När vi studerar värmeöverföringsprocesserna som äger rum i två kroppar med olika temperaturer, vi gör en kvalitativ studie av värmeöverföringen som kan ske genom ledning, bestrålning och konvektion. Men när vi gör den här typen av studier är vi inte intresserade av att bestämma värdet på mängden värme som överförs från en kropp till en annan. Vi lär oss sedan hur man beräknar mängden värme som är involverad i lednings- och bestrålningsprocesserna.
Körning
Värmeflöde mellan två kroppar
Låt oss överväga två kroppar med olika temperaturer T1 och t2, är T2> T1. Om vi förenar dessa två kroppar med en metallstång med enhetlig sektion A och längd L kommer värmeledningen hos den större kroppen att inträffa. temperatur för kroppen med den lägsta temperaturen och bestämmer att ΔQ är mängden värme som passerar genom stapeln inom ett givet intervall av tid t. Kvoten mellan mängden värme och tidsintervallet anropas värmeflöde, som representeras av den grekiska bokstaven fi (Φ) och matematiskt kan skrivas enligt följande:
Om metallstången som förbinder de två kropparna omges av en isolator, är det verifierat att denna stång efter en viss tid når den situation som kallas stabilt läge, som kännetecknas av att ha samma värmeflöde vid vilken punkt som helst på stången. Som ett resultat av detta faktum når stapeln en temperatur som är konstant i hela stapeln och ändras inte över tiden.
Experimentellt är det möjligt att verifiera att värmeflödet är:
• Direkt proportionell mot arean av stångsektionen som förenar de två kropparna;
• Direkt proportionell mot temperaturskillnaden mellan de två kropparna;
• Omvänt proportionell mot längden på stången som förbinder kropparna.
Genom att gå med i dessa tre kontroller och införa en proportionalitetskonstant kan vi skriva följande matematiska ekvation:
Där K är en konstant egenskap hos det material som utgör baren och kallas värmeledningsförmåga. Ju större värde på denna konstant, desto större värmeflöde som stången leder.
Strålning
Vi vet att värmeöverföring genom ledning och konvektion kräver närvaron av ett material för att det ska ske. Med strålningsprocessen sker det motsatta, det vill säga, den här processen behöver inte ett medel för värmeöverföring mellan två kroppar sker, som till exempel värmeöverföringar mellan solen och Jorden.
I allmänhet, när ett glas får en viss mängd strålningsenergi, till exempel strålning från solen, absorberar kroppen en del av denna strålning och resten av den reflekteras. Vi vet att mörka kroppar har förmågan att absorbera mer strålande energi än ljusa kroppar.
Tänk på en kropp vars yttre yta har område A och som strömmar ut genom området en total strålning av kraft P, vilket är den energi som utstrålas per tidsenhet överallt yta. Följande matematiska förhållande kallas en kropps utstrålning eller utsläppskraft (R):
Sluta inte nu... Det finns mer efter reklam;)
R = P / A
Och dess enhet i det internationella systemet för enheter är W / m2.
Men i mitten av 1900-talet österrikiska forskare J. Stefan och L. Boltzmann kom, experimentellt, till slutsatsen att en kropps utstrålning är proportionell mot den fjärde effekten av dess temperatur i Kelvin, det vill säga R = σT4. Där σ kallas Stefan-Boltzmann-konstanten och håller vid SI σ = 5,67 x 10-8W / m2K4. Detta har verifierats för en verklig kropp, det vill säga kroppar som helt absorberar eller reflekterar all strålning. När kroppen inte är riktig läggs ekvationen som beskrivs av Stefan-Baltzmann av en konstant som kallas emissivitet, alltså: R = èσT4. Detta är Stefan-Boltzmanns lag och genom det kan vi beräkna vilken kropps utstrålning som helst när vi känner till dess temperatur och dess emissivitet.
Av MARCO Aurélio da Silva
Brasilien skollag
Termologi - Fysik - Brasilien skola
Vill du hänvisa till texten i en skola eller ett akademiskt arbete? Se:
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Kvantitativ studie av värmeöverföring"; Brasilien skola. Tillgänglig i: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-quantitativo-transferencia-calor.htm. Åtkomst den 27 juni 2021.
