Amikor két különböző hőmérsékletű testben zajló hőátadási folyamatokat vizsgáljuk, kvalitatív vizsgálatot végzünk a hővezetésről, amely vezetés, besugárzás és konvekció. Amikor azonban ilyen típusú tanulmányokat végzünk, nem foglalkozunk az egyik testből a másikba átvitt hőmennyiség értékének meghatározásával. Ezután megtanuljuk, hogyan kell kiszámítani a vezetési és besugárzási folyamatokban részt vevő hőmennyiséget.
Vezetés
Hőáramlás két test között
Vegyünk két különböző T hőmérsékletű testet1 és T2, mivel T2> T1. Ha egyesítjük ezt a két testet egy egyenletes A szakaszú és L hosszúságú fémrúddal, akkor a nagyobb test hővezetése következik be. hőmérséklet a legalacsonyabb hőmérsékletű testnél, meghatározva, hogy ΔQ az a hőmennyiség, amely egy adott tartományban áthalad a rudon idő t. A hőmennyiség és az időintervallum hányadosát hívjuk meg hőáram, amelyet a görög fi (Φ) betű képvisel, és matematikailag a következőképpen írható:
Ha a két testet összekötő fémrudat szigetelő veszi körül, akkor ellenőrzik, hogy egy bizonyos idő után ez a rúd eléri-e az ún.
állandó állapot, amelyet a rúd bármely pontján azonos hőáram jellemez. Ennek eredményeként a rúd olyan hőmérsékletet ér el, amely az egész sávban állandó, és idővel nem változik.Kísérletileg ellenőrizhető, hogy a hőáram:
• Közvetlenül arányos a rúdnak a két testet összekötő szakaszának területével;
• Közvetlenül arányos a két test közötti hőmérséklet-különbséggel;
• Fordítottan arányos a testeket összekötő rúd hosszával.
E három ellenőrzés összekapcsolásával és egy arányossági állandó bevezetésével a következő matematikai egyenletet írhatjuk fel:
Ahol K a rudat alkotó és elhívott anyag állandó jellemzője hővezető. Minél nagyobb ennek az állandónak az értéke, annál nagyobb a hőáram, amelyet a rúd vezet.
Sugárzás
Tudjuk, hogy a vezetés és konvekció útján történő hőátadáshoz anyagi közeg jelenléte szükséges. A sugárzási folyamattal az ellenkezője történik, vagyis ennek a folyamatnak nincs szüksége eszközre a hőátadás két test között történik, mint például a Nap és a Nap közötti hőátadás Föld.
Általánosságban elmondható, hogy amikor egy üveg bizonyos mennyiségű sugárzási energiát kap, például a nap sugárzását, a test elnyeli ennek a sugárzásnak a részét, és a maradék része visszaverődik. Tudjuk, hogy a sötét testek képesek több sugárzó energiát elnyelni, mint a fénytestek.
Vegyünk egy testet, amelynek külső felületének A területe van, és amely ezen a területen keresztül bocsát ki a P teljesítmény teljes sugárzása, amely az időegység alatt sugárzott energia felület. A következő matematikai összefüggést nevezzük egy test sugárzásának vagy sugárzó erejének (R):
Ne álljon meg most... A reklám után még több van;)
R = P / A
És egysége a Nemzetközi Egységrendszerben W / m2.
A 20. század közepén azonban osztrák tudósok J. Stefan és L. Boltzmann kísérletileg arra a következtetésre jutott egy test sugárzása arányos hőmérsékletének negyedik hatványával Kelvinben, azaz R = σT4. Ahol σ-t Stefan-Boltzmann-állandónak nevezzük, és SI esetén σ = 5,67 x 10 tart-8W / m2K4. Ezt egy valódi test esetében igazolták, vagyis olyan testek esetében, amelyek teljes mértékben elnyelik vagy visszaverik az összes sugárzást. Ha a test nem valós, a Stefan-Baltzmann által leírt egyenletet hozzáadjuk egy állandónak nevezett állandóval, így: R = еσT4. Ez Stefan-Boltzmann törvénye és ezen keresztül bármely test sugárzását kiszámíthatjuk, ha ismerjük annak hőmérsékletét és emissziós képességét.
MARCO Aurélio da Silva
Brazil iskolai csapat
Termológia - Fizika - Brazil iskola
Hivatkozni szeretne erre a szövegre egy iskolai vagy tudományos munkában? Néz:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "A hőátadás mennyiségi vizsgálata"; Brazil iskola. Elérhető: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Hozzáférés: 2021. június 27.
