Топлопроводимост, конвекция и излъчване

Когато наблюдаваме това, което наричаме огън, имаме реакция на горене, а когато видим тези пламъци, това, което всъщност наблюдаваме, са трите вида трансфер на топлинна енергия. Наблюдаваме провеждане, конвекция и топлинно излъчване едновременно. Нека напиша топлинно излъчване... Мога да кажа и "топлинно" провеждане, "топлинна" конвекция и "топлинно" излъчване– думата "топлинна" просто се отнася до неща, които имат общо с температурата. Какво представлява провеждането? Това, което имаме тук, в горивото за нашия огън, за горивото за нашия огън имаме класическа реакция на горене и те окуражавам да гледаш видеото за това в плейлистата по химия или раздела по химия, ако това те интересува. Но взимаш въглеродни молекули и техните връзки, а после в присъствието на кислород и топлина имаш реакция на горене, която произвежда въглероден диоксид и произвежда вода и дори повече енергия, отколкото влагаш в реакцията, така че това произвежда много енергия. И тази енергия ще възбуди молекулите, които са около нея, така че имаш тези молекули, които в крайна сметка получават много кинетична енергия. И спомни си, че температурата е пропорционална на средната кинетична енергия. И тези, които току-що горяха, или молекулите точно до реакцията, или може би тези, които бяха част от реакцията, ще имат много висока средна кинетична енергия, понеже тази реакция на горене освободи всичката тази енергия. И после ще се блъснат в други молекули, които може да нямат толкова висока кинетична енергия, но после ще прехвърлят тази кинетична енергия чрез тези сблъсквания. И имаме цяло видео за топлинното провеждане, но точно това се случва. Нещата с висока кинетична енергия се блъскат в неща с по-ниска кинетична енергия и прехвърлят част от тази кинетична енергия и прехвърлят част от този импулс. Това определено се случва, когато гледаме такъв огън, съседните молекули се блъскат в други молекули и прехвърлят енергия. Конвекцията – тя се върти около идеята, че горещият въздух е по-малко плътен. Ако имаме много въздушни частици тук, да кажем, че това тук горе е хладният въздух и е логично, че хладният въздух ще е по-плътен от топлия въздух. Понеже горещият въздух, тези частици имат много по-висока кинетична енергия и ще се блъскат една в друга, и ще се бутат една друга много по-надалеч и ще се отдалечат една от друга много повече, поради тази висока средна кинетична енергия. Но понеже горещата област е по-малко плътна, тази област тук е по-малко плътна от бялата област, тези може да са една и съща молекула, просто ги направих в различни цветове, за да покажа по-малко плътната област и по-плътната област, това ще се вдигне нагоре. Или дори можеш да мислиш за това като за по-плътна област... По-плътната област ще падне около нея или ще опита да мине под нея, понеже е по-плътна, а по-малко плътната област ще се изкачи нагоре. И като направи това, по-горещите молекули ще се движат нагоре, а по-студените молекули могат да слязат надолу към източника на топлина, източника на енергия, за да бъдат затоплени. Горещият въздух отива нагоре – нека запиша това – горещият въздух отива нагоре. Когато помислим за това, той прави място на студения въздух да слезе надолу, а после отново да бъде затоплен. И това става при този огън тук. Виждаш реакцията на горене, реакцията на горене се получава ето тук – нека избера друг цвят – реакцията на горене се провежда в горивото, този супер горещ въздух ще се издигне нагоре. И затова изглежда сякаш пламъците се движат нагоре, пламтят нагоре. Също ще видиш – и ще говорим за това при топлинното излъчване – че те също променят цвета си, докато се движат нагоре. Но цялата идея за движещият се нагоре пламък и горещия въздух – ако поставиш ръката си тук, тук ще е много по-горещо, отколкото ако поставиш ръката си, да кажем, ето тук, въпреки че на теория това е по-близо до пламъка, отколкото тук горе, и това е, понеже горещият въздух се издига нагоре и прави място за студения въздух, или трябва да кажа "по-студения" въздух, да слезе надолу и отново да бъде затоплен, а после той отново ще се издигне. Тази конвекция, тази идея, че горещият въздух се издига или студеният въздух пада, това е друг вид трансфер на топлина. Последният вид, който наблюдаваме, когато гледаме огъня, е топлинно излъчване. И това се основава на идеята, че ако имаш ускоряване на заредени частици, те ще освободят електромагнитно лъчение. И може да кажеш: "Чакай, заредени частици, къде такива биват ускорени тук?" Ами, имаме тези молекули, които постоянно биват ускорени, докато се блъскат една в друга. Eдна, която ще прехвърли кинетична енергия от – да кажем тази се блъска в тази, тя ще ускори тази в различна посока. И дори тази може да отиде в друга посока, и ускорението е промяна в скоростта, така че може да е в големината на скоростта или в посоката на скоростта. Докато те се сблъскват, имаш всички тези ускоряващи заредени частици – нека запиша това – имаш ускорение на заредени частици, а после това освобождава електромагнитно лъчение. Знам какво си мислиш: "Чакай малко, Сал. Разбирам, че имаме тези молекули, които биват ускорени, но откъде идват тия работи със заредените частици?" Е, трябва да помним, че тези молекули са изградени от атоми, а атомите са изградени от заредени частици, изградени са от протони и електрони. И докато ускоряваш тези частици и колкото повече ги ускоряваш, толкова повече лъчение ще освободиш. Може да кажеш: "Добре, казваш, че наблюдавам това в огъня. Къде наблюдавам лъчение?" Ами просто самият факт, че можеш да видиш огъня, светлината, излъчена от огъня, това е електромагнитно излъчване. Това е електромагнитно излъчване от дължините на вълните, които за окото ти са видима светлина, или които окото ти приема за светлина. Дори частиците тук горе, които са още доста горещи, те също излъчват електромагнитно лъчение, понеже се блъскат една в друга и техните електрони и протони биват ускорени в различни посоки. Те също освобождават електромагнитно лъчение, но то е с по-бавна дължина на вълната, отколкото окото ти може да възприеме като светлина. Ако имаш инфрачервена камера ще видиш, че пламъците са много по-високи. Ще ги видиш чак дотук. Ако погледнеш пламъка отблизо тук долу ще видиш, точно където се случва реакцията на горене, че пламъкът изглежда син. И това е понеже синята светлина е светлина с по-висока енергия и това е понеже тук долу частиците биват ускорени повече, а после преминава от синя към бяла към жълта, към оранжева, към червена, а после изчезва, поне за твоите очи. Но всичко, което има някаква температура, освобождава електромагнитно лъчение. И си казваш: "Така, това е добре. Разбирам го, но как това е вид трансфер на енергия?" Ако седиш до някакъв огън ще почувстваш топлината. Всъщност дори ако въздухът между теб и пламъка е студен, все още чувстваш топлина. Ако това тук е пламък и, да кажем, имаш студен въздух – да кажем, че си край лагерен огън – този въздух тук е 30 градуса. Ако стоиш тук, пак ще усетиш топлината, ще усетиш да ти става по-топло. Това е понеже това електромагнитно лъчение бива излъчено от въздушните частици, които възприемаме като пламък, а после това може да възбуди частиците върху кожата ти. Ще прехвърли енергия към кожата ти и ще почувстваш как ти става топло. Помня веднъж, това е странна история, бях на магистралата и имаше една пламнала кола. Карахме в най-лявата лента, понеже колата гореше, бяхме отдалечени на три ленти от нея и тя експлодира. Не мисля, че имаше някой в нея, надявам се, че не е имало, но помня, че точно когато експлодира, усетихме интензивна незабавна горещина през прозореца на колата и това беше електромагнитно излъчване. Това беше топлинно излъчване, освободено от тези ускорени частици във въздуха около тази експлозия, която ние възприемаме като експлозия, или огън, но това затопляше частици върху кожата ми.