Wanneer we de warmteoverdrachtsprocessen bestuderen die plaatsvinden in twee lichamen met verschillende temperaturen, we doen een kwalitatief onderzoek naar de warmteoverdracht die kan optreden door geleiding, bestraling en convectie. Wanneer we dit soort onderzoek doen, houden we ons echter niet bezig met het bepalen van de waarde van de hoeveelheid warmte die van het ene lichaam naar het andere wordt overgedragen. Vervolgens leren we hoe we de hoeveelheid warmte kunnen berekenen die betrokken is bij de geleidings- en bestralingsprocessen.
Het rijden
Warmtestroom tussen twee lichamen
Laten we eens kijken naar twee lichamen met verschillende temperaturen T1 en T2, zijnde T2>T1. Als we deze twee lichamen verenigen met een metalen staaf van uniforme doorsnede A en lengte L, zal de warmtegeleiding van het grotere lichaam optreden. temperatuur voor het lichaam met de laagste temperatuur, waarbij wordt bepaald dat ΔQ de hoeveelheid warmte is die door de staaf gaat in een bepaald bereik van tijd t. Het quotiënt tussen de hoeveelheid warmte en het tijdsinterval wordt genoemd
hittegolf, die wordt weergegeven door de Griekse letter fi (Φ) en wiskundig als volgt kan worden geschreven:
Als de metalen staaf die de twee lichamen met elkaar verbindt, is omgeven door een isolator, wordt geverifieerd dat deze staaf na een bepaalde tijd de situatie bereikt die wordt genoemd stabiele toestand, die wordt gekenmerkt door dezelfde warmtestroom op elk punt op de balk. Als gevolg hiervan bereikt de reep een temperatuur die in de hele reep constant is en niet verandert met de tijd.
Experimenteel is het mogelijk om te verifiëren dat de warmteflux is:
• Recht evenredig met het gebied van het gedeelte van de balk dat de twee lichamen verbindt;
• Recht evenredig met het temperatuurverschil tussen beide lichamen;
• Omgekeerd evenredig met de lengte van de staaf die de lichamen verbindt.
Door deze drie controles samen te voegen en een evenredigheidsconstante te introduceren, kunnen we de volgende wiskundige vergelijking schrijven:
Waar K een constante eigenschap is van het materiaal waaruit de staaf bestaat en wordt genoemd warmtegeleiding. Hoe groter de waarde van deze constante, hoe groter de warmtestroom die de staaf geleidt.
straling
We weten dat warmteoverdracht door geleiding en convectie de aanwezigheid van een materieel medium vereist om dit te laten gebeuren. Bij het bestralingsproces gebeurt het tegenovergestelde, dat wil zeggen, dit proces heeft geen middel nodig voor de warmteoverdracht tussen twee lichamen vindt plaats, zoals bijvoorbeeld warmteoverdracht tussen de zon en Aarde.
Wanneer een glas een bepaalde hoeveelheid stralingsenergie ontvangt, bijvoorbeeld straling van de zon, absorbeert het lichaam in het algemeen een deel van deze straling en de rest wordt gereflecteerd. We weten dat donkere lichamen het vermogen hebben om meer stralingsenergie te absorberen dan lichte lichamen.
Beschouw een lichaam waarvan het buitenoppervlak gebied A heeft en dat door dat gebied uitzendt een totale straling van vermogen P, dat is de uitgestraalde energie per tijdseenheid in totaal oppervlakte. De volgende wiskundige relatie wordt straling of emissive power (R) van een lichaam genoemd:
Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)
R = P/A
En zijn eenheid in het Internationale Stelsel van Eenheden is W/m2.
In het midden van de 20e eeuw ontdekten Oostenrijkse wetenschappers J. Stefan en L. Boltzmann kwam experimenteel tot de conclusie dat: de uitstraling van een lichaam is evenredig met de vierde macht van zijn temperatuur in Kelvin, dat wil zeggen, R = σT4. Waarbij σ de Stefan-Boltzmann-constante wordt genoemd en geldt voor SI σ = 5,67 x 10-8W/m2K4. Dit is geverifieerd voor een echt lichaam, dat wil zeggen, lichamen die alle straling volledig absorberen of reflecteren. Wanneer het lichaam niet echt is, wordt de vergelijking beschreven door Stefan-Baltzmann toegevoegd door een constante genaamd emissiviteit, dus: R = еσT4. Dit is De wet van Stefan-Boltzmann en daardoor kunnen we de straling van elk lichaam berekenen als we de temperatuur en de emissiviteit ervan kennen.
Door MARCO Aurélio da Silva
Brazilië School Team
Thermologie - Fysica - Brazilië School
Wil je naar deze tekst verwijzen in een school- of academisch werk? Kijken:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Kwantitatieve studie van warmteoverdracht"; Brazilië School. Beschikbaar in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Betreden op 27 juni 2021.
