כאשר אנו חוקרים את תהליכי העברת החום המתרחשים בשני גופים של טמפרטורות שונות, אנו מבצעים מחקר איכותני על העברת החום שיכולה להתרחש על ידי הולכה, הקרנה ו הולכת חום. עם זאת, כאשר אנו מבצעים סוג זה של מחקר, איננו עוסקים בקביעת ערך כמות החום המועברת מגוף אחד לאחר. לאחר מכן נלמד כיצד לחשב את כמות החום המעורבת בתהליכי ההולכה וההקרנה.
נְהִיגָה
זרימת חום בין שני גופים
בואו ניקח בחשבון שני גופים עם טמפרטורות שונות T1 ו- ת2, להיות T2> ט1. אם נאחד את שני הגופים הללו עם מוט מתכתי של חתך אחיד ואורך L, תתרחש הולכת החום של הגוף הגדול יותר. הטמפרטורה לגוף הטמפרטורה הנמוך ביותר, וקביעה כי ΔQ הוא כמות החום העוברת בפס בטווח נתון של זמן t. נקבע הכמות בין כמות החום למרווח הזמן זרימת חום, אשר מיוצג על ידי האות היוונית fi (Φ) ומתמטית ניתן לכתוב כך:
אם מוט המתכת המחבר בין שני הגופים מוקף בבידוד, אומת שלאחר זמן מסוים מוט זה מגיע למצב הנקרא מצב יציב, המאופיין בכך שטף חום זהה בכל נקודה על הבר. כתוצאה מעובדה זו, הבר מגיע לטמפרטורה קבועה בכל הבר, ואינה משתנה עם הזמן.
באופן ניסיוני ניתן לוודא שטף החום הוא:
• פרופורציונלי ישיר לשטח קטע הבר המצטרף לשני הגופים;
• ביחס ישר להפרש הטמפרטורה בין שני הגופים;
• ביחס הפוך לאורך הבר המצטרף לגופים.
בהצטרפות לשלושת הבדיקות הללו והכנסת קבוע מידתיות, נוכל לכתוב את המשוואה המתמטית הבאה:
כאשר K הוא מאפיין מתמיד של החומר המרכיב את הבר ונקרא מוליכות תרמית. ככל שערכו של קבוע זה גדול יותר, כך זרימת החום שמוליך המוליך גדולה יותר.
קְרִינָה
אנו יודעים כי העברת חום על ידי הולכה והסעה מחייבת קיום של מדיום חומרי בכדי שזה יקרה. עם תהליך הקרינה קורה ההפך, כלומר, תהליך זה אינו זקוק לאמצעי עבור ה- העברת חום בין שני גופים מתרחשת, כמו, למשל, העברות חום בין השמש ל כדור הארץ.
באופן כללי, כאשר כוס מקבלת כמות מסוימת של אנרגיה קורנת, למשל, קרינה מהשמש, הגוף סופג חלק מהקרינה הזו ושארה משתקפת. אנו יודעים שלגופים כהים יש יכולת לספוג אנרגיה קורנת יותר מגופי אור.
שקול גוף שעל פניו החיצוניים יש שטח A, והוא פולט דרך אזור זה קרינה כוללת של כוח P, שהיא האנרגיה המוקרנת ליחידת זמן על פני כל משטח. הקשר המתמטי הבא נקרא זוהר או כוח פולט (R) של גוף:
אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)
R = P / A
והיחידה שלה במערכת היחידות הבינלאומית היא W / m2.
עם זאת, באמצע המאה ה -20, המדענים האוסטרים י. סטפן ול ' בולצמן הגיע, בניסוי, למסקנה ש זוהר הגוף הוא פרופורציונלי לעוצמה הרביעית של הטמפרטורה שלו בקלווין, כלומר R = σT4. כאשר σ נקרא קבוע סטפן-בולצמן ומחזיק ב- SI σ = 5.67 x 10-8W / m2ק4. זה אומת על גוף אמיתי, כלומר גופים שקולטים לחלוטין או משקפים את כל הקרינה. כאשר הגוף אינו אמיתי, המשוואה שתוארה על ידי סטפן-בלצמן מתווספת על ידי קבוע הנקרא פליטה, וכך: R = еσT4. זה החוק של סטפן-בולצמן ובאמצעותו אנו יכולים לחשב את הזוהר של כל גוף כשאנו מכירים את הטמפרטורה שלו ואת האמינות שלו.
מאת מרקו אורליו דה סילבה
צוות בית הספר בברזיל
תרמולוגיה - פיזיקה - בית ספר ברזיל
האם תרצה להתייחס לטקסט זה בבית ספר או בעבודה אקדמית? תראה:
סנטוס, מרקו אורליו דה סילבה. "מחקר כמותי של העברת חום"; בית ספר ברזיל. אפשר להשיג ב: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. גישה אליו ב -27 ביוני 2021.
