Når vi studerer varmeoverføringsprosessene som foregår i to legemer med forskjellige temperaturer, vi gjør en kvalitativ studie av varmeoverføringen som kan oppstå ved ledning, bestråling og konveksjon. Men når vi gjør denne typen studier, er vi ikke opptatt av å bestemme verdien av mengden varme som overføres fra en kropp til en annen. Vi vil da lære å beregne mengden varme som er involvert i lednings- og bestrålingsprosessene.
Kjøring
Varmestrøm mellom to kropper
La oss se på to legemer med forskjellige temperaturer T1 og T2, å være T2> T1. Hvis vi forener disse to kroppene med en metallstang med ensartet seksjon A og lengde L, vil varmeledningen til den større kroppen oppstå. temperatur for kroppen med laveste temperatur, og bestemme at ΔQ er mengden varme som passerer gjennom stangen i et gitt område på tid t. Kvotienten mellom mengden varme og tidsintervallet kalles varmebølge, som er representert av den greske bokstaven fi (Φ) og matematisk kan skrives som følger:
Hvis metallstangen som forbinder de to kroppene er omgitt av en isolator, blir det bekreftet at denne stangen etter en viss tid når den situasjonen som kalles
stabil, som er preget av å ha samme varmestrøm når som helst på stangen. Som et resultat av dette faktum når stangen en temperatur som er konstant i hele stangen, og endres ikke med tiden.Eksperimentelt er det mulig å verifisere at varmestrømmen er:
• Direkte proporsjonal med arealet av stangen som forbinder de to kroppene;
• Direkte proporsjonal med temperaturforskjellen mellom de to kroppene;
• Omvendt proporsjonal med lengden på stangen som forbinder kroppene.
Ved å bli sammen med disse tre kontrollene og innføre en proporsjonalitetskonstant, kan vi skrive følgende matematiske ligning:
Hvor K er en konstant karakteristikk av materialet som utgjør stangen og kalles termisk ledningsevne. Jo større verdien av denne konstanten er, desto større varmestrøm fører stangen.
Stråling
Vi vet at varmeoverføring ved ledning og konveksjon krever tilstedeværelse av et materialmedium for at det skal skje. Med stråleprosessen skjer det motsatte, det vil si at denne prosessen ikke trenger et middel for varmeoverføring mellom to legemer forekommer, som for eksempel varmeoverføringer mellom solen og Jord.
Når et glass mottar en viss mengde strålingsenergi, for eksempel stråling fra solen, absorberer kroppen generelt noe av denne strålingen, og resten av den reflekteres. Vi vet at mørke kropper har evnen til å absorbere mer strålende energi enn lyslegemer.
Tenk på et legeme hvis ytre overflate har areal A, og som slipper ut gjennom dette området en total stråling av kraft P, som er energien som utstråles per tidsenhet over alt flate. Følgende matematiske forhold kalles utstråling eller emissiv kraft (R) til en kropp:
Ikke stopp nå... Det er mer etter annonseringen;)
R = P / A
Og enheten i det internasjonale systemet for enheter er W / m2.
Imidlertid, i midten av det 20. århundre, østerrikske forskere J. Stefan og L. Boltzmann kom eksperimentelt til den konklusjonen at en kropps utstråling er proporsjonal med den fjerde kraften til temperaturen i Kelvin, det vil si R = σT4. Der σ kalles Stefan-Boltzmann-konstanten og holder ved SI σ = 5,67 x 10-8W / m2K4. Dette har blitt bekreftet for en virkelig kropp, det vil si kropper som absorberer eller reflekterer all stråling fullt ut. Når kroppen ikke er ekte, blir ligningen beskrevet av Stefan-Baltzmann lagt til av en konstant som kalles emissivitet, og dermed: R = еσT4. Dette er Stefan-Boltzmanns lov og gjennom den kan vi beregne utstrålingen til en hvilken som helst kropp når vi vet dens temperatur og dens emissivitet.
Av MARCO Aurélio da Silva
Brasil skolelag
Termologi - Fysikk - Brasilskolen
Vil du referere til denne teksten i et skole- eller akademisk arbeid? Se:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Kvantitativ studie av varmeoverføring"; Brasilskolen. Tilgjengelig i: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Tilgang 27. juni 2021.
