Wenn wir die Wärmeübertragungsprozesse untersuchen, die in zwei Körpern unterschiedlicher Temperatur stattfinden, Wir führen eine qualitative Studie über die Wärmeübertragung durch, die durch Wärmeleitung, Bestrahlung und Konvektion. Bei dieser Art von Untersuchung geht es uns jedoch nicht darum, den Wert der Wärmemenge zu bestimmen, die von einem Körper auf einen anderen übertragen wird. Wir lernen dann, wie man die Wärmemenge berechnet, die bei den Leitungs- und Bestrahlungsprozessen beteiligt ist.
Fahren
Wärmefluss zwischen zwei Körpern
Betrachten wir zwei Körper mit unterschiedlichen Temperaturen T1 und T2, T sein2>T1. Wenn wir diese beiden Körper mit einem metallischen Stab von einheitlichem Querschnitt A und Länge L vereinen, tritt die Wärmeleitung des größeren Körpers auf. Temperatur für den Körper mit der niedrigsten Temperatur, wobei bestimmt wird, dass ΔQ die Wärmemenge ist, die durch den Stab in einem bestimmten Bereich von Zeit t. Der Quotient zwischen der Wärmemenge und dem Zeitintervall heißt
Wärmefluss, die durch den griechischen Buchstaben fi (Φ) dargestellt wird und mathematisch wie folgt geschrieben werden kann:
Wenn der Metallstab, der die beiden Körper verbindet, von einem Isolator umgeben ist, wird überprüft, dass dieser Stab nach einer bestimmten Zeit die Situation erreicht, die als bezeichnet wird Gleichgewichtszustand, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie an jeder Stelle der Stange den gleichen Wärmefluss aufweist. Als Ergebnis dieser Tatsache erreicht der Riegel eine Temperatur, die über den gesamten Riegel konstant ist und sich mit der Zeit nicht ändert.
Experimentell lässt sich nachweisen, dass der Wärmestrom:
• Direkt proportional zur Fläche des Abschnitts der Stange, der die beiden Körper verbindet;
• Direkt proportional zur Temperaturdifferenz zwischen den beiden Körpern;
• Umgekehrt proportional zur Länge des Balkens, der die Körper verbindet.
Wenn wir diese drei Prüfungen verbinden und eine Proportionalitätskonstante einführen, können wir die folgende mathematische Gleichung schreiben:
Dabei ist K eine konstante Eigenschaft des Materials, aus dem der Stab besteht und heißt Wärmeleitfähigkeit. Je größer der Wert dieser Konstante ist, desto größer ist der Wärmestrom, den der Stab leitet.
Strahlung
Wir wissen, dass die Wärmeübertragung durch Leitung und Konvektion die Anwesenheit eines materiellen Mediums erfordert, damit sie stattfindet. Beim Bestrahlungsverfahren geschieht das Gegenteil, d.h. dieser Vorgang benötigt kein Mittel für die Wärmeübertragung zwischen zwei Körpern erfolgt, wie z. B. Wärmeübertragung zwischen Sonne und Erde.
Im Allgemeinen nimmt der Körper einen Teil dieser Strahlung auf und der Rest wird reflektiert, wenn ein Glas eine bestimmte Menge Strahlungsenergie empfängt, zum Beispiel Strahlung von der Sonne. Wir wissen, dass dunkle Körper die Fähigkeit haben, mehr Strahlungsenergie zu absorbieren als helle Körper.
Betrachten Sie einen Körper, dessen äußere Oberfläche die Fläche A hat und der durch diese Fläche emittiert eine Gesamtstrahlung der Leistung P, das ist die pro Zeiteinheit abgestrahlte Energie über alles Oberfläche. Der folgende mathematische Zusammenhang wird als Strahlungs- oder Emissionsleistung (R) eines Körpers bezeichnet:
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R = P/A
Und seine Einheit im Internationalen Einheitensystem ist W/m2.
Mitte des 20. Jahrhunderts entdeckten die österreichischen Wissenschaftler J. Stefan und L. Boltzmann kam experimentell zu dem Schluss, dass die Strahlung eines Körpers ist proportional zur vierten Potenz seiner Temperatur in Kelvin, d. h. R = σT4. Wobei σ die Stefan-Boltzmann-Konstante heißt und bei SI gilt σ = 5,67 x 10-8W/m2K4. Dies wurde für einen realen Körper nachgewiesen, dh Körper, die alle Strahlung vollständig absorbieren oder reflektieren. Wenn der Körper nicht real ist, wird die von Stefan-Baltzmann beschriebene Gleichung um eine Konstante namens Emissionsgrad addiert, also: R = eT4. Das ist Stefan-Boltzmanns Gesetz und dadurch können wir die Strahlung jedes Körpers berechnen, wenn wir seine Temperatur und seinen Emissionsgrad kennen.
Von MARCO Aurélio da Silva
Brasilianisches Schulteam
Thermologie - Physik - Brasilien Schule
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SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Quantitative Untersuchung der Wärmeübertragung"; Brasilien Schule. Verfügbar in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Zugriff am 27. Juni 2021.
