Når vi studerer varmeoverførselsprocesserne, der finder sted i to legemer med forskellige temperaturer, vi laver en kvalitativ undersøgelse af varmeoverførslen, der kan forekomme ved ledning, bestråling og konvektion. Men når vi foretager denne type undersøgelser, er vi ikke optaget af at bestemme værdien af den mængde varme, der overføres fra en krop til en anden. Vi lærer derefter, hvordan man beregner mængden af varme, der er involveret i lednings- og bestrålingsprocesserne.
Kørsel
Varmestrøm mellem to kroppe
Lad os overveje to kroppe med forskellige temperaturer T1 og T2, at være T2> T1. Hvis vi forener disse to legemer med en metallisk stang med ensartet sektion A og længde L, vil varmeledningen af det større legeme forekomme. temperatur for kroppen med den laveste temperatur, idet det bestemmes, at ΔQ er den mængde varme, der passerer gennem stangen i et givet interval på tid t. Kvotienten mellem mængden af varme og tidsintervallet kaldes varmestrøm, som er repræsenteret af det græske bogstav fi (Φ) og matematisk kan skrives som følger:
Hvis metalstangen, der forbinder de to kroppe, er omgivet af en isolator, kontrolleres det, at denne bar efter et bestemt tidspunkt når den situation, der kaldes stabil tilstand, som er karakteriseret ved at have den samme varmestrøm på ethvert punkt på stangen. Som et resultat af denne kendsgerning når bjælken en temperatur, der er konstant i hele bjælken og ændrer sig ikke over tid.
Eksperimentelt er det muligt at kontrollere, at varmestrømmen er:
• Direkte proportional med arealet af den del af stangen, der forbinder de to kroppe;
• Direkte proportional med temperaturforskellen mellem de to kroppe;
• Omvendt proportionalt med længden af stangen, der forbinder legemerne.
Ved at sammenføje disse tre kontroller og indføre en proportionalitetskonstant kan vi skrive følgende matematiske ligning:
Hvor K er en konstant egenskab ved det materiale, der udgør bjælken og kaldes varmeledningsevne. Jo større værdien af denne konstant er, desto større varmestrøm fører stangen.
Stråling
Vi ved, at varmeoverførsel ved ledning og konvektion kræver tilstedeværelsen af et materialemedium for at det kan ske. Med strålingsprocessen sker det modsatte, det vil sige, denne proces behøver ikke et middel til varmeoverførsel mellem to kroppe forekommer, som for eksempel varmeoverførsler mellem solen og Jorden.
Når et glas modtager en vis mængde strålingsenergi, for eksempel stråling fra solen, absorberer kroppen generelt noget af denne stråling, og resten af den reflekteres. Vi ved, at mørke kroppe har evnen til at absorbere mere strålende energi end lyse kroppe.
Overvej et legeme, hvis ydre overflade har område A, og som udsender gennem dette område en samlet stråling af kraft P, som er den energi, der udstråles pr. tidsenhed overhovedet overflade. Følgende matematiske forhold kaldes udstråling eller emissiv kraft (R) af en krop:
Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen;)
R = P / A
Og dens enhed i det internationale enhedssystem er W / m2.
Men i midten af det 20. århundrede, østrigske forskere J. Stefan og L. Boltzmann kom eksperimentelt til den konklusion, at et legems udstråling er proportional med den fjerde effekt af dets temperatur i Kelvin, det vil sige R = σT4. Hvor σ kaldes Stefan-Boltzmann-konstanten og holder ved SI σ = 5,67 x 10-8W / m2K4. Dette er blevet verificeret for en reel krop, det vil sige kroppe, der fuldt ud absorberer eller reflekterer al stråling. Når kroppen ikke er reel, tilføjes ligningen beskrevet af Stefan-Baltzmann ved en konstant kaldet emissivitet, således: R = еσT4. Dette er Stefan-Boltmanns lov og gennem det kan vi beregne udstrålingen fra enhver krop, når vi kender dens temperatur og dens emissivitet.
Af MARCO Aurélio da Silva
Brazil School Team
Termologi - Fysik - Brasilien skole
Vil du henvise til denne tekst i et skole- eller akademisk arbejde? Se:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Kvantitativ undersøgelse af varmeoverførsel"; Brasilien skole. Tilgængelig i: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Adgang til 27. juni 2021.
