Что такое нагревание кратко

Обновлено: 02.07.2024

Раздел молекулярной физики, который изучает передачу энергии, закономерности превращения одних видов энергии в другие. В отличие от молекулярно-кинетической теории, в термодинамике не учитывается внутреннее строение веществ и микропараметры.

Термодинамическая система

Это совокупность тел, которые обмениваются энергией (в форме работы или теплоты) друг с другом или с окружающей средой. Например, вода в чайнике остывает, происходит обмен теплотой воды с чайником и чайника с окружающей средой. Цилиндр с газом под поршнем: поршень выполняет работу, в результате чего, газ получает энергию, и изменяются его макропараметры.

Количество теплоты

Это энергия, которую получает или отдает система в процессе теплообмена. Обозначается символом Q, измеряется, как любая энергия, в Джоулях.

В результате различных процессов теплообмена энергия, которая передается, определяется по-своему.

Нагревание и охлаждение

Этот процесс характеризуется изменением температуры системы. Количество теплоты определяется по формуле


Удельная теплоемкость вещества с измеряется количеством теплоты, которое необходимо для нагревания единицы массы данного вещества на 1К. Для нагревания 1кг стекла или 1кг воды требуется различное количество энергии. Удельная теплоемкость - известная, уже вычисленная для всех веществ величина, значение смотреть в физических таблицах.

Теплоемкость вещества С - это количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела без учета его массы на 1К.


Плавление и кристаллизация

Плавление - переход вещества из твердого состояния в жидкое. Обратный переход называется кристаллизацией.

Энергия, которая тратится на разрушение кристаллической решетки вещества, определяется по формуле


Удельная теплота плавления известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Парообразование (испарение или кипение) и конденсация

Парообразование - это переход вещества из жидкого (твердого) состояния в газообразное. Обратный процесс называется конденсацией.


Удельная теплота парообразования известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Количество теплоты, которое выделяется при сгорании вещества


Удельная теплота сгорания известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Для замкнутой и адиабатически изолированной системы тел выполняется уравнение теплового баланса. Алгебраическая сумма количеств теплоты, отданных и полученных всеми телами, участвующим в теплообмене, равна нулю:

Многие физические и химические процессы были бы просто невозможны, если бы человек несколько тысяч лет назад не понял, что можно нагревать предметы, вещества и воздух. С появлением огня расширился ареал обитания, люди стали появляться на северных территориях, а способность готовить и отапливать помещения сделали жизнь лучше и комфортнее. Сегодня процесс используется в быту, промышленности и развлечениях. Человек берет за основу те биохимические и геологические процессы, которые связаны с нагреванием, и создает инновационные технологии в электронике, промышленности и быту. Совместно c брендом IQOS сделали подборку технологий и процессов, которые невозможны без принципа нагревания и контроля температуры.

Древняя история нагревания

Человеку еще на ранних стадиях эволюции было проще жить в регионах с тропическим и экваториальным климатом. Главный фактор, облегчающий жизнь в таких климатических зонах, — температура. Там, где тепло, проще добывать себе пищу, легче выращивать сельскохозяйственные культуры, да и просто выживать, так как не требуется строительство монументальных жилищ, защищающих от низких температур и непогоды. Научившись добывать огонь, человек стал больше уделять времени и сил приготовлению пищи, а его ареал обитания существенно расширился. Человеческие поселения стали появляться все севернее, а жизнь там, несмотря на более суровый климат, становилась более приемлемой для выживания. Возможность использовать огонь позволила человеку не только готовить пищу, но и отапливать свое жилище, защищать свое тело во время зимних сезонов или даже в условиях вечной мерзлоты. Сегодня только в северных регионах проживают 21 млн россиян.

Одним из факторов, позволивших человечеству стать превалирующим видом на Земле, стало понимание, что тела, жидкости и газ вокруг нас можно нагревать, а тепло позволяет делать жизнь комфортнее, полноценнее и легче. Конечно, первобытный человек не сразу освоил технику использования огня (тем более не с точки зрения сжигания, а именно нагревания). Первые доказательства использования людьми огня для приготовления пищи и обогрева были найдены в Восточной Африке: в Чесованьи возле озера Баринго, Кооби-Фора и Ологесалирие в Кении.


Так, доказательства в Чесованьи представляют собой осколки красной глины, возраст которой составляет 1,42 млн лет. Судя по твердости, они были нагреты до 400°C. В Кении найдены свидетельства использования огня Homo erectus с возрастом примерно 1,5 млн лет, с красными отложениями, которые могут образоваться лишь при температуре 200–400 °C.

Что такое нагревание?

Нагревание — это естественный или искусственный физический процесс повышения температуры. Это может происходить за счет внутренней энергии или подведения энергии извне. Для последнего используется нагревательный элемент. Конструкции могут быть самыми разными: от костра до ядерного реактора.

Помимо различий в источниках энергии, сам процесс нагревания может происходить как снаружи, так и изнутри. К последним примерам относятся: тепло, вырабатываемое в ядре Земли, благодаря энергии, которую переносят потоки магмы; растворы во время электролиза или, к слову, современные системы нагревания табака. С нагреванием снаружи все просто — это классический огонь, отопление, СВЧ.

Нагревание происходит за счет увеличения скорости движения или колебаний молекул и атомов, из которых состоит тело. В разных телах этот процесс происходит по-разному. Если речь идет о газах, то их молекулы хаотично движутся с большими скоростями (это могут быть сотни метров в секунду) по всему объему, заполненному газом. Во время своего движения молекулы сталкиваются и отскакивают друг от друга, меняя при этом скорость и направление движения. В случае с жидкостями молекулы в них колеблются около равновесных положений, поскольку расположены очень близко друг к другу, и сравнительно редко могут перескакивать из одного положения в другое. В твердых телах частицы колеблются около положения равновесия. Нагревание во всех перечисленных случаях приводит к тому, что скорость частиц увеличивается. Поэтому хаотичное движение частиц принято в физике называть тепловым. А само нагревание тела зависит от его теплоемкости и теплопроводности.

Теплоемкость — количество теплоты, поглощаемой или выделяемой телом в процессе нагревания (остывания) на 1 К (Кельвин).

Теплопроводность — способность тел проводить теплоту от более нагретых частей тела к менее нагретым частям путем хаотического движения частиц (атомов, молекул, электронов). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Нагревание сегодня применяется в самых различных областях человеческой жизни: от бытового использования в приготовлении пищи и отопления до научных экспериментов и транспортировки. Да и сама природа использует этот процесс: тает лед, изменяется климат, растет температура воды в Мировом океане, меняется флора и фауна, образуются химические вещества и породы.

Кипячение

Кипячение — самый распространенный способ нагрева воды, применяемый исключительно человеком. Речь идет не только о приготовлении еды, для которого необходим кипяток. Кипячение также позволяет уничтожить большинство паразитов, обитающих в воде, произвести обеззараживание продуктов, а также очистить вещи, предметы от жировых загрязнений.

Процесс кипячения состоит из трех стадий: на первой в воде появляются пузырьки воздуха, которые проскакивают со дна емкости, на второй — пузырьки начинают стремительно подниматься к поверхности, происходит помутнение, напоминающее бегущую из родника воду. На третьей стадии начинается бурление воды, поверхности достигают большие пузыри, а вода может разбрызгиваться.


Процесс кипячения сопровождается выделением пара. Кроме того, при кипячении оседают коллоидные частицы грязи, а вода смягчается, так как в осадок выпадают соли, а концентрация легколетучих компонентов и свободного хлора уменьшается.

Но при длительном кипячении возрастает концентрация нелетучих веществ. Нагрев воды до состояния кипятка не может уничтожить тяжёлые металлы, пестициды, гербициды, нитраты, фенолы и нефтепродукты. Есть микробы, способные выжить в кипящей воде довольно длительное время — минуты и даже часы. Прионы не деактивируются даже при кипячении в течение 18 минут при температуре 134°C в герметичном паровом автоклаве.

Термическая обработка пищи

Тепловая обработка применяется в кулинарии разных народов и культур для большого числа продуктов. Как правило, у такой обработки три цели: размягчение, улучшение вкуса или внешнего вида, а также обеззараживание, особенно если речь идет о мясной продукции.

Кроме варки, которая может проходить не только с процессом кипячения, но и на пару, а также при пониженной температуре, к этому же виду обработки относят готовку в вакууме — су-вид, когда продукты варят в вакуумной упаковке. Помимо этого существует способ варки в автоклаве, где готовка происходит под избыточным давлением при температуре 110–130°C.

Еще один вид термической обработки — жаренье, второй по распространенности способ готовки. Продукт прилегает к посуде, поверхность которой смазана тонким слоем горячего жира. Если речь идет о мучных изделиях и особой категории блюд, то используют выпекание в варочном шкафу или духовке. А мясные и рыбные продукты часто коптят с помощью горячего и холодного дыма.

Для поддержания температуры перед раздачей или во время перевозки используется особый вид обработки — термостатирование. А для эффектной подачи используют краткосрочное воспламенение готового блюда, это называется фламбированием.

Отопление

Об этом способе нагревания воздуха знают жители многих стран — без отопления пережить продолжительный зимний сезон практически невозможно. На территории России средняя температура воздуха в этот период составляет −19,7°С. Водяное отопление — это самый популярный и дешевый способ, но сегодня есть и другие варианты, позволяющие обогревать жилище современного человека. Причем в их задачу входит не только обогрев помещения для возмещения теплопотерь, но и поддержание температуры.

В зависимости от преобладающего способа теплопередачи отопление помещений может быть конвективным и лучистым. Под конвективным понимается вид отопления, при котором тепло распространяется благодаря перемешиванию объемов горячего и холодного воздуха. К недостаткам конвективного отопления относится большой перепад температур в помещении (высокая температура воздуха наверху и низкая внизу) и невозможность вентиляции помещения без потерь тепловой энергии. Лучистый способ подразумевает наличие специальных приборов, которые устанавливаются под пол или над обогреваемой зоной либо монтируются прямо в стены.

По источнику тепла отопление может быть самое разнообразное: от печного и парового до жидкотопливного и инфракрасного.

Ядро Земли


От земного ядра поднимаются колоссальные восходящие тепловые потоки магмы — плюмы. У поверхности мантии они растекаются в стороны, вызывая дрейф континентов, а остыв, опускаются в глубину. Но у ядра есть свои источники нагрева: распад долгоживущих радиоактивных элементов и трение между ядром и внешними слоями Земли, вращение которых постепенно тормозят приливы. И все же ядро остывает и от этого постепенно кристаллизуется: диаметр внутреннего твердого ядра увеличивается на несколько сантиметров в столетие.

Нагревание в химии

Увеличение температуры используют в химической отрасли для ускорения массообменных и химических процессов, температурные условия протекания которых зависят от теплоносителя и способа нагрева: водяным паром, горячими жидкостями, точечными газами, электрическим током и излучением.

Самым наиболее частым методом в органическом синтезе является кипячение и нагревание. Согласно правилу Вант Гоффа, при нагревании на 10°С скорость химических реакций возрастает в 2–4 раза. Химические реакции в органической химии (в отличие от неорганической) идут довольно медленно. Поэтому нагревание существенно ускоряет работу химиков.

Но органические соединения довольно не стабильны и при сильном воздействии осмоляются. Поэтому в ряде случаев реакции проводят не при нагревании, а при охлаждении.

Водяные бани применяют только в тех случаях, когда требуется нагревание до температуры не выше 100°С. Песочные бани используются для осторожного воздействия до высокой температуры или для осторожного прокаливания. Температура песочной бани 200–300°С. Нагревание до высоких температур осуществляют в муфельных печах. Прокаливание проводят в тиглях, которые обычно закрывают крышками.

Нагрев электрическим током также используется в химической отрасли, в первую очередь, для экономии средств. Прямой нагрев воды и водных растворов переменным электрическим током при электрическом напряжении, меньшем напряжения разложения жидкостей, показывает, что при малых удельных мощностях генерируемая тепловая энергия превышает затраченную электрическую, вводимую в нагреваемую жидкость.

Индукционный нагрев

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки (скин-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Индуктор и сам сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

Такой способ применяется в самых разных промышленных сферах: от сверхчистой бесконтактной плавки до ювелирного дела и обеззараживания медицинских инструментов.

Диэлектрический нагрев (СВЧ)

Для нагрева диэлектрических материалов используется переменное электрическое поле или электромагнитная волна — речь о популярных СВЧ-печах, или микроволновках. ТВЧ-нагрев (с токами высокой частоты) создается в конденсаторах, а СВЧ (сверхвысокочастотное излучение) — в волноводах и объемных резонаторах. При этом способе нагревание тел вызывается потерями на дипольную поляризацию диэлектриков.

Из недостатков такого способа — его неоднородность. При СВЧ-методе происходит лишь поверхностный нагрев, который зависит от теплопроводности материала.


При использовании электромагнитных СВЧ-волн нагрев вызывается молекулярным дипольным вращением в диэлектрике — типичной дипольной молекулой является молекула воды. Метод наиболее широко применяется для разморозки и нагрева при приготовлении пищи. Поскольку вода в пищевых продуктах содержит большое количество солей, которые диссоциируют на ионы, служащие носителями электрических зарядов и также реагирующие на переменное электромагнитное поле, нагрев продуктов обусловлен как переориентацией полярных молекул-диполей, так и смещением ионов.

Нагревание табака

Важно: это не означает снижение риска на 95%. Использование IQOS не исключает риски для здоровья.

В IQOS используется технология HeatControl™, которая устроена следующим образом: керамический элемент в форме лезвия нагревает табак изнутри до температуры, не превышающей 350°С. Такой температурный режим исключает горение, а значит, не образуется дыма и пепла, нет риска прожечь одежду, обивку в салоне автомобиля, мебель или обжечь кого-то.


Уникальность технологии заключается в том, что нагревание происходит изнутри, а не снаружи, и элемент соприкасается непосредственно с табаком, не поджигая его, а бережно нагревая. Кроме того, благодаря инновационным технологиям температура нагрева во время работы устройства IQOS контролируется и поддерживается на необходимом уровне автоматически. Дорожки из золота и платины, нанесенные на нагревательный элемент, вместе образуют термопару, которая измеряет и передает данные о температуре в блок управления, расположенном в держателе устройства.

Во всех без иключения моделях IQOS – от классической 2.4 Plus до новейшей и самой элегантной IQOS 3 DUOS – используется запатентованная технология разработанная в Швейцарии. При создании IQOS ученым и технологическим экспертам удалось исключить процесс горения, заменив его на нагревание, поэтому IQOS обладает рядом преимуществ по сравнению с продолжением курения сигарет. Сегодня уже более 11 миллионов совершеннолетних пользователей по всему миру сделали свой выбор в пользу IQOS*.

*Данные на основе внутренней финансовой отчетности ФМИ, опросов совершеннолетних пользователей IQOS и анализа рынка на [октябрь 2020 года]. Учитывались совершеннолетние пользователи IQOS, которые полностью прекратили курить сигареты, и для которых потребление табачных стиков ФМИ составило не менее 70% от всего табака нагреваемого в течение последних 7 дней на момент опроса.

Плазменная обработка

Если совместить теплофизические и электрохимические процессы на поверхности анода, связанные с локальным вскипанием жидкости, то получится явление, которое называют электролитно-плазменной обработкой. Другое название — анодный электролитный нагрев.

Впервые явление свечения и нагрева электродов заметили сразу несколько ученых в XIX веке — Артур Венельт, Александр Вальтер и Георг Симон Ом. Они доказали, что в результате теплового воздействия тока на электрод со сравнительно малой поверхностью вокруг него происходит локальное вскипание раствора с образованием парового слоя и размыканием электрической цепи. Имеющаяся в цепи индуктивность способствует появлению э.д.с. и пробою парогазового слоя со световыми явлениями.

Сегодня этот метод нагрева широко используется для скоростного упрочнения поверхностей деталей — например, цементации, азотирования, борирования, нитроцементации и/или закалки в рабочем электролите. А электролитно-плазменная обработка стали увеличивает ее поверхностную твердость, износостойкость, коррозионную устойчивость.

Лазерный нагрев

Лазерная обработка материалов используется повсеместно, в том числе и для получения нанотрубок из графена. В зависимости от интенсивности и длительности воздействия лазерного излучения можно нагревать материал без видимого разрушения, расплавлять его, испарять и даже вымывать продукты разрушения.

Расчеты показывают, что скорость нагрева при лазерном облучении материалов очень высока — до 10–10°С/с. За короткое время поверхностные слои успевают нагреться до высоких температур, расплавиться и перегреться. В перегретом металле примеси успевают раствориться.

Лазерный нагрев так же, как и газоразрядный, используется для концентрации энергии на поверхности графита. Эта энергия используется для термического распыления графита. При лазерном распылении получают практически только многослойные нанотрубки — с числом слоев от 4 до 24 и длиной до 300 нм. При этом графитовый образец — мишень, на которую фокусируется лазерное излучение, — помещают в печь для дополнительного нагрева.


А группа физиков-теоретиков одного из лондонских колледжей даже придумала новый метод, который может позволить лазерам нагревать определенные материалы до температур солнечного ядра и выше, правда, всего за 20 квадриллионных секунды.

Человек в своих технологических достижениях всегда вдохновлялся природой: начиная от применения огня для приготовления пищи и заканчивая современными атомными реакторами, в основе работы которых лежат те же самые процессы, что и в выработке тепла из ядра Земли. Умение нагревать позволило человечеству стать доминирующим видом на планете, расширить ареал своего обитания даже на самые суровые климатические зоны, ускорить химические реакции, создать суперпрочные материалы и, наконец, сделать жизнь комфортнее и технологичнее.


НАГРЕВА́НИЕ, -я, ср. Действие по глаг. нагревать (в 1 знач.) и состояние по знач. глаг. нагреваться. Нагревание воды. Нагревание воздуха. □ [Ружейные мастера] говорят, --- что от мгновенного, ровного нагреванья ствола придается бо́льшая сила вылетающей дроби. С. Аксаков, Записки ружейного охотника.

Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

НАГРЕВА'НИЕ, я, мн. нет, ср. Действие по глаг. нагревать и нагреваться.

нагрева́ние

Делаем Карту слов лучше вместе

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.

Вопрос: соавтор — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?

Ассоциации к слову «нагревание»

Синонимы к слову «нагревание»

Предложения со словом «нагревание»

  • Для сохранения времени нагревания воды до температуры пастеризации и быстрого уничтожения ферментов плоды следует заливать горячим сиропом на 1–2 см ниже краёв горловины.
  • В доме поставили мангалы, небольшие жаровни, для нагревания воздуха.

Сочетаемость слова «нагревание»

Хлорсульфо́новая кислота, HSO3Cl — монохлорангидрид серной кислоты, бесцветная, дымящая на воздухе и резко пахнущая жидкость.

Ацетат натрия CH3COONa, — натриевая соль уксусной кислоты, кристаллы со слабым солёным вкусом и уксусным запахом, производится и применяется в промышленных масштабах.

Хлорид алюминия (хлористый алюминий) — неорганическое соединение, соль алюминия и соляной кислоты с химической формулой AlCl3.

Хроматы — соли хромовой кислоты H2CrO4. Устойчивы в нейтральной и щелочной среде, в кислой среде обратимо переходят в дихроматы — соли дихромовой кислоты H2Cr2O7.

Дополнительно

Предложения со словом «нагревание»

Для сохранения времени нагревания воды до температуры пастеризации и быстрого уничтожения ферментов плоды следует заливать горячим сиропом на 1–2 см ниже краёв горловины.

Микроорганизмы погибают при сильном нагревании продукта в процессе стерилизации.

У стекла отсутствует фиксированная структура и нет точки плавления, т. е. материал по мере нагревания становится мягким и медленно плавится.

нагревание ср. 1) Процесс действия по знач. глаг.: нагревать (1), нагреваться. 2) Состояние по знач. глаг.: нагревать (1), нагреваться.

нагревание
с. (рд.)
heating (d.)

нагревание обогревка, подковывание, обманывание, отопление, нагрев, разогревание, подогрев, разогрев, отогрев, раскаливание, топка, отапливание, обогрев, обдуривание, согревание, утапливание, обдурачивание, обштопывание, накалка, топление, прогревание, подогревание, отогревание, накаливание. Ant. охлаждение Словарь русских синонимов. нагревание сущ. • согревание делание более теплым, горячим) Словарь русских синонимов. Контекст 5.0 — Информатик.2012. нагревание сущ., кол-во синонимов: 30 • догревание (1) • нагрев (15) • нажигание (3) • накаливание (6) • накалка (3) • обдурачивание (17) • обдуривание (19) • обжуливание (20) • обманывание (26) • обогрев (18) • обогревка (2) • обштопывание (17) • отапливание (4) • отогрев (8) • отогревание (8) • отопление (7) • пассерование (2) • подковывание (15) • подогрев (17) • подогревание (19) • припекание (5) • прогревание (16) • разогрев (7) • разогревание (8) • раскаливание (4) • самонагревание (3) • согревание (12) • топка (14) • топление (5) • утапливание (1) Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013. . Синонимы: догревание, нагрев, нажигание, накаливание, накалка, обдурачивание, обдуривание, обманывание, обогрев, обогревка, обштопывание, отапливание, отогрев, отогревание, отопление, пассерование, подковывание, подогрев, подогревание, прогревание, разогрев, разогревание, раскаливание, согревание, топка, топление, утапливание Антонимы: охлаждение, остывание

[Ружейные мастера] говорят, --- что от мгновенного, ровного нагреванья ствола придается бо́льшая сила вылетающей дроби. С. Аксаков, Записки ружейного охотника.

догревание, нагрев, нажигание, накаливание, накалка, обдурачивание, обдуривание, обманывание, обогрев, обогревка, обштопывание, отапливание, отогрев, отогревание, отопление, пассерование, подковывание, подогрев, подогревание, прогревание, разогрев, разогревание, раскаливание, согревание, топка, топление, утапливание

Читайте также: