cobertos por tampas.
O aquecimento elétrico também é usado emindústria química, principalmente para economizar dinheiro. O aquecimento direto de água e soluções aquosas com corrente elétrica alternada a uma tensão elétrica inferior à tensão de decomposição dos líquidos mostra que em baixas potências específicas a energia térmica gerada excede a energia elétrica gasta introduzida no líquido aquecido.
Aquecimento por indução
O aquecimento por indução é o aquecimento de materiaiscorrentes elétricas que são induzidas por um campo magnético alternado. Esse aquecimento de produtos feitos de materiais condutores - condutores - ocorre com o auxílio do campo magnético dos indutores. O sistema indutor da peça de trabalho é um transformador sem núcleo no qual o indutor é o enrolamento primário. A peça de trabalho é um enrolamento secundário em curto-circuito. E o fluxo magnético entre os enrolamentos está fechado no ar.
As correntes parasitas são deslocadas em alta frequênciao campo magnético formado por eles nas camadas superficiais finas da peça de trabalho (efeito de pele), como resultado, sua densidade aumenta drasticamente e a peça de trabalho se aquece. O próprio indutor fica muito quente durante a operação, pois absorve sua própria radiação. Além disso, ele absorve a radiação de calor de uma peça quente. Os indutores são feitos de tubos de cobre resfriados por água. A água é fornecida por sucção - o que garante segurança em caso de queima ou outra despressurização do indutor.
Esse método é usado em uma ampla variedade de áreas industriais: desde a fundição ultrapura sem contato até joias e desinfecção de instrumentos médicos.
Aquecimento dielétrico (microondas)
Para aquecimento de materiais dielétricosé usado um campo elétrico alternado ou onda eletromagnética - estamos falando de fornos de micro-ondas populares ou fornos de micro-ondas. O aquecimento de alta frequência (com correntes de alta frequência) é criado em capacitores, e o microondas (radiação de microalta frequência) é criado em guias de onda e ressonadores de cavidade. Com este método, o aquecimento dos corpos é causado por perdas devido à polarização dipolo dos dielétricos.
A desvantagem desse método é sua heterogeneidade. Com o método de microondas, ocorre apenas o aquecimento da superfície, que depende da condutividade térmica do material.
Ao usar ondas de micro-ondas eletromagnéticaso aquecimento é causado pela rotação do dipolo molecular em um dielétrico - uma molécula dipolo típica é uma molécula de água. O método é mais comumente usado para descongelar e aquecer alimentos. Uma vez que a água nos alimentos contém uma grande quantidade de sais que se dissociam em íons, que servem como transportadores de cargas elétricas e também reagem a um campo eletromagnético alternado, o aquecimento do alimento é causado tanto pela reorientação das moléculas de dipolo polar quanto pelo deslocamento de íons.
Tabaco de aquecimento
Aquecer o tabaco, não queimá-lo, tornou-seuma diferença fundamental entre os produtos alternativos sem fumaça que estão sendo desenvolvidos no centro de P&D da Philip Morris International (PMI). A empresa confiou em tecnologias disruptivas, ciência e inovação. O Centro emprega mais de 430 cientistas e engenheiros de diversas especialidades, que há mais de 10 anos aplicam toda sua experiência e conhecimento para criar um futuro sem fumaça de cigarro. A empresa realiza uma avaliação científica gradual e abrangente de seus produtos sem fumaça inovadores com base nas práticas aplicadas na indústria farmacêutica, seguindo os padrões internacionais de qualidade, os princípios de boas práticas de laboratório (BPL) e boas práticas clínicas (GCP). O IQOS passou por todas as etapas de avaliação científica rigorosa, incluindo 18 estudos pré-clínicos e 10 estudos clínicos, durante os quais foi confirmado que, ao usar o IQOS, são emitidas 95% menos substâncias nocivas em comparação com os cigarros. *
Importante:isso não significa uma redução de 95% no risco. O uso de IQOS não elimina os riscos para a saúde.
* “95% menos contaminantes” refere-se à redução média nos níveis de contaminantes (excluindo nicotina) no aerossol IQOS em comparação com o fumo do cigarro de referência utilizado no estudo (3R4F).
IQOS usa tecnologia HeatControl ™,que está disposto da seguinte maneira: um elemento em forma de lâmina de cerâmica aquece o tabaco a partir do interior a uma temperatura não superior a 350 ° C. Tal regime de temperatura exclui a combustão, o que significa que não se formam fumaça e cinzas, não há risco de queimar roupas, estofamento do carro, móveis ou queimar alguém.
A singularidade da tecnologia reside no fato de queo aquecimento ocorre de dentro para fora, não de fora, e o elemento entra em contato direto com o tabaco, não o acendendo, mas o aquecendo suavemente. Além disso, graças a tecnologias inovadoras, a temperatura de aquecimento durante a operação do dispositivo IQOS é controlada automaticamente e mantida no nível necessário. Pilhas de ouro e platina, aplicadas ao elemento de aquecimento, juntas formam um termopar que mede e transmite os dados de temperatura para uma unidade de controle localizada no suporte do dispositivo.
Em todos os modelos IQOS sem exceção – desdedo clássico 2.4 Plus ao mais novo e elegante IQOS 3 DUOS - utilizando tecnologia patenteada desenvolvida na Suíça. Ao criar o IQOS, cientistas e especialistas em tecnologia conseguiram eliminar o processo de combustão, substituindo-o por calor, pelo que o IQOS tem uma série de vantagens em comparação com continuar a fumar cigarros. Hoje, mais de 11 milhões de utilizadores adultos em todo o mundo escolheram o IQOS*.
* Dados baseados em finanças internasRelatórios PMI, pesquisas IQOS para adultos e análises de mercado em [outubro de 2020]. Levamos em consideração usuários adultos de IQOS que pararam completamente de fumar e para os quais o consumo de paus de tabaco PMI era pelo menos 70% de todo o tabaco aquecido durante os últimos 7 dias no momento da pesquisa.
Tratamento de plasma
Se combinarmos termofísica eprocessos eletroquímicos na superfície do ânodo, associados à ebulição local do líquido, resultará em um fenômeno denominado tratamento com eletrólito-plasma. Outro nome é aquecimento eletrolítico anódico.
Pela primeira vez, o fenômeno do brilho e aquecimento dos eletrodosnotado por vários cientistas no século 19 - Arthur Wehnelt, Alexander Walter e Georg Simon Ohm. Eles provaram que como resultado do efeito térmico da corrente sobre um eletrodo com uma área superficial relativamente pequena ao seu redor, ocorre a ebulição local da solução com a formação de uma camada de vapor e abertura do circuito elétrico. A indutância presente no circuito contribui para o aparecimento de fem. e quebra da camada de vapor-gás com fenômenos luminosos.
Este método de aquecimento é amplamente utilizado hoje.para endurecimento em alta velocidade de superfícies de peças - por exemplo, cementação, nitretação, boração, nitrocarbonetação e / ou têmpera em um eletrólito de trabalho. E o tratamento com plasma eletrolítico do aço aumenta sua dureza superficial, resistência ao desgaste e resistência à corrosão.
Aquecimento a laser
O processamento a laser de materiais é usadoem todos os lugares, inclusive para a produção de nanotubos de grafeno. Dependendo da intensidade e duração da exposição à radiação laser, é possível aquecer o material sem destruição visível, derretê-lo, evaporá-lo e até mesmo lavar os produtos da destruição.
Os cálculos mostram que a taxa de aquecimento ema irradiação de materiais com laser é muito alta - até 10–10 ° C / s. Em pouco tempo, as camadas superficiais têm tempo de se aquecer até altas temperaturas, derreter e superaquecer. No metal superaquecido, as impurezas têm tempo de se dissolver.
O aquecimento a laser é o mesmo que o aquecimento por descarga de gás,usado para concentrar energia na superfície do grafite. Essa energia é usada para pulverização térmica de grafite. Com a pulverização por laser, praticamente só se obtêm nanotubos multicamadas - com o número de camadas de 4 a 24 e até 300 nm de comprimento. Nesse caso, a amostra de grafite - o alvo no qual se concentra a radiação laser - é colocada em um forno para aquecimento adicional.
E um grupo de físicos teóricos de uma dasas faculdades até mesmo criaram um novo método que poderia permitir que os lasers aquecessem certos materiais até as temperaturas do núcleo solar e superiores, embora em apenas 20 quatrilhões de segundos.
Homem em suas conquistas tecnológicassempre inspirado na natureza: desde o uso do fogo para cozinhar até os modernos reatores nucleares, que se baseiam nos mesmos processos de geração de calor desde o centro da Terra. A capacidade de aquecimento permitiu à humanidade se tornar a espécie dominante no planeta, expandir seu habitat até mesmo nas zonas climáticas mais severas, acelerar reações químicas, criar materiais superduráveis e, por fim, tornar a vida mais confortável e tecnologicamente avançada.
Não exclui riscos.
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