Pētot siltuma pārneses procesus, kas notiek divos dažādu temperatūru ķermeņos, mēs veicam kvalitatīvu siltuma pārneses pētījumu, kas var notikt vadot, apstarojot un konvekcija. Tomēr, veicot šāda veida pētījumu, mums nav svarīgi noteikt siltuma daudzuma vērtību, kas tiek pārnesta no viena ķermeņa uz otru. Pēc tam mēs uzzināsim, kā aprēķināt siltuma daudzumu, kas iesaistīts vadīšanas un apstarošanas procesos.
Braukšana
Siltuma plūsma starp diviem ķermeņiem
Apskatīsim divus ķermeņus ar dažādu temperatūru T1 un T.2, būdams T.2> T.1. Ja mēs apvienosim šos divus ķermeņus ar metāla stieni ar vienādu sekciju A un garumu L, notiks lielāka ķermeņa siltuma vadīšana. temperatūra zemākās temperatūras ķermenim, nosakot, ka ΔQ ir siltuma daudzums, kas iet caur stieni noteiktā diapazonā laiks t. Tiek saukta koeficients starp siltuma daudzumu un laika intervālu siltuma plūsma, ko attēlo grieķu burts fi (Φ) un ko matemātiski var uzrakstīt šādi:
Ja metāla stieni, kas savieno abus ķermeņus, ieskauj izolators, tiek pārbaudīts, vai pēc noteikta laika šis stienis sasniedz situāciju, ko sauc
miera stāvoklis, kam raksturīga tāda pati siltuma plūsma jebkurā stieņa punktā. Šī fakta rezultātā josla sasniedz temperatūru, kas ir nemainīga visā joslā un ar laiku nemainās.Eksperimentāli ir iespējams pārbaudīt, vai siltuma plūsma ir:
• tieši proporcionāls stieņa daļas laukumam, kas savieno abus ķermeņus;
• tieši proporcionāla temperatūras starpībai starp abiem ķermeņiem;
• Apgriezti proporcionāls stieņa garumam, kas savieno ķermeņus.
Pievienojoties šīm trim pārbaudēm un ieviešot proporcionalitātes konstanti, mēs varam uzrakstīt šādu matemātisko vienādojumu:
Kur K ir nemainīga materiāla īpašība, kas veido joslu un tiek saukta siltumvadītspēja. Jo lielāka ir šīs konstantes vērtība, jo lielāka ir siltuma plūsma, ko stienis vada.
Radiācija
Mēs zinām, ka siltuma pārnešanai ar vadīšanu un konvekciju ir nepieciešama materiāla vide, lai tā notiktu. Radiācijas procesā notiek pretējais, tas ir, šim procesam nav nepieciešami līdzekļi notiek siltuma pārnese starp diviem ķermeņiem, tāpat kā, piemēram, siltuma pārnese starp Sauli un Zeme.
Vispārīgi runājot, kad stikls saņem noteiktu daudzumu izstarojošās enerģijas, piemēram, saules starojumu, ķermenis absorbē daļu no šī starojuma un pārējais atstaro. Mēs zinām, ka tumšie ķermeņi spēj absorbēt vairāk starojuma enerģijas nekā gaismas ķermeņi.
Apskatīsim ķermeni, kura ārējās virsmas laukums ir A un kas izstaro caur šo zonu kopējais enerģijas P starojums, kas ir enerģija, ko izstaro laika vienība visā virsma. Šīs ķermeņa matemātiskās attiecības sauc par izstarojumu vai izstarojošo spēku (R):
Nepārtrauciet tūlīt... Pēc reklāmas ir vairāk;)
R = P / A
Un tā vienība starptautiskajā mērvienību sistēmā ir W / m2.
Tomēr 20. gadsimta vidū Austrijas zinātnieki Dž. Stefans un L. Boltmans eksperimentāli nonāca pie tā ķermeņa spožums ir proporcionāls tā temperatūras ceturtajai jaudai Kelvinos, tas ir, R = σT4. Kur σ sauc par Stefana-Boltzmana konstanti un tur pie SI σ = 5,67 x 10-8W / m2K4. Tas ir pārbaudīts reālam ķermenim, tas ir, ķermeņiem, kas pilnībā absorbē vai atspoguļo visu starojumu. Kad ķermenis nav reāls, Stefana-Baltmana aprakstīto vienādojumu pievieno ar konstanti, ko sauc par izstarojamību, tādējādi: R = еσT4. Tas ir Stefana-Boltmana likums un caur to mēs varam aprēķināt jebkura ķermeņa starojumu, kad mēs zinām tā temperatūru un izstarojamību.
Autors MARCO Aurélio da Silva
Brazīlijas skolu komanda
Termoloģija - Fizika - Brazīlijas skola
Vai vēlaties atsaukties uz šo tekstu skolas vai akadēmiskajā darbā? Skaties:
SANTOS, Marko Aurēlio da Silva. "Siltuma pārneses kvantitatīvais pētījums"; Brazīlijas skola. Pieejams: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Piekļuve 2021. gada 27. jūnijam.
