Tepelné vedení: jak se to děje, příklady, cvičení

tepelné vedení nebo jednoduše vedení je proces přenosu tepla, ke kterému dochází uvnitř pevných látek v důsledku a rozdílvteplota. V řízení, Termální energie se přenáší mezi atomy a molekuly na jednom pevný bez převodu hmoty, do stavu tepelná rovnováha.

Tento jev se vyskytuje ve všech látkách, bez ohledu na jejich fyzický stav, i přes vícečastévpevné látky. To se děje proto, že v pevném stavu je pevná poloha atomů, které jsou uspořádány v krystalické mřížce, upřednostňuje výměnu energie mezi atomy kvůli frekvenci, při které mezi nimi dochází ke srážkám částice.

Dívej setaky:Vše, co potřebujete vědět o termologii

Jak dochází k tepelnému vedení?

Proces řízenítepelný je charakterizována interakcí mezi atomy mnoho různýchteploty. Když zahřátíme tělo, jeho atomy začnou kmitat s větší amplitudou. Ty více rozrušených atomů převést část svého Kinetická energie na sousední atomy srážkami a vibracemi, tímto způsobem zpomalí, zatímco nic méněrozrušenývyhrátrychlost. Prostřednictvím tohoto mechanismu se teplo postupně přenáší z oblastí s vyšší teplotou do oblastí s nižší teplotou, dokud nemá celý systém stejnou teplotu.

NÁS plynynapříklad k přenosu tepla vedením dochází výhradně srážkami mezi atomy. NÁS nekovové pevné látky, tepelné vedení probíhá prostřednictvím vibrací podél krystalové mřížky materiálu. NÁS kovové pevné látky - nejlepší tepelné vodiče - vedení probíhá jak šířením vibrací v krystalové mřížce, tak chaotickým pohybem volných elektronů.

V pevných látkách dochází k přenosu tepla prostřednictvím srážek mezi sousedními atomy.

Izolátory a tepelné vodiče

Různé stavy hmoty přenášejí teplo různými mechanismy. Volané materiály vodiče, například jsou schopny přenášet teplo velkými ulehčit - je tomu u většiny kovy. Materiály izolátory, na druhé straně jsou to ty, které brání průchodu tepla, jako například polystyren, a guma, The dřevo atd.

Rozdíly mezi vedením, konvekcí a zářením

Řízení, proudění a záření jsou tři různé formy šíření teplo. Společným bodem mezi těmito třemi procesy je, že musí existovat a rozdílvteplota mezi různými tělesy nebo v různých bodech stejného těla.

THE řízení, jak již bylo řečeno, dochází k němu přímým kontaktem mezi molekulami, které se při srážce přenášejí Kinetická energie na sousední molekuly. U tohoto typu přenosu tepla nedochází k žádné přepravě. Konvekce se zase vyskytuje výlučně v tekutinách a také v řízení, vyskytuje se pouze v hmotných prostředcích. Rozdíl mezi vedením a konvekcí spočívá v tom, že v konvekci existují dopravavtěstoviny konvekčními proudy. THE záření a převodvteplo za elektromagnetické vlnyProto tento proces přenosu tepla může probíhat ve vakuu.

Na obrázku je možné pozorovat vedení, proudění a záření.

Tepelný tok nebo Fourierův zákon

Vyvolá se množství tepla, které se každou sekundu přenáší mezi dvěma body uvnitř těles tokvteplo. Tato koncepce se týká rychlosti přenosu tepla uvnitř těla. Některé materiály mají velkou kapacitu přenos tepla, proto říkáme, že jsou dobrými vodiči tepla, protože jsou schopni jej rychleji rozptýlit.

Ó tokvteplo, který je definován jako funkce konstanty k, se měří ve wattech (W), podle Mezinárodní systém jednotek, ale lze jej měřit také v kaloriízadruhý. Tento tok energie je úměrný à rozdílvteplota mezi dvěma body těla a odpovídá množství energie, která proudí ve formě tepla na každý čtvereční metr povrchu během časového intervalu jedné sekundy.

THE vzorec slouží k výpočtu tepelné vodivosti, známé také jako vzorec tepelného toku nebo ZákonvFourier je následující:

Φ - tepelný tok (cal / s nebo W)

Q - teplo (vápno nebo J)

t - časový interval

A - plocha (m² nebo cm²)

T₂ a T₁ - teplota bodů 1 a 2 (K nebo ºC)

k - koeficient tepelné vodivosti (J / s.m.K nebo cal / s.cm.ºC)

Ó koeficient tepelné vodivosti (k) určuje, zda je těleso dobrým vodičem tepla. Tento koeficient se vztahuje k velkému počtu vlastností hmoty, jako je například teplota,Státfyzik,čistota,hustota atd. Kromě toho vzorec ukazuje, že množství tepla Q protékající oblastí THE, po určitou dobu t, je úměrná teplotnímu rozdílu (T₂ - T₁) mezi dvěma tvářemi této oblasti a také obráceněúměrný na tloušťku a, který je odděluje. Sledujte následující diagram, který ukazuje vedení tepla v pevném médiu podle uvedených proměnných:

Cvičení na vedení tepla

Otázka 1) Během slunečného dne prochází okny vozidla, které bylo zaparkováno venku po dobu 15 minut, velké množství tepla - kolem 180 kcal. V této situaci určete tok tepla okny tohoto vozidla.

a) 10 000 cal / s

b) 2 000 cal / s

c) 50 kcal / s

d) 300 kcal / s

e) 500 kcal / s

Šablona: Písmeno B.

Řešení:

Cvičení vyřešíte jednoduše výpočtem množství tepla, které každou sekundu prochází okny vozidla. Hodinky:

Podle výpočtu projde okny vozidla každou sekundu asi 2 000 kalorií, takže správnou alternativou je písmeno B.

Otázka 2) Zkontrolujte alternativu, kde dochází pouze k vedení tepla:

a) Míchání horké vody se studenou vodou.

b) Papír vypalovaný slunečním světlem koncentrovaný lupou.

c) Železo hořící košili.

d) Vaření zeleniny vodní párou.

Šablona: Písmeno C.

Řešení:

Mezi uvedenými procesy je prvním konvekční přenos tepla; pak máme záření, v písmenu B; řízení, v písmenu C; konečně v poslední alternativě opět konvekce. Správnou alternativou je tedy písmeno C.

Autor: M.e Rafael Helerbrock
Učitel fyziky

Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/conducao-termica.htm