Kun tutkimme lämmönsiirtoprosesseja, jotka tapahtuvat kahdessa eri lämpötilassa olevassa kappaleessa, teemme kvalitatiivisen tutkimuksen lämmönsiirrosta, joka voi tapahtua johtumalla, säteilyttämällä ja konvektio. Kun teemme tämän tyyppisen tutkimuksen, emme kuitenkaan halua määrittää kehosta toiseen siirtyvän lämpömäärän arvoa. Opimme sitten laskemaan johtamis- ja säteilytysprosesseihin liittyvän lämmön määrän.
Ajo
Lämmön virtaus kahden rungon välillä
Tarkastellaan kahta kehoa, joiden lämpötila on T1 ja T2, ollessa T2> T1. Jos yhdistämme nämä kaksi kappaletta metallitangolla, jonka poikkileikkaus on A ja pituus L, tapahtuu suuremman rungon lämmönjohtavuus. lämpötilan alimman lämpötilan kappaleelle määritettäessä, että ΔQ on palkin läpi kulkeva lämmön määrä annetulla alueella aika t. Lämmön määrän ja aikavälin välinen suhde kutsutaan lämpövirta, jota edustaa kreikkalainen kirjain fi (Φ) ja joka voidaan kirjoittaa matemaattisesti seuraavasti:
Jos kahta runkoa yhdistävä metallitanko on eristetty eristeen avulla, varmistetaan, että tietyn ajan kuluttua tämä tanko saavuttaa tilanteen, jota kutsutaan
vakaa tila, jolle on tunnusomaista, että sillä on sama lämpövirta tangon missä tahansa kohdassa. Tämän seurauksena tanko saavuttaa lämpötilan, joka on vakio koko pylväässä eikä muutu ajan myötä.Kokeellisesti on mahdollista varmistaa, että lämpövirta on:
• Suoraan verrannollinen tangon osan pinta-alaan, joka yhdistää molemmat rungot;
• Suoraan verrannollinen kahden ruumiin väliseen lämpötilaeroon;
• Käänteisesti verrannollinen runkoja yhdistävän tangon pituuteen.
Yhdistämällä nämä kolme tarkastusta ja ottamalla käyttöön suhteellisuusvakio voimme kirjoittaa seuraavan matemaattisen yhtälön:
Jossa K on tangon muodostavan materiaalin vakioominaisuus ja sitä kutsutaan lämmönjohtokyky. Mitä suurempi tämän vakion arvo, sitä suurempi lämpövirta, jota tanko johtaa.
Säteily
Tiedämme, että lämmönsiirto johtamisen ja konvektion avulla vaatii materiaalisen väliaineen läsnäolon, jotta se tapahtuu. Säteilyprosessissa tapahtuu päinvastoin, toisin sanoen tämä prosessi ei vaadi keinoja Kahden kehon välillä tapahtuu lämmönsiirto, kuten esimerkiksi lämmönsiirto Auringon ja Auringon välillä Maa.
Yleisesti ottaen, kun lasi vastaanottaa tietyn määrän säteilyenergiaa, esimerkiksi auringon säteilyä, keho absorboi osan tästä säteilystä ja loppuosa heijastuu. Tiedämme, että pimeillä kappaleilla on kyky absorboida enemmän säteilevää energiaa kuin valokappaleilla.
Tarkastellaan kehoa, jonka ulkopinnalla on alue A ja joka säteilee kyseisen alueen läpi tehon P kokonaissäteily, joka on ajan yksikköä kohti säteilevä energia pinta. Seuraavaa matemaattista suhdetta kutsutaan ruumiin säteilyksi tai säteileväksi voimaksi (R):
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
R = P / A
Ja sen yksikkö kansainvälisessä mittayksikköjärjestelmässä on W / m2.
1900-luvun puolivälissä itävaltalaiset tutkijat J. Stefan ja L. Boltzmann tuli kokeellisesti siihen johtopäätökseen ruumiin säteily on verrannollinen sen lämpötilan neljänteen tehoon Kelvinissä, ts. R = σT4. Missä σ: ta kutsutaan Stefan-Boltzmann-vakiona ja se pitää arvolla SI σ = 5,67 x 10-8W / m2K4. Tämä on todennettu todelliselle keholle, eli ruumiille, jotka absorboivat tai heijastavat täysin kaiken säteilyn. Kun runko ei ole todellinen, Stefan-Baltzmannin kuvaama yhtälö lisätään vakiolla, jota kutsutaan emissiivisyydeksi, joka näyttää tältä: R = σσ4. Tämä on Stefan-Boltzmannin laki ja sen avulla voimme laskea minkä tahansa kehon säteilyn, kun tiedämme sen lämpötilan ja emissiivisyyden.
Kirjoittanut MARCO Aurélio da Silva
Brasilian koulutiimi
Termologia - Fysiikka - Brasilian koulu
Haluatko viitata tähän tekstiin koulussa tai akateemisessa työssä? Katso:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Lämmönsiirron kvantitatiivinen tutkimus"; Brasilian koulu. Saatavilla: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Pääsy 27. kesäkuuta 2021.
