Când studiem procesele de transfer de căldură care au loc în două corpuri de temperaturi diferite, facem un studiu calitativ al transferului de căldură care poate avea loc prin conducție, iradiere și convecție. Cu toate acestea, atunci când facem acest tip de studiu, nu ne preocupă determinarea valorii cantității de căldură care este transferată de la un corp la altul. Vom învăța apoi cum să calculăm cantitatea de căldură implicată în procesele de conducere și iradiere.
Conducere
Debitul de căldură între două corpuri
Să luăm în considerare două corpuri cu temperaturi diferite T1 Si t2, fiind T2> T1. Dacă unim aceste două corpuri cu o bară metalică de secțiune uniformă A și lungime L, va avea loc conducerea de căldură a corpului mai mare. pentru corpul cu temperatura cea mai scăzută, determinând că ΔQ este cantitatea de căldură care trece prin bară într-un interval dat de timpul t. Se numește coeficientul dintre cantitatea de căldură și intervalul de timp flux de caldura, care este reprezentat de litera greacă fi (Φ) și matematic poate fi scris astfel:
Dacă bara de metal care leagă cele două corpuri este înconjurată de un izolator, se verifică că după un anumit timp această bară ajunge la situația numită stare echilibrată, care se caracterizează prin aceeași flux de căldură în orice punct al barei. Ca urmare a acestui fapt, bara atinge o temperatură constantă în toată bara și nu se schimbă cu timpul.
Experimental este posibil să se verifice dacă fluxul de căldură este:
• Direct proporțional cu aria secțiunii barei care unește cele două corpuri;
• Direct proporțional cu diferența de temperatură dintre cele două corpuri;
• Invers proporțional cu lungimea barei care unește corpurile.
Alăturând aceste trei verificări și introducând o constantă de proporționalitate, putem scrie următoarea ecuație matematică:
Unde K este o caracteristică constantă a materialului care alcătuiește bara și se numește conductivitate termică. Cu cât valoarea acestei constante este mai mare, cu atât debitul de căldură pe care îl conduce bara este mai mare.
Radiații
Știm că transferul de căldură prin conducție și convecție necesită prezența unui mediu material pentru ca aceasta să se întâmple. Cu procesul de radiație, se întâmplă opusul, adică acest proces nu are nevoie de un mijloc pentru are loc transferul de căldură între două corpuri, precum, de exemplu, transferul de căldură între Soare și Pământ.
În general, atunci când un pahar primește o anumită cantitate de energie radiantă, de exemplu, radiații de la soare, corpul absoarbe o parte din această radiație, iar restul acesteia este reflectat. Știm că corpurile întunecate au capacitatea de a absorbi mai multă energie radiantă decât corpurile luminoase.
Luați în considerare un corp a cărui suprafață exterioară are aria A și care emite prin acea zonă o radiație totală de putere P, care este energia radiată pe unitate de timp peste tot suprafaţă. Următoarea relație matematică se numește strălucire sau putere emisivă (R) a unui corp:
Nu te opri acum... Există mai multe după publicitate;)
R = P / A
Iar unitatea sa din Sistemul Internațional de Unități este W / m2.
Cu toate acestea, la mijlocul secolului al XX-lea, oamenii de știință austrieci J. Ștefan și L. Boltzmann a ajuns, experimental, la concluzia că strălucirea unui corp este proporțională cu a patra putere a temperaturii sale în Kelvin, adică R = σT4. Unde σ se numește constantă Stefan-Boltzmann și se menține la SI σ = 5,67 x 10-8L / m2K4. Acest lucru a fost verificat pentru un corp real, adică corpuri care absorb sau reflectă pe deplin toate radiațiile. Când corpul nu este real, ecuația descrisă de Stefan-Baltzmann este adăugată printr-o constantă numită emisivitate, astfel: R = еσT4. Aceasta este Legea lui Stefan-Boltzmann și prin el putem calcula strălucirea oricărui corp atunci când îi cunoaștem temperatura și emisivitatea.
De MARCO Aurélio da Silva
Echipa școlii din Brazilia
Termologie - Fizică - Școala din Brazilia
Doriți să faceți referire la acest text într-o școală sau în o lucrare academică? Uite:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. „Studiul cantitativ al transferului de căldură”; Școala din Brazilia. Disponibil in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Accesat la 27 iunie 2021.
