Když studujeme procesy přenosu tepla, které probíhají ve dvou tělesech různých teplot, děláme kvalitativní studii přenosu tepla, ke kterému může dojít vedením, ozářením a proudění. Když však provádíme tento typ studie, nezabýváme se určováním hodnoty množství tepla, které se přenáší z jednoho těla do druhého. Naučíme se, jak vypočítat množství tepla zapojeného do procesů vedení a ozařování.
Řízení
Tepelný tok mezi dvěma tělesy
Uvažujme dvě tělesa s různými teplotami T1 a T2, přičemž T2> T1. Pokud spojíme tato dvě tělesa s kovovou tyčí jednotného průřezu A a délky L, dojde k vedení tepla většího tělesa. teplota pro těleso s nejnižší teplotou, určující, že ΔQ je množství tepla, které prochází tyčí v daném rozsahu čas t. Volá se kvocient mezi množstvím tepla a časovým intervalem tepelný tok, který je reprezentován řeckým písmenem fi (Φ) a lze jej matematicky napsat následovně:
Pokud je kovová tyč spojující dvě těla obklopena izolátorem, je ověřeno, že po určité době tato tyč dosáhne situace zvané
ustálený stav, který se vyznačuje tím, že má stejný tepelný tok v kterémkoli bodě lišty. V důsledku této skutečnosti tyč dosáhne teploty, která je v celém panelu konstantní a nemění se v průběhu času.Experimentálně je možné ověřit, že tepelný tok je:
• Přímo úměrné ploše části tyče, která spojuje dvě těla;
• Přímo úměrné teplotnímu rozdílu mezi těmito dvěma tělesy;
• Nepřímo úměrné délce tyče spojující těla.
Spojením těchto tří kontrol a zavedením konstanty proporcionality můžeme napsat následující matematickou rovnici:
Kde K je konstantní charakteristika materiálu, který tvoří tyč a je volán tepelná vodivost. Čím větší je hodnota této konstanty, tím větší je tepelný tok, který tyč vede.
Záření
Víme, že přenos tepla vedením a konvekcí vyžaduje přítomnost materiálního média, aby k tomu mohlo dojít. U radiačního procesu se stává pravý opak, to znamená, že tento proces nepotřebuje prostředky pro dochází k přenosu tepla mezi dvěma tělesy, například k přenosu tepla mezi Sluncem a Země.
Obecně řečeno, když sklo přijímá určité množství sálavé energie, například záření ze slunce, tělo absorbuje část tohoto záření a zbytek se odráží. Víme, že temná těla mají schopnost absorbovat více záření než světla.
Uvažujme o těle, jehož vnější povrch má plochu A a které touto oblastí vyzařuje celkové záření energie P, což je energie vyzařovaná za jednotku času ve všech povrch. Následující matematický vztah se nazývá záře nebo emisní síla (R) těla:
Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)
R = P / A
A jeho jednotka v mezinárodním systému jednotek je W / m2.
V polovině 20. století však rakouscí vědci J. Stefan a L. Boltzmann experimentálně dospěl k závěru, že záření těla je úměrné čtvrté síle jeho teploty v Kelvinech, tj. R = σT4. Kde σ se nazývá Stefan-Boltzmannova konstanta a drží se na SI σ = 5,67 x 10-8W / m2K.4. To bylo ověřeno pro skutečné tělo, tj. Těla, která plně absorbují nebo odrážejí veškeré záření. Když tělo není skutečné, rovnice popsaná Stefanem-Baltzmannem je přidána konstantou zvanou emisivita, tedy: R = еσT4. Tohle je Stefan-Boltzmannův zákon a skrze něj můžeme vypočítat záři jakéhokoli tělesa, když známe jeho teplotu a jeho emisivitu.
Autor: MARCO Aurélio da Silva
Tým brazilské školy
Termologie - Fyzika - Brazilská škola
Chcete odkazovat na tento text ve školní nebo akademické práci? Dívej se:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. „Kvantitativní studie přenosu tepla“; Brazilská škola. K dispozici v: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Zpřístupněno 27. června 2021.
