Ce este caldura – Definitie

» Salut! In articolul de astazi vom discuta despre ce este caldura, cum se produce acesta, cum se propaga si cum se acumuleaza. Haideti sa incepem!

» In termeni fizici, si pe intelesul tuturor, caldura este un transfer de energie de la un corp la altul datorita diferentei de temperatura dintre ele.

» Transferul de energie dintre corpuri se poate realiza in 3 moduri:

• prin conductie;
• prin convectie;
• prin radiatie.

» Inainte sa explicitam cele 3 moduri de transfer ale caldurii, haideti sa vedem cum se produce caldura.

Producerea caldurii

» Pentru a intelege mai bine ce este caldura, trebuie sa vedem si cum se produce aceasta. Corpurile dintr-o incapere prezinta diverse stadii de incalzire, astfel vom avea urmatoarele categorii:

• corpuri reci: ziduri, mobila;
• corpuri calde: bec aprins, aeroterma pornita, radiator incalzit, soba functionala.

» Aceste diferente termice ale corpurilor sunt generate de catre caldura. Caldura poate fi generata prin diferite surse de caldura, printre acestea putandu-se enumera: energia electrica, energia solara si arderea combustibililor.

» In general, caldura necesara incalzirii cladirilor, se realizeaza prin arderea anumitor materiale, denumite combustibili. Arderea se produce in instalatii si echipamente de incalzire special concepute pentru producerea caldurii.

» Un element foarte important in procesul arderii este Oxigenul. Fara oxigen arderea nu s-ar putea produce, nereusind astfel sa producem caldura.

» Arderea combustibilului pentru a produce caldura inseamna combinarea acestuia cu oxigen, proces denumit in unele conditii si oxidare. Tinandu-se cont de tipul combustibilului utilizat si cantitatea de oxigen existenta in aer, arderea poate fi mai puternica sau mai slaba, rezultand o cantitate de caldura produsa strans relationata de puterea de ardere.

Procesul de ardere

» In timpul procesului de ardere, datorita combinatiilor chimice care au loc in timpul procesului, sunt produse o gama variata de gaze denumite si gaze de ardere. Unul din gazele rezultate este oxidul de carbon, un gaz foarte toxic si periculos pentru sanatatea umana, care se produce datorita arderii incomplete a carbonului.

» In cazul arderii complete a carbonului, va lua nastere inca un gaz de ardere, si anume bioxidul de carbon.

» Deoarece gazele de ardere sunt foarte fierbinti, acestea incalzesc echipamentele de producere a caldurii (cazane, sobe), ele cedand peretilor acestora o cantitate foarte mare de caldura.

» In momentul in care arderea se realizeaza complet se genereaza o cantitate mai mare de caldura fata de situatia unei arderi incomplete. S-a constatat faptul ca in urma arderii incomplete a unui Kg de carbon va rezulta oxidul de carbon si cantitatea de caldura de 3275 kcal. In acelasi timp, prin arderea completa a unui kg de carbon, se va obtine bioxidul de carbon si o cantitate de caldura de 8140 kcal, practic de 2 ori si jumatate mai mult.

» Asadar, ca in urma arderii sa se genereze o cantitate mai mare de caldura, este recomandat sa se foloseasca doar combustibili de calitate care ard in conditii bune cu o eficienta maxima.

» Pentru o eficienta maxima se recomanda ca procesul de ardere sa fie permanent alimentat cu aer proaspat, care sa asigure permanent o cantitate de oxigen suficienta pentru o ardere completa.

Cum se masoara caldura?

» Uneori, in practica, este nevoie sa putem masura cantitatea de caldura, si deoarece caldura nu se poate masura in mod direct, va trebui sa o masuram raportandu-ne la efectele pe care le genereaza aceasta.

» Asadar, un efect foarte cunoscut generat de caldura este temperatura, care ne indica foarte exact stadiul de incalzire a unui corp. In functie de cresterea sau scaderea cantitatii de caldura generate de un corp vom inregistra variatii ale temperaturii masurate.

» Masurarea valorilor temperaturii se realizeaza cu un termometru clasic sau electronic. Astfel, in functie de temperatura inregistrata, putem stabili si ce cantitate de caldura a fost necesara pentru obtinerea acelei valori a temperaturii obtinute.

» Cantitatea de caldura necesara unui gram de apa distilata pentru a se incalzi cu 1 grad se numeste calorie, aceasta fiind unitatea de masura pentru cantitatile de caldura.

» Cantitatea pe care o sursa de caldura o poate emite intr-un anumit interval de timp se numeste debit cloaric si reprezinta capacitatea de incalzire pe care o sursa de incalzire o poate genera [kcal/h].

Propagarea caldurii

» Fenomenul de propagare a caldurii are loc intre corpuri cu temperaturi diferite si consta din schimburile de caldura ce au loc intre corpurile calde si cele reci, in scopul echilibrarii cantitatilor de caldura ale acestora.

» Incalzirea constructiilor are la baza propagarea caldurii, iar aceasta se realizeaza in 3 moduri.

1. Ce este Conductia?

» In ceea ce priveste conductia termica, in cazul acestui fenomen corpul incalzit va ceda caldura catre un corp mai putin incalzit, acest lucru realizandu-se printr-un contact direct. Acest fenomen se realizeaza datorita caracteristicii corpurilor de a putea primi caldura, caracteristica denumita coeficient de conductie termica, specifica pentru fiecare tip de material in parte.

2. Ce este Convectia?

» Din cauza diferentelor de densitati dintre particulele reci si calde ale aerului, deplasarea particulelor unuia dintre corpuri va genera o propagare a caldurii, fenomen cunoscut ca si convectie termica.

» Cu ajutorul acestui fenomen, intreg volumul de aer dintr-o camera de va putea incalzir. Practic, particulele usoare (calde) se vor ridica iar cele grele (reci) le vor lua locul, fenomenul repetandu-se pana la o echilibrare a temperaturii interioare.

3. Ce este Radiatia?

» Radiatia termica reprezinta procesul de propagare a undelor electromagnetice cu lungimi de unda diferite, datorita miscarii termice a atomilor sau moleculelor corpului radiant.

» Aparitia unui flux de raze ca urmare a transformarii energiei termice in energie radianta se numeste radiatie, iar trecerea inversa a energiei radiante in energie termica se numeste absorbtie de radiatie.

Acumularea si transferul de caldura

» Unele materiale au proprietatea de a retine caldura primita un anumit timp, proprietate specifica fiecarui material. Acumularea de caldura sta la baza utilizarii majoritatii aparatelor de incalzire. Acestea, retinand caldura in materialul peretilor,  asigura incalzirea incaperilor o perioada de timp dupa oprirea functionarii lor.

» In general, materialele cu conductie mare, ca metalele, nu acumuleaza bine caldura. De aceea, de exemplu, sobele se executa din materiale cu conductie mijlocie, cum ar fi placi de teracota, caramida, samota, care acumuleaza foarte bine caldura.

» Alaturi de acumularea de caldura, transferul de caldura are un rol important in incalzirea constructiilor. Prin transfer, caldura se transmite intre materiale cu stari de incalzire diferite.

» Transferul de caldura se produce mai slab sau mai intens, in raport cu caracteristicile materialelor utilizate.