Kui uurime kahe erineva temperatuuriga kehas toimuvaid soojusülekande protsesse, teeme kvalitatiivset uuringut soojusülekande kohta, mis võib toimuda juhtivuse, kiiritamise ja konvektsioon. Seda tüüpi uuringute tegemisel ei tegele me aga ühelt kehalt teisele ülekantava soojushulga väärtuse määramisega. Seejärel õpime, kuidas arvutada juhtivus- ja kiiritusprotsessides osaleva soojushulga.
Autojuhtimine
Soojusvoo kahe keha vahel
Vaatleme kahte keha, millel on erinev temperatuur T1 ja T2, olles T2> T1. Kui ühendame need kaks keha ühtlase sektsiooni A ja pikkusega L metallvardaga, toimub suurema keha soojusjuhtivus. temperatuur madalaima temperatuuriga keha jaoks, määrates kindlaks, et ΔQ on riba läbiv soojushulk etteantud vahemikus aeg t. Kutsutakse soojushulga ja ajaintervalli vaheline jagatis soojusvool, mida tähistab kreeka täht fi (Φ) ja matemaatiliselt saab kirjutada järgmiselt:
Kui kahte keha ühendavat metallvarda ümbritseb isolaator, kontrollitakse, et teatud aja möödudes jõuab see varras olukorda, mida nimetatakse
püsiseisund, mida iseloomustab see, et varda mis tahes punktis on sama soojusvoog. Selle fakti tagajärjel saavutab riba temperatuuri, mis on kogu ribas ühtlane ja aja jooksul ei muutu.Eksperimentaalselt on võimalik kontrollida, kas soojusvoog on:
• Otseselt proportsionaalne kahe keha ühendava varda sektsiooni pindalaga;
• otseselt proportsionaalne kahe keha temperatuuri erinevusega;
• Pöördproportsioonis kereid ühendava varda pikkusega.
Nende kolme kontrolliga liitumisel ja proportsionaalsuse konstandi sisestamisel võime kirjutada järgmise matemaatilise võrrandi:
K on varda moodustava materjali konstantne omadus, mida nimetatakse soojusjuhtivus. Mida suurem on selle konstandi väärtus, seda suurem on varda soojusvoo.
Kiirgus
Me teame, et soojusülekanne juhtivuse ja konvektsiooni teel nõuab selle toimumiseks materiaalset keskkonda. Kiiritusprotsessi korral juhtub vastupidine, see tähendab, et see protsess ei vaja toimub soojusülekanne kahe keha vahel, nagu näiteks päikese ja soojusülekanne Maa.
Üldiselt võib öelda, et kui klaas saab teatud koguse kiirgusenergiat, näiteks päikesekiirgust, neelab keha osa sellest kiirgusest ja ülejäänud osa peegeldub. Me teame, et tumedatel kehadel on võime neelata rohkem kiirgavat energiat kui heledatel kehadel.
Vaatleme keha, mille välispinnal on pind A ja mis paisab läbi selle ala võimsuse P üldkiirgus, mis on ajaühikus üle kogu kiiratav energia pind. Järgmist matemaatilist suhet nimetatakse keha kiirguseks või kiirgavaks jõuks (R):
Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)
R = P / A
Ja selle ühik rahvusvahelises ühikute süsteemis on W / m2.
Kuid 20. sajandi keskel olid Austria teadlased J. Stefan ja L. Boltzmann jõudis katseliselt järeldusele, et keha kiirgus on võrdeline selle temperatuuri neljanda võimsusega Kelvinis, st R = σT4. Kus σ nimetatakse Stefan-Boltzmanni konstandiks ja see jääb SI-le σ = 5,67 x 10-8W / m2K4. Seda on kontrollitud tõelise keha, see tähendab kehade puhul, mis neelavad täielikult või peegeldavad kogu kiirgust. Kui keha pole reaalne, lisatakse Stefan-Baltzmanni kirjeldatud võrrand konstandiga, mida nimetatakse kiirgusvõimeks, seega: R = σσ4. See on Stefan-Boltzmanni seadus ja selle kaudu saame arvutada mis tahes keha kiirguse, kui teame selle temperatuuri ja kiirgust.
MARCO Aurélio da Silva
Brasiilia koolimeeskond
Termoloogia - Füüsika - Brasiilia kool
Kas soovite sellele tekstile viidata koolis või akadeemilises töös? Vaata:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Soojusülekande kvantitatiivne uuring"; Brasiilia kool. Saadaval: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Juurdepääs 27. juunil 2021.
