Что такое тепловой баланс?

Тепловой баланс достигается, когда количество тепла, поступающего в систему, равно количеству тепла, выходящего из нее. Общая температура системы в тепловом балансе остается стабильной во времени. В некоторых случаях вместо этого может использоваться термин энергетический баланс. Системы в области биологии, геологии, производства и проектирования космических аппаратов часто должны поддерживаться при стабильных температурах, чтобы функционировать должным образом.

Гомеостаз у животных включает концепцию поддержания внутренней температуры животного относительно стабильной. Во многих организмах, включая млекопитающих и птиц, количество тепла, которое существует в организме, должно оставаться постоянным, потому что даже небольшие колебания тепла могут вызвать гибель организма. Животные теряют тепло через кожу и выделяют тепло в процессе обмена веществ, чтобы компенсировать повышение и понижение температуры наружного воздуха. Когда количество тепла, излучаемого животным, и количество тепла, генерируемого или поглощаемого животным, относительно равны, это животное находится в состоянии теплового баланса.

В геологии термин тепловой баланс относится к количеству тепла, поглощаемого и выделяемого всей планетой. Планета нагревается от солнца и, в небольшой степени, от высвобождения магмы из ядра планеты. Планета излучает часть этого тепла обратно в космос. Тепловой баланс является важной концепцией с геологической точки зрения, потому что если планета не находится в состоянии относительного равновесия в отношении тепла, средние температуры могут повышаться или понижаться, создавая либо глобальное потепление, либо глобальное похолодание. Даже небольшое изменение теплового баланса планеты может повлиять на организмы, населяющие планету.

Тепловой баланс является важной концепцией в машиностроении, потому что многие машины будут работать только в определенном диапазоне температур. Устройства, называемые радиаторами, используются для излучения избыточного тепла от электрических компонентов, чтобы машины могли поддерживать стабильную температуру. Точно так же космический корабль должен поддерживать относительно стабильные температуры, но подвергаться большему воздействию тепла при движении к источнику тепла, такому как солнце или планета. Проектирование этих судов с адаптируемыми системами тепловой балансировки позволяет им продолжать функционировать, путешествуя в пространстве.

Когда инженеры проектируют фабрики, необходимо учитывать тепловой баланс работы завода. Во многих случаях тепло выделяется с завода в виде дыма или пара. Это может напрасно расходовать энергию, которую завод может перерабатывать, что помогает снизить стоимость эксплуатации. Фабрика с хорошим тепловым балансом находит применение для большей части дополнительного тепла, которое она создает.