Kada proučavamo procese prijenosa topline koji se odvijaju u dvama tijelima različitih temperatura, radimo kvalitativno proučavanje prijenosa topline koji se može dogoditi provođenjem, zračenjem i konvekcija. Međutim, kada radimo ovu vrstu studije, ne bavimo se određivanjem vrijednosti količine topline koja se prenosi s jednog tijela na drugo. Zatim ćemo naučiti kako izračunati količinu topline koja je uključena u procese provođenja i zračenja.
Vožnja
Protok topline između dva tijela
Razmotrimo dva tijela s različitim temperaturama T1 i T2, biti T2> T1. Ako spojimo ova dva tijela metalnom šipkom ujednačenog presjeka A i duljine L, provodit će toplina iz većeg tijela. temperatura za tijelo s najnižom temperaturom, određujući da je ΔQ količina topline koja prolazi kroz šipku u određenom rasponu od vrijeme Δt. Poziva se količnik između količine topline i vremenskog intervala protok topline, koje je predstavljeno grčkim slovom fi (Φ), a matematički se može zapisati na sljedeći način:
Ako je metalna šipka koja spaja dva tijela okružena izolatorom, provjerava se da nakon određenog vremena ova šipka doseže situaciju tzv.
stabilno stanje, za koju je karakteristično da ima isti toplinski tok u bilo kojoj točki šipke. Kao rezultat te činjenice, šipka doseže temperaturu koja je konstantna u cijeloj šipci i ne mijenja se tijekom vremena.Eksperimentalno je moguće provjeriti je li toplinski tok:
• Izravno proporcionalno površini dijela presjeka koji spaja dva tijela;
• Izravno proporcionalno temperaturnoj razlici između dva tijela;
• Obrnuto proporcionalno duljini šipke koja spaja tijela.
Spajanjem ove tri provjere i uvođenjem konstante proporcionalnosti možemo napisati sljedeću matematičku jednadžbu:
Gdje je K konstantna karakteristika materijala koji čini šipku i naziva se toplinska vodljivost. Što je veća vrijednost ove konstante, to je veći protok topline koji šipka provodi.
Radijacija
Znamo da je za prijenos topline provođenjem i konvekcijom potrebna prisutnost materijalnog medija da bi se to dogodilo. S postupkom zračenja događa se suprotno, tj. Ovom procesu nisu potrebna sredstva za zračenje dolazi do prijenosa topline između dvaju tijela, kao, na primjer, prijenosa topline između Sunca i Zemlja.
Općenito govoreći, kada čaša primi određenu količinu zračenja, na primjer zračenje sunca, tijelo apsorbira dio tog zračenja, a ostatak se reflektira. Znamo da tamna tijela imaju sposobnost upijanja više zračenja od svjetlosnih tijela.
Razmotrimo tijelo čija vanjska površina ima područje A i koje emitira kroz to područje ukupno zračenje snage P, što je energija zračena u jedinici vremena tijekom svega površinski. Sljedeći matematički odnos naziva se zračenjem ili emisijskom snagom (R) tijela:
Ne zaustavljaj se sada... Ima još toga nakon oglašavanja;)
R = P / A
A njegova jedinica u Međunarodnom sustavu jedinica je W / m2.
Međutim, sredinom 20. stoljeća austrijski znanstvenici J. Stefan i L. Boltzmann je eksperimentalno došao do zaključka da zračenje tijela proporcionalno je četvrtoj stepeni njegove temperature u Kelvinu, odnosno R = σT4. Gdje se σ naziva Stefan-Boltzmannova konstanta i vrijedi na SI σ = 5,67 x 10-8Š / m2K4. To je provjereno za stvarno tijelo, odnosno tijela koja u potpunosti apsorbiraju ili odražavaju svo zračenje. Kad tijelo nije stvarno, jednadžba koju je opisao Stefan-Baltzmann dodaje se konstantom koja se naziva emisivnost, pa: R = eσT4. Ovo je Stefan-Boltzmannov zakon a preko nje možemo izračunati zračenje bilo kojeg tijela kad znamo njegovu temperaturu i emisivnost.
Napisao MARCO Aurélio da Silva
Brazilski školski tim
Termologija - Fizika - Brazil škola
Želite li uputiti ovaj tekst u školskom ili akademskom radu? Izgled:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Kvantitativna studija prijenosa topline"; Brazil škola. Dostupno u: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Pristupljeno 27. lipnja 2021.
