Forntida uppvärmningshistoria
Även i evolutionens tidiga skeden var det lättare för människan att leva i regioner med
En av de faktorer som gjorde att mänskligheten blevden rådande synen på jorden har blivit en förståelse för att kroppar, vätskor och gas runt omkring oss kan värmas upp och värme gör det möjligt för oss att göra livet mer bekvämt, tillfredsställande och lättare. Naturligtvis behärskade den primitiva människan inte omedelbart tekniken med att använda eld (desto mer inte ur synvinkeln av bränning, utan exakt uppvärmning). Det första beviset på mänsklig användning av eld för matlagning och uppvärmning hittades i Östafrika: i Chesovani nära Baringo-sjön, Koobi Fora och Ologesalirie i Kenya.
Så, bevisen i Chesovagni presenterarär fragment av röd lera, vars ålder är 1,42 miljoner år. Att döma av deras hårdhet värmdes upp till 400 ° C. I Kenya har bevis hittats för användning av Homo erectus eld, cirka 1,5 miljoner år gammal, med röda avlagringar som bara kan bildas vid temperaturer på 200-400 ° C.
Vad är värme?
Uppvärmning är naturlig eller konstgjordden fysiska processen för temperaturökning. Detta kan bero på intern energi eller tillförsel av energi utifrån. För det senare används ett värmeelement. Design kan vara mycket olika: från en brand till en kärnreaktor.
Förutom skillnader i energikällor, själva processenuppvärmning kan ske både externt och internt. Nya exempel inkluderar: värme som genereras i jordens kärna på grund av energin som bärs av magmaflöden; lösningar under elektrolys eller, förresten, moderna tobaksvärmesystem. Med uppvärmning från utsidan är allt enkelt - det är en klassisk eld, uppvärmning, mikrovågsugn.
Uppvärmning sker genom att öka hastighetenrörelsen eller vibrationen av molekyler och atomer som utgör kroppen. Denna process sker på olika sätt i olika kroppar. Om vi talar om gaser rör sig deras molekyler slumpmässigt i höga hastigheter (det kan vara hundratals meter per sekund) genom hela volymen fylld med gas. Under sin rörelse kolliderar molekylerna och studsar av varandra och förändrar rörelsens hastighet och riktning. När det gäller vätskor vibrerar molekylerna i dem om jämviktspositioner, eftersom de ligger mycket nära varandra och relativt sällan kan hoppa från en position till en annan. I fasta ämnen vibrerar partiklar om en jämviktsposition. Uppvärmning i alla ovanstående fall leder till att partiklarnas hastighet ökar. Därför kallas partiklarnas kaotiska rörelse vanligtvis termisk i fysik. Och kroppens uppvärmning beror på dess värmekapacitet och värmeledningsförmåga.
Värmekapacitet- mängden värme som absorberas eller frigörs av en kropp under processen för uppvärmning (kylning) med 1 K (Kelvin).
Värmeledningsförmåga- kropparnas förmåga att leda värme från meruppvärmda delar av kroppen till mindre uppvärmda delar genom kaotisk rörelse av partiklar (atomer, molekyler, elektroner). Sådan värmeöverföring kan förekomma i alla kroppar med en ojämn temperaturfördelning, men mekanismen för värmeöverföring beror på tillståndet för materialaggregering.
Uppvärmning används idag i en mängd olikaområden av mänskligt liv: från hushållsbruk i matlagning och uppvärmning till vetenskapliga experiment och transporter. Och naturen själv använder denna process: is smälter, klimatförändringar, vattentemperaturerna i världshavet stiger, flora och fauna förändras, kemikalier och stenar bildas.
Kokande
Kokning är den vanligaste uppvärmningsmetodenvatten som uteslutande används av människor. Det handlar inte bara om matlagning, vilket kräver kokande vatten. Kokning gör det också möjligt för dig att förstöra de flesta av parasiterna som lever i vattnet, att dekontaminera produkter och även att rengöra saker, föremål från fettföroreningar.
Kokprocessen består av tre steg:på den första dyker luftbubblor upp i vattnet, som glider från behållarens botten, på den andra - bubblorna börjar stiga snabbt till ytan, grumlighet uppstår, liknar vatten som rinner från en källa. I det tredje steget börjar vattnet koka, stora bubblor når ytan och vatten kan spraya.
Kokprocessen åtföljs av utsläpp av ånga.Dessutom kolliderar kolloidala smutspartiklar under kokning och vattnet mjuknar, eftersom salter fälls ut och koncentrationen av flyktiga komponenter och fritt klor minskar.
Men med långvarig kokning ökar denkoncentration av icke-flyktiga ämnen. Uppvärmning av vatten till kokande vatten kan inte förstöra tungmetaller, bekämpningsmedel, herbicider, nitrater, fenoler och oljeprodukter. Det finns mikrober som kan överleva i kokande vatten under ganska lång tid - minuter eller till och med timmar. Prioner inaktiveras inte ens när de kokas i 18 minuter vid 134 ° C i en förseglad ångautoklav.
Värmebehandling av mat
Värmebehandling används vid tillagning av olikafolk och kulturer för ett stort antal produkter. Vanligtvis har sådan bearbetning tre mål: mjukgörande, förbättring av smak eller utseende och sanering, särskilt när det gäller köttprodukter.
Förutom matlagning, som kan ske inte bara medprocessen att koka, men också ångad, såväl som vid låga temperaturer; samma typ av bearbetning inkluderar tillagning i vakuum - sous vide, när produkter tillagas i vakuumförpackning. Dessutom finns en metod för tillagning i autoklav, där tillagning sker under övertryck vid en temperatur på 110–130°C.
En annan typ av värmebehandling är stekning,den näst vanligaste tillagningsmetoden. Produkten fäster på rätter vars yta är utsmetad med ett tunt lager hett fett. Om vi talar om mjölprodukter och en speciell kategori rätter, används bakning i en spis eller ugn. Och kött och fiskprodukter röks ofta med varm och kall rök.
För att bibehålla temperaturen före dosering eller underunder transport används en speciell typ av behandling - temperaturkontroll. Och för en effektiv servering används kortvarig antändning av den färdiga skålen, detta kallas flammande.
Uppvärmning
Invånarna känner till denna metod för uppvärmning av luften.många länder - det är nästan omöjligt att överleva den långa vintersäsongen utan uppvärmning. På Rysslands territorium är den genomsnittliga lufttemperaturen under denna period -19,7 ° C. Vattenuppvärmning är den mest populära och billigaste metoden, men idag finns det andra alternativ som gör att du kan värma en modern persons hem. Dessutom inkluderar deras uppgift inte bara att värma upp rummet för att kompensera för värmeförlust, utan också att hålla temperaturen.
Beroende på den dominerande metodenVärmeöverföringsutrymme kan vara konvektiv och strålande. Konvektiv uppvärmning: en typ av uppvärmning i vilken värme fördelas på grund av blandning av volymer varm och kall luft. Nackdelarna med konvektiv uppvärmning inkluderar en stor temperaturskillnad i rummet (hög lufttemperatur högst upp och låg längst ner) och omöjligheten att ventilera rummet utan att förlora termisk energi. Strålningsmetoden innebär att det finns speciella enheter som installeras under golvet eller ovanför det uppvärmda området eller monteras direkt i väggarna.
Beroende på värmekällan kan uppvärmningen vara mycket varierande: från spis och ånga till flytande bränsle och infraröd.
Värmesystem har funnits i många hundra år.Det första sättet att värma är en eld. Och värmeenheten är hypocaust, ett gammalt "varmt golv" som används av romarna. Stengolvets yta värmdes upp med hjälp av gas som kom ut från ugnarna och ackumulerades i håligheterna under golvet.
Jordens kärna
Världens största "värmare" ligger ihjärtat av vår planet ligger i jordens kärna. Den centrala och djupaste delen av planeten ligger under manteln och består förmodligen av en järn-nickellegering med en blandning av andra siderofila element. Djupet är 2900 km. Kärnan är uppdelad i en solid inre kärna med en radie på cirka 1300 km och en flytande yttre kärna cirka 2200 km tjock. Temperaturen på ytan av jordens fasta kärna når 6.230 ± 500 K (5.960 ± 500 ° C).
Från jordens kärna, kolossalstigande värmeströmmar av magmaplymer. Vid ytan på manteln sprider de sig till sidorna och orsakar kontinentaldrift, och när de svalnar sjunker de ner i djupet. Men kärnan har sina egna värmekällor: förfallet av långlivade radioaktiva element och friktion mellan kärnan och jordens yttre lager, vars rotation gradvis saktar ner av tidvattnet. Och ändå svalnar kärnan och kristalliserar sig gradvis från detta: diametern på den inre fasta kärnan ökar med flera centimeter per sekel.
Uppvärmning inom kemi
Temperaturökning används i kemikalierindustrier för att påskynda massaöverföring och kemiska processer, vars temperaturförhållanden beror på kylvätskan och uppvärmningsmetoden: vattenånga, heta vätskor, punktgaser, elektrisk ström och strålning.
Den vanligaste metoden inom ekologisktsyntesen är kokning och upphettning. Enligt Van't Hoffs regel, när den värms upp med 10°C, ökar hastigheten för kemiska reaktioner med 2–4 gånger. Kemiska reaktioner inom organisk kemi (till skillnad från oorganisk kemi) går ganska långsamt. Därför påskyndar uppvärmning avsevärt kemisters arbete.
Men organiska föreningar är ganska instabila och under starkt inflytande dröjer de. Därför utförs reaktionerna i vissa fall inte med uppvärmning utan med kylning.
Vattenbad används endast i de fall därnär uppvärmning krävs till en temperatur som inte överstiger 100 ° С. Sandbad används för mild exponering för höga temperaturer eller för mild kalcinering. Sandbadstemperatur 200-300 ° С. Uppvärmning till höga temperaturer utförs i muffelugnar. Kalcineringen utförs i deglar, som vanligtvis är täckta med lock.
Elvärme används också ikemisk industri, främst för att spara pengar. Direkt uppvärmning av vatten och vattenlösningar med växelström vid en elektrisk spänning som är lägre än sönderdelningsspänningen för vätskor visar att vid låga specifika effekter överstiger den genererade termiska energin den förbrukade elektriska energin som införs i den uppvärmda vätskan.
Induktionsvärme
Induktionsuppvärmning är uppvärmning av materialelektriska strömmar som induceras av ett alternerande magnetfält. Sådan uppvärmning av produkter gjorda av ledande material - ledare - sker med hjälp av induktans magnetfält. Arbetsstyckets induktorsystem är en kärnlös transformator där induktorn är den primära lindningen. Arbetsstycket är en kortsluten sekundärlindning. Och det magnetiska flödet mellan lindningarna är stängt i luften.
Virvelströmmar förskjuts med hög frekvensmagnetfältet som bildas av dem i de tunna ytskikten på arbetsstycket (hudeffekt), vilket resulterar i att deras densitet ökar kraftigt och arbetsstycket värms upp. Induktorn själv blir mycket varm under drift, eftersom den absorberar sin egen strålning. Dessutom absorberar den värmestrålning från ett hett arbetsstycke. Induktorer är tillverkade av kopparrör som kyls av vatten. Vatten tillförs genom sugning - detta säkerställer säkerheten i händelse av genombränning eller annan trycksättning av induktorn.
Denna metod används i en mängd olika industriområden: från ultrarent smältfri smältning till smycken och desinfektion av medicinska instrument.
Dielektrisk uppvärmning (mikrovågsugn)
För uppvärmning av dielektriska materialett växlande elektriskt fält eller elektromagnetisk våg används - vi pratar om populära mikrovågsugnar, eller mikrovågsugnar. Högfrekvent uppvärmning (med högfrekventa strömmar) skapas i kondensatorer, och mikrovågor (mikrohögfrekvent strålning) skapas i vågledare och kavitetsresonatorer. Med denna metod orsakas uppvärmning av kroppar av förluster på grund av dipolariseringen av dielektrikum.
Nackdelen med denna metod är dess heterogenitet. Med mikrovågsmetoden sker endast ytvärme, vilket beror på materialets värmeledningsförmåga.
När du använder elektromagnetiska mikrovågsvågoruppvärmning orsakas av molekylär dipolrotation i ett dielektrikum - en typisk dipolmolekyl är en vattenmolekyl. Metoden används oftast för avfrostning och uppvärmning av mat. Eftersom vatten i maten innehåller en stor mängd salter som dissocieras till joner, som fungerar som bärare av elektriska laddningar och också reagerar på ett alternerande elektromagnetiskt fält, orsakas uppvärmningen av mat både genom omorientering av polära dipolmolekyler och genom förskjutning av joner.
Uppvärmningstobak
Att värma tobak, inte bränna den, har bliviten grundläggande skillnad mellan de alternativa rökfria produkterna som utvecklas på Philip Morris International (PMI) FoU-centrum. Företaget har litat på störande teknik, vetenskap och innovation. Centret sysselsätter mer än 430 forskare och ingenjörer med olika specialiteter som har använt all sin erfarenhet och kunskap i mer än tio år för att skapa en framtid utan cigarettrök. Företaget genomför en stegvis och omfattande vetenskaplig bedömning av sina innovativa rökfria produkter baserat på de metoder som tillämpas inom läkemedelsindustrin, enligt internationella kvalitetsstandarder, principerna för god laboratoriesed (GLP) och god klinisk praxis (GCP). IQOS har klarat alla stadier av noggrann vetenskaplig utvärdering, inklusive 18 prekliniska och 10 kliniska studier, under vilka det bekräftades att 95% mindre skadliga ämnen släpps ut vid användning av IQOS jämfört med cigaretter. *
Viktig:detta betyder inte en minskning av risken med 95%. Användningen av IQOS eliminerar inte hälsorisker.
* "95 % mindre föroreningar" avser den genomsnittliga minskningen av föroreningsnivåer (exklusive nikotin) i IQOS-aerosolen jämfört med rök från referenscigaretten som användes i studien (3R4F).
IQOS använder HeatControl ™ -teknik,som är strukturerad enligt följande: ett keramiskt bladformat element värmer tobak från insidan till en temperatur som inte överstiger 350 ° C. En sådan temperaturregim utesluter förbränning, vilket innebär att rök och aska inte bildas, det finns ingen risk för att bränna kläder, klädsel i bilen, möbler eller bränna någon.
Det unika med tekniken ligger i det faktum attuppvärmning sker från insidan, inte från utsidan, och elementet kommer i direkt kontakt med tobak, antänder inte den utan värmer den försiktigt. Dessutom, tack vare innovativ teknik, styrs och hålls uppvärmningstemperaturen under drift av IQOS-enheten automatiskt på önskad nivå. Spår av guld och platina som appliceras på värmeelementet bildar tillsammans ett termoelement som mäter och överför temperaturdata till en styrenhet i enhetshållaren.
I alla IQOS-modeller utan undantag – frånden klassiska 2.4 Plus till den nyaste och mest eleganta IQOS 3 DUOS - med patenterad teknologi utvecklad i Schweiz. När man skapade IQOS lyckades forskare och teknikexperter eliminera förbränningsprocessen och ersätta den med värme, så IQOS har ett antal fördelar jämfört med att fortsätta röka cigaretter. Idag har mer än 11 miljoner vuxna användare runt om i världen valt IQOS*.
* Uppgifter baserade på intern ekonomiPMI-rapportering, IQOS vuxenundersökningar och marknadsanalyser från och med [oktober 2020]. Vi tog hänsyn till vuxna IQOS-användare som helt slutade röka cigaretter och för vilka konsumtionen av PMI-tobakspinnar var minst 70% av all uppvärmd tobak under de senaste 7 dagarna vid tidpunkten för undersökningen.
Plasmabehandling
Om vi kombinerar termofysisk ochelektrokemiska processer på ytan av anoden, associerad med lokal kokning av vätskan, kommer ett fenomen som kallas elektrolyt-plasmabehandling att resultera. Ett annat namn är anodisk elektrolytuppvärmning.
För första gången, fenomenet glöd och uppvärmning av elektroderuppmärksammats av flera vetenskapsmän på 1800-talet - Arthur Wehnelt, Alexander Walter och Georg Simon Ohm. De visade att som ett resultat av den termiska effekten av ström på en elektrod med en relativt liten yta runt den, sker lokal kokning av lösningen med bildandet av ett ångskikt och öppning av den elektriska kretsen. Induktansen som finns i kretsen bidrar till uppkomsten av emk. och nedbrytning av ånggasskiktet med ljusfenomen.
Denna uppvärmningsmetod används ofta idag.för höghastighetshärdning av delar av ytor - till exempel förkolning, nitrering, borrning, nitrokarburisering och / eller kylning i en fungerande elektrolyt. Och elektrolytisk plasmabehandling av stål ökar dess ythårdhet, slitstyrka och korrosionsbeständighet.
Laseruppvärmning
Laserbearbetning av material användsöverallt, inklusive för tillverkning av nanorör från grafen. Beroende på intensiteten och varaktigheten av exponeringen för laserstrålning är det möjligt att värma materialet utan synlig förstörelse, smälta det, förånga det och till och med tvätta bort förstörelseprodukterna.
Beräkningar visar att uppvärmningshastigheten vidlaserstrålning av material är mycket hög - upp till 10–10 ° C / s. På kort tid har ytskikten tid att värma upp till höga temperaturer, smälta och överhettas. I den överhettade metallen har orenheter tid att lösa sig.
Laseruppvärmning är densamma som gasurladdningsuppvärmning,används för att koncentrera energi på ytan av grafit. Denna energi används för termisk sprutning av grafit. Med laserförstoftning erhålls praktiskt taget endast flerlagers nanorör - med antalet lager från 4 till 24 och upp till 300 nm i längd. I detta fall placeras grafitprovet - målet på vilket laserstrålningen fokuseras - i en ugn för ytterligare uppvärmning.
Och en grupp teoretiska fysiker från en av Londonhögskolor har till och med kommit med en ny metod som kan göra det möjligt för lasrar att värma vissa material till temperaturer i solkärnan och uppåt, om än på så lite som 20 kvadriljoner sekunder.
Mannen i sina tekniska prestationeralltid inspirerad av naturen: från användning av eld för matlagning och slut med moderna kärnreaktorer, som är baserade på samma processer som att generera värme från jordens kärna. Förmågan att värma har gjort det möjligt för mänskligheten att bli den dominerande arten på planeten, utvidga sin livsmiljö även till de allvarligaste klimatzonerna, påskynda kemiska reaktioner, skapa supertåliga material och slutligen göra livet mer bekvämt och tekniskt avancerat.
Utesluter inte risker.
Affiliate material.
Se även:
På grund av plattans rörelse ligger Stillahavsbotten djupt under Kina
Neuroner i människans hjärna och nätverket av galaxer liknar varandra
Doomsday-glaciären visade sig vara farligare än forskare trodde. Vi berättar det viktigaste