Keď študujeme procesy prenosu tepla, ktoré prebiehajú v dvoch telesách s rôznymi teplotami, robíme kvalitatívnu štúdiu prenosu tepla, ku ktorému môže dôjsť vedením, ožiarením a konvekcia. Keď však robíme tento typ štúdia, nezaoberáme sa určovaním hodnoty množstva tepla, ktoré sa prenáša z jedného tela do druhého. Potom sa naučíme, ako vypočítať množstvo tepla obsiahnutého v procesoch vedenia a ožarovania.
Šoférovanie
Tepelný tok medzi dvoma telesami
Uvažujme o dvoch telesách s rôznymi teplotami T1 a T2, pričom T2> T1. Ak spojíme tieto dve telesá s kovovou tyčou rovnomerného prierezu A a dĺžky L, dôjde k vedeniu tepla z väčšieho telesa. teplota pre teleso s najnižšou teplotou, pričom sa určuje, že ΔQ je množstvo tepla, ktoré prechádza tyčou v danom rozmedzí čas Δt. Volá sa kvocient medzi množstvom tepla a časovým intervalom tepelný tok, ktoré je reprezentované gréckym písmenom fi (Φ) a matematicky je možné ho napísať takto:
Ak je kovová tyč, ktorá spája tieto dve telesá, obklopená izolátorom, je overené, že po určitej dobe táto tyč dosiahne situáciu tzv.
ustálený stav, ktorý sa vyznačuje tým, že má v ktoromkoľvek mieste tyče rovnaký tepelný tok. V dôsledku tejto skutočnosti tyč dosiahne teplotu, ktorá je konštantná v celej tyči a časom sa nemení.Experimentálne je možné overiť, či je tepelný tok:
• Priamo úmerné ploche časti tyče, ktorá sa spája s dvoma telami;
• priamo úmerné teplotnému rozdielu medzi týmito dvoma telesami;
• Naopak, úmerné dĺžke tyče spájajúcej telá.
Spojením týchto troch kontrol a zavedením konštanty proporcionality môžeme napísať nasledujúcu matematickú rovnicu:
Kde K je konštantná charakteristika materiálu, ktorý tvorí tyč a je nazývaný tepelná vodivosť. Čím väčšia je hodnota tejto konštanty, tým väčší je tepelný tok, ktorý tyč vedie.
Žiarenie
Vieme, že prenos tepla vedením a konvekciou vyžaduje prítomnosť materiálneho média, aby k tomu mohlo dôjsť. Pri radiačnom procese sa stáva pravý opak, to znamená, že tento proces nepotrebuje prostriedky na dochádza k prenosu tepla medzi dvoma telesami, napríklad k prenosom tepla medzi Slnkom a Zem.
Všeobecne povedané, keď sklo prijme určité množstvo žiarivej energie, napríklad žiarenia zo slnka, telo absorbuje časť tohto žiarenia a zvyšok sa odrazí. Vieme, že tmavé telá majú schopnosť absorbovať viac žiarivej energie ako svetlé telá.
Zvážte teleso, ktorého vonkajší povrch má plochu A a ktoré touto oblasťou vyžaruje celkové vyžarovanie výkonu P, čo je energia vyžarovaná za jednotku času vo všetkých povrch. Nasledujúci matematický vzťah sa nazýva vyžarovanie alebo emisná sila (R) tela:
Teraz neprestávajte... Po reklame je toho viac;)
R = P / A
A jeho jednotka v medzinárodnom systéme jednotiek je W / m2.
V polovici 20. storočia však rakúski vedci J. Štefan a L. Boltzmann experimentálne dospel k záveru, že vyžarovanie telesa je úmerné štvrtej sile jeho teploty v Kelvinoch, teda R = σT4. Kde σ sa nazýva Stefan-Boltzmannova konštanta a drží sa na SI σ = 5,67 x 10-8W / m2K4. Toto bolo overené pre skutočné telo, to znamená telá, ktoré úplne absorbujú alebo odrážajú všetko žiarenie. Ak telo nie je skutočné, k rovnici opísanej Stefanom-Baltzmannom sa pridá konštanta zvaná emisivita, ktorá vyzerá takto: R = еσT4. Toto je Stefan-Boltzmann zákon a prostredníctvom neho môžeme vypočítať vyžarovanie ľubovoľného telesa, keď poznáme jeho teplotu a jeho emisivitu.
Autor: MARCO Aurélio da Silva
Brazílsky školský tím
Termológia - Fyzika - Brazílska škola
Prajete si odkaz na tento text v školskej alebo akademickej práci? Pozri:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. „Kvantitatívna štúdia prenosu tepla“; Brazílska škola. Dostupné v: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Sprístupnené 27. júna 2021.
