Istoria antică a încălzirii
Chiar și în primele etape ale evoluției, omului îi era mai ușor să trăiască în regiuni cu
Unul dintre factorii care au permis umanității să devinăviziunea dominantă asupra Pământului a devenit înțelegerea faptului că corpurile, lichidele și gazele din jurul nostru pot fi încălzite, iar căldura ne permite să facem viața mai confortabilă, mai plină și mai ușoară. Desigur, omul primitiv nu a stăpânit imediat tehnica utilizării focului (cu atât mai mult nu din punctul de vedere al arderii, ci tocmai al încălzirii). Primele dovezi ale utilizării de către om a focului pentru gătit și încălzire au fost găsite în Africa de Est: în Chesowanyi lângă Lacul Baringo, Koobi Fora și Ologesalirie din Kenya.
Deci, dovezile din Chesovagni prezintăsunt fragmente de lut roșu, care are o vechime de 1,42 milioane de ani. Judecând după duritatea lor, au fost încălzite la 400 ° C. În Kenya, s-au găsit dovezi privind utilizarea focului Homo erectus, vechi de aproximativ 1,5 milioane de ani, cu depozite roșii care se pot forma doar la temperaturi de 200-400 ° C.
Ce este încălzirea?
Încălzirea este naturală sau artificialăprocesul fizic al creșterii temperaturii. Acest lucru se poate datora energiei interne sau furnizării de energie din exterior. Pentru acesta din urmă, se folosește un element de încălzire. Proiectele pot fi foarte diferite: de la un incendiu la un reactor nuclear.
În afară de diferențele de surse de energie, procesul în sineîncălzirea poate avea loc atât extern, cât și intern. Exemplele recente includ: căldura generată în miezul Pământului datorită energiei transportate de fluxurile de magmă; soluții în timpul electrolizei sau, apropo, sisteme moderne de încălzire a tutunului. Cu încălzirea din exterior, totul este simplu - este un foc clasic, încălzire, cuptor cu microunde.
Încălzirea are loc prin creșterea vitezeimișcarea sau vibrația moleculelor și atomilor care alcătuiesc corpul. Acest proces are loc în diferite moduri în diferite corpuri. Dacă vorbim despre gaze, atunci moleculele lor se mișcă aleatoriu la viteze mari (pot fi sute de metri pe secundă) pe întregul volum umplut cu gaz. În timpul mișcării lor, moleculele se ciocnesc și ricoșează reciproc, schimbând viteza și direcția mișcării. În cazul lichidelor, moleculele din ele vibrează în jurul pozițiilor de echilibru, deoarece sunt foarte apropiate una de cealaltă și relativ rar pot sări dintr-o poziție în alta. În solide, particulele vibrează în jurul unei poziții de echilibru. Încălzirea în toate aceste cazuri duce la faptul că viteza particulelor crește. Prin urmare, mișcarea haotică a particulelor se numește de obicei termică în fizică. Și chiar încălzirea corpului depinde de capacitatea sa termică și conductivitatea termică.
Capacitate termică- cantitatea de căldură absorbită sau eliberată de un corp în timpul procesului de încălzire (răcire) cu 1 K (Kelvin).
Conductivitate termică- capacitatea corpurilor de a conduce căldura din mai multpărți încălzite ale corpului la părți mai puțin încălzite prin mișcarea haotică a particulelor (atomi, molecule, electroni). Un astfel de transfer de căldură poate avea loc în orice corpuri cu o distribuție de temperatură neuniformă, dar mecanismul de transfer de căldură va depinde de starea de agregare a materiei.
Încălzirea este folosită astăzi într-o mare varietate dedomenii ale vieții umane: de la uz casnic în gătit și încălzire până la experimente științifice și transport. Și natura însăși folosește acest proces: se topește gheața, schimbările climatice, temperatura apei în Oceanul Mondial crește, flora și fauna se schimbă, se formează substanțe chimice și roci.
Fierbere
Fierberea este cea mai comună metodă de încălzireapa folosita exclusiv de oameni. Nu este vorba doar de gătit, care necesită apă clocotită. Fierberea vă permite, de asemenea, să distrugeți majoritatea paraziților care trăiesc în apă, să decontaminați alimentele și, de asemenea, să curățați lucrurile, obiectele de contaminarea grasă.
Procesul de fierbere constă din trei etape:pe primul apar bule de aer în apă, care alunecă din fundul recipientului, pe al doilea - bulele încep să crească rapid la suprafață, apare turbiditatea, asemănătoare cu apa care curge dintr-un izvor. În a treia etapă, apa începe să fiarbă, bule mari ajung la suprafață și apa poate pulveriza.
Procesul de fierbere este însoțit de eliberarea de abur.În plus, în timpul fierberii, particulele coloidale de murdărie se depun și apa se înmoaie, deoarece sărurile precipită, iar concentrația componentelor volatile și a clorului liber scade.
Dar, cu fierbere prelungită, creșteconcentrația substanțelor nevolatile. Apa încălzită până la apa clocotită nu poate distruge metalele grele, pesticidele, erbicidele, nitrații, fenolii și produsele petroliere. Există microbi care pot supraviețui în apă clocotită destul de mult timp - minute sau chiar ore. Prionii nu sunt dezactivați nici măcar la fiert timp de 18 minute la 134 ° C într-o autoclavă sigilată cu abur.
Tratamentul termic al alimentelor
Tratamentul termic este utilizat la gătirea diferitelorpopoare și culturi pentru un număr mare de produse. De obicei, o astfel de prelucrare are trei scopuri: înmuierea, îmbunătățirea gustului sau a aspectului și decontaminarea, mai ales când vine vorba de produse din carne.
Pe lângă gătit, care poate avea loc nu numai cuprocesul de fierbere, dar și abur, precum și la o temperatură scăzută; același tip de prelucrare include gătirea în vid - sous vide, atunci când produsele sunt gătite în ambalaje în vid. În plus, există o metodă de gătit într-o autoclavă, în care gătirea are loc sub presiune excesivă la o temperatură de 110-130°C.
Un alt tip de tratament termic este prăjirea,a doua cea mai frecventă metodă de gătit. Produsul aderă la vasele a căror suprafață este untă cu un strat subțire de grăsime fierbinte. Dacă vorbim despre produse din făină și o categorie specială de feluri de mâncare, atunci se folosește coacerea în plită sau cuptor. Iar produsele din carne și pește sunt adesea afumate folosind fum cald și rece.
Pentru a menține temperatura înainte de distribuire sau în timpulîn timpul transportului, se utilizează un tip special de tratament - controlul temperaturii. Și pentru o porție eficientă, se folosește aprinderea pe termen scurt a vasului finit, aceasta se numește flaming.
Incalzi
Locuitorii știu despre această metodă de încălzire a aeruluimulte țări - este aproape imposibil să supraviețuiești lungului sezon de iarnă fără încălzire. Pe teritoriul Rusiei, temperatura medie a aerului în această perioadă este de -19,7 ° C. Încălzirea apei este cea mai populară și mai ieftină metodă, dar astăzi există alte opțiuni care vă permit să încălziți locuința unei persoane moderne. Mai mult, sarcina lor include nu numai încălzirea camerei pentru a compensa pierderile de căldură, ci și menținerea temperaturii.
În funcție de metoda predominantăÎncălzirea spațiului cu transfer de căldură poate fi convectivă și radiantă. Prin încălzire convectivă se înțelege un tip de încălzire în care căldura este distribuită prin amestecarea volumelor de aer cald și rece. Dezavantajele încălzirii prin convectie includ o diferență mare de temperatură în cameră (temperatură ridicată a aerului în partea de sus și scăzută în partea de jos) și incapacitatea de a ventila camera fără a pierde energia termică. Metoda radiantă implică prezența unor dispozitive speciale care sunt instalate sub podea sau deasupra zonei încălzite sau montate direct în pereți.
În funcție de sursa de căldură, încălzirea poate fi foarte diversă: de la aragaz și abur la combustibil lichid și infraroșu.
Sistemele de încălzire există de multe sute de ani.Primul mijloc de încălzire este un incendiu. Iar dispozitivul de încălzire este hipocaustul, o „podea caldă” veche folosită de romani. Suprafața podelei de piatră a fost încălzită cu ajutorul gazului care a ieșit din cuptoare și s-a acumulat în cavitățile de sub podea.
Miezul pământului
Cel mai mare „încălzitor” din lume se află închiar inima planetei noastre se află în miezul Pământului. Partea centrală și cea mai adâncă a planetei se află sub manta și, probabil, constă dintr-un aliaj de fier-nichel cu un amestec de alte elemente siderofile. Adâncimea este de 2.900 km. Miezul este împărțit într-un miez interior solid cu o rază de aproximativ 1.300 km și un miez exterior lichid de aproximativ 2.200 km grosime. Temperatura de pe suprafața miezului solid al Pământului atinge 6.230 ± 500 K (5.960 ± 500 ° C).
Din miezul pământului, colosalfluxuri de căldură ascendente ale magmelor - panouri. La suprafața mantalei, acestea s-au răspândit în lateral, provocând deriva continentală și, după răcire, se scufundă în adâncuri. Dar miezul are propriile sale surse de încălzire: decăderea elementelor radioactive de lungă durată și fricțiunea dintre miez și straturile exterioare ale Pământului, a căror rotație este încetinită treptat de maree. Cu toate acestea, miezul se răcește și cristalizează treptat din aceasta: diametrul miezului solid interior crește cu câțiva centimetri pe secol.
Încălzirea în chimie
Creșterea temperaturii este utilizată în produsele chimiceindustrii pentru a accelera transferul de masă și procesele chimice, ale căror condiții de temperatură depind de lichidul de răcire și de metoda de încălzire: vapori de apă, lichide fierbinți, gaze punctuale, curent electric și radiații.
Cea mai comună metodă în organicsinteza este fierbere și încălzire. Conform regulii lui Van't Hoff, atunci când este încălzită cu 10°C, viteza reacțiilor chimice crește de 2-4 ori. Reacțiile chimice din chimia organică (spre deosebire de chimia anorganică) au loc destul de lent. Prin urmare, încălzirea accelerează semnificativ munca chimiștilor.
Dar compușii organici sunt destul de instabili și, sub o puternică influență, rămân. Prin urmare, în unele cazuri, reacțiile se efectuează nu prin încălzire, ci prin răcire.
Băile cu apă sunt utilizate numai în cazurile în carecând încălzirea este necesară la o temperatură care nu depășește 100 ° С. Băile cu nisip sunt utilizate pentru expunerea ușoară la temperaturi ridicate sau pentru aprinderea ușoară. Temperatura băii de nisip este de 200–300 ° С. Încălzirea la temperaturi ridicate se efectuează în cuptoare cu mufla. Calcinarea se efectuează în creuzete, care sunt de obicei acoperite cu capace.
Încălzirea electrică este folosită și înindustria chimică, în primul rând pentru a economisi bani. Încălzirea directă a apei și a soluțiilor apoase cu curent electric alternativ la o tensiune electrică mai mică decât tensiunea de descompunere a lichidelor arată că la puteri specifice scăzute energia termică generată depășește energia electrică consumată introdusă în lichidul încălzit.
Încălzire prin inducție
Încălzirea prin inducție este încălzirea materialelorcurenți electrici care sunt induși de un câmp magnetic alternativ. O astfel de încălzire a produselor realizate din materiale conductoare - conductoare - are loc utilizând câmpul magnetic al inductoarelor. Sistemul inductorului piesei de prelucrat este un transformator fără miez în care inductorul este înfășurarea primară. Piesa de prelucrat este o înfășurare secundară scurtcircuitată. Iar fluxul magnetic dintre înfășurări este închis în aer.
La frecvență înaltă, curenții turbionari sunt deplasațicâmpul magnetic format de acestea în straturile de suprafață subțiri ale piesei de prelucrat (efect de piele), în urma cărora densitatea lor crește brusc, iar piesa de prelucrat se încălzește. Inductorul în sine devine foarte fierbinte în timpul funcționării, deoarece își absoarbe propria radiație. În plus, absoarbe radiația de căldură dintr-o piesă fierbinte. Inductoarele sunt fabricate din tuburi de cupru răcite de apă. Apa este alimentată prin aspirație - aceasta asigură siguranța în caz de arsură sau de altă depresurizare a inductorului.
Această metodă este utilizată într-o mare varietate de zone industriale: de la topirea ultra-pură fără contact la dezinfectarea bijuteriilor și a instrumentelor medicale.
Încălzire dielectrică (cuptor cu microunde)
Pentru încălzirea materialelor dielectricese folosește un câmp electric alternativ sau undă electromagnetică - vorbim despre cuptoarele cu microunde populare, sau cuptoarele cu microunde. Încălzirea de înaltă frecvență (cu curenți de înaltă frecvență) este creată în condensatoare, iar microunde (radiația de microînaltă frecvență) este creată în ghiduri de undă și rezonatoare cu cavitate. Cu această metodă, încălzirea corpurilor este cauzată de pierderi datorate polarizării dipolului dielectricilor.
Dezavantajul acestei metode este eterogenitatea sa. Cu metoda cu microunde, are loc doar încălzirea suprafeței, care depinde de conductivitatea termică a materialului.
La utilizarea undelor electromagnetice de microundeîncălzirea este cauzată de rotația dipolului molecular într-un dielectric - o moleculă tipică de dipol este o moleculă de apă. Metoda este cea mai frecvent utilizată pentru dezghețarea și încălzirea alimentelor. Deoarece apa din alimente conține o cantitate mare de săruri care se disociază în ioni, care servesc ca purtători de sarcini electrice și, de asemenea, reacționează la un câmp electromagnetic alternativ, încălzirea alimentelor este cauzată atât de reorientarea moleculelor dipolului polar, cât și de deplasarea ionilor.
Încălzirea tutunului
Încălzirea tutunului, nu arderea acestuia, a devenito diferență fundamentală între produsele alternative fără fum fiind dezvoltată la centrul de cercetare și dezvoltare Philip Morris International (PMI). Compania s-a bazat pe tehnologii perturbatoare, știință și inovație. Centrul are peste 430 de oameni de știință și ingineri de diferite specialități care își aplică toată experiența și cunoștințele de mai bine de 10 ani pentru a crea un viitor fără fum de țigară. Compania efectuează o evaluare științifică etapizată și cuprinzătoare a produselor sale inovatoare fără fum, pe baza practicilor aplicate în industria farmaceutică, respectând standardele internaționale de calitate, principiile bunei practici de laborator (BPL) și bune practici clinice (GCP). IQOS a trecut toate etapele unei evaluări științifice riguroase, inclusiv 18 studii preclinice și 10 studii clinice, în timpul cărora s-a confirmat că atunci când se utilizează IQOS, se emit 95% mai puține substanțe nocive comparativ cu țigările. *
Important:acest lucru nu înseamnă o reducere a riscului cu 95%. Utilizarea IQOS nu elimină riscurile pentru sănătate.
* „Cu 95% mai puțini contaminanți” se referă la reducerea medie a nivelurilor de contaminanți (cu excepția nicotinei) în aerosolul IQOS în comparație cu fumul din țigara de referință utilizată în studiu (3R4F).
IQOS folosește tehnologia HeatControl ™,care este structurat după cum urmează: un element în formă de lamă ceramică încălzește tutunul din interior la o temperatură care nu depășește 350 ° C. Un astfel de regim de temperatură exclude arderea, ceea ce înseamnă că nu se formează fum și cenușă, nu există riscul de a arde haine, tapițerie în mașină, mobilier sau de a arde pe cineva.
Unicitatea tehnologiei constă în faptul căîncălzirea are loc din interior, nu din exterior, iar elementul intră în contact direct cu tutunul, nu îl aprinde, ci îl încălzește ușor. În plus, datorită tehnologiilor inovatoare, temperatura de încălzire în timpul funcționării dispozitivului IQOS este controlată și menținută automat la nivelul necesar. Urmele de aur și platină, aplicate elementului de încălzire, formează împreună un termocuplu care măsoară și transmite datele de temperatură către o unitate de control amplasată în suportul dispozitivului.
În toate modelele IQOS fără excepție – de laclasicul 2.4 Plus la cel mai nou și elegant IQOS 3 DUOS - folosind tehnologia patentată dezvoltată în Elveția. La crearea IQOS, oamenii de știință și experții în tehnologie au reușit să elimine procesul de ardere, înlocuindu-l cu căldură, așa că IQOS are o serie de avantaje în comparație cu a continua să fumeze țigări. Astăzi, peste 11 milioane de utilizatori adulți din întreaga lume au ales IQOS*.
* Date bazate pe date financiare interneRaportarea PMI, sondajele IQOS pentru adulți și analiza pieței începând cu [octombrie 2020]. Am luat în calcul utilizatorii IQOS adulți care au încetat complet să fumeze țigări și pentru care consumul de bastoane de tutun PMI a fost de cel puțin 70% din totalul tutunului încălzit în ultimele 7 zile, în momentul sondajului.
Tratamentul cu plasmă
Dacă combinăm termofizic șiprocese electrochimice de pe suprafața anodului, asociate cu fierberea locală a lichidului, va rezulta atunci un fenomen numit tratament electrolit-plasmatic. Un alt nume este încălzirea electrodului anodic.
Pentru prima dată, fenomenul de strălucire și încălzire a electrozilorobservat de mai mulți oameni de știință în secolul al XIX-lea - Arthur Wehnelt, Alexander Walter și Georg Simon Ohm. Ei au demonstrat că, ca urmare a efectului termic al curentului asupra unui electrod cu o suprafață relativ mică în jurul acestuia, se produce fierberea locală a soluției cu formarea unui strat de vapori și deschiderea circuitului electric. Inductanța prezentă în circuit contribuie la apariția emf. și defalcarea stratului de vapori-gaz cu fenomene luminoase.
Această metodă de încălzire este utilizată pe scară largă astăzi.pentru întărirea rapidă a suprafețelor pieselor - de exemplu, carburare, nitrurare, boridare, nitrocarburare și / sau stingere într-un electrolit de lucru. Iar tratamentul electrolitic cu plasmă al oțelului îi mărește duritatea suprafeței, rezistența la uzură și rezistența la coroziune.
Încălzirea cu laser
Se utilizează prelucrarea cu laser a materialelorpeste tot, inclusiv pentru producerea de nanotuburi din grafen. În funcție de intensitatea și durata expunerii la radiația laser, este posibil să încălziți materialul fără distrugere vizibilă, să-l topiți, să-l evaporați și chiar să spălați produsele de distrugere.
Calculele arată că rata de încălzire lairadierea cu laser a materialelor este foarte mare - până la 10-10 ° C / s. În scurt timp, straturile de suprafață au timp să se încălzească la temperaturi ridicate, să se topească și să se supraîncălzească. În metalul supraîncălzit, impuritățile au timp să se dizolve.
Încălzirea cu laser este aceeași cu încălzirea cu descărcare de gaz,folosit pentru a concentra energia pe suprafața grafitului. Această energie este utilizată pentru pulverizarea termică a grafitului. La pulverizarea cu laser, practic se obțin doar nanotuburi multistrat - cu numărul de straturi de la 4 la 24 și lungimi de până la 300 nm. În acest caz, proba de grafit - ținta pe care este focalizată radiația laser - este plasată într-un cuptor pentru încălzire suplimentară.
Și un grup de fizicieni teoretici dintr-unul din Londracolegiile au venit chiar cu o nouă metodă care ar putea permite laserelor să încălzească anumite materiale la temperaturi ale miezului solar și peste, deși în doar 20 de miliarde de secunde.
Omul în realizările sale tehnologiceinspirat întotdeauna de natură: de la utilizarea focului pentru gătit și terminarea cu reactoare nucleare moderne, care se bazează pe aceleași procese ca și în generarea căldurii din miezul Pământului. Capacitatea de a încălzi a permis umanității să devină specia dominantă pe planetă, să-și extindă habitatul chiar și în cele mai severe zone climatice, să accelereze reacțiile chimice, să creeze materiale super-durabile și, în cele din urmă, să facă viața mai confortabilă și avansată tehnologic.
Nu exclude riscurile.
Material afiliat.
Vezi și:
Datorită mișcării plăcilor, podeaua Oceanului Pacific este acum adâncă sub China
Neuronii din creierul uman și rețeaua de galaxii sunt similare
Ghețarul Doomsday s-a dovedit a fi mai periculos decât credeau oamenii de știință. Spunem principalul lucru