Výpočet tepelného prúdu

Mint Images RF/Getty Images

The tepelný prúd je rýchlosť prenosu tepla v priebehu času. Pretože ide o mieru tepelnej energie v čase, tzv jednotka ÁNO tepelného prúdu je joule za sekundu alebo watt (W).

Teplo prúdi cez hmotné predmety cez vedenie , pričom zahrievané častice odovzdávajú svoju energiu susedným časticiam. Vedci študovali tok tepla materiálmi ešte predtým, než vôbec vedeli, že materiály sú zložené z atómov, a tepelný prúd je jedným z konceptov, ktorý bol v tomto ohľade užitočný. Aj dnes, aj keď si rozumieme prenos tepla v súvislosti s pohybom jednotlivých atómov je vo väčšine situácií nepraktické a neužitočné pokúšať sa uvažovať o situácii týmto spôsobom a ustúpiť a zaobchádzať s objektom vo väčšom meradle je najvhodnejším spôsobom štúdia alebo predpovedania. pohyb tepla.

Matematika tepelného prúdu

Pretože tepelný prúd predstavuje tok tepelná energia časom si o tom môžete myslieť, že predstavuje malé množstvo tepelnej energie, dQ ( Q je premenná bežne používaná na reprezentáciu tepelnej energie), prenášaná v krátkom čase, dt . Pomocou premennej H na vyjadrenie tepelného prúdu získate rovnicu:

H = dQ / dt

Ak ste si dali predkalkul resp kalkul , možno si uvedomíte, že rýchlosť zmeny, ako je táto, je ukážkovým príkladom toho, kedy by ste chceli použiť limit, keď sa čas blíži k nule. Experimentálne to môžete urobiť meraním zmeny tepla v čoraz menších časových intervaloch.

Experimenty na určenie tepelného prúdu identifikovali nasledujúci matematický vzťah:

H = dQ / dt = kA ( T_H - T_C )/ L

Môže sa to zdať ako zastrašujúca škála premenných, tak si ich poďme rozobrať (niektoré z nich už boli vysvetlené):

• H : prúd tepla
• dQ : malé množstvo tepla preneseného za určitý čas dt
• dt : malé množstvo času, počas ktorého dQ bol prenesený
• k : tepelná vodivosť materiálu
• A : prierezová plocha objektu
• T_H - T_C : teplotný rozdiel medzi najteplejšou a najchladnejšou teplotou v materiáli
• L : dĺžka, cez ktorú sa prenáša teplo

Existuje jeden prvok rovnice, ktorý by sa mal posudzovať nezávisle:

( T_H - T_C )/ L

Ide o teplotný rozdiel na jednotku dĺžky, známy ako teplotný gradient .

Tepelná odolnosť

V strojárstve často používajú pojem tepelný odpor, R opísať, ako dobre tepelný izolátor bráni prenosu tepla cez materiál. Pre dosku materiálu tl L , vzťah pre daný materiál je R = L / k , výsledkom čoho je tento vzťah:

H = A ( T_H - T_C )/ R