Soojusjuhtivuse näide

Sõit on koos konvektsioon ja kiirgus, üks kolmest soojusülekandemehhanismist. See on energia ülekandmine aine energeetilisematest osakestest külgnevatesse vähem energilistesse osakestesse nende osakeste vahelise interaktsiooni tulemusena. Juhtimine võib toimuda igas füüsilises olekus, olgu see siis tahke, vedel või gaasiline. Gaasides ja vedelikes on juhtivus tingitud molekulide kokkupõrkest ja difusioonist nende juhusliku liikumise ajal. Tahketes ainetes on see tingitud võres olevate molekulide vibratsioonide ja vabade elektronide energia transportimisest. Näiteks tuleb aeg, kui soojas toas külm purgijook soojeneb toatemperatuurini. soojusülekande tulemusena ruumist joogini läbi alumiiniumi, mis seda moodustab saab.

Soojusjuhtivuse kiirus keskkonnas sõltub keskkonna geomeetrilisest konfiguratsioonist see, selle paksus ja materjal, millest see on valmistatud, samuti temperatuuride erinevus ta. Kuuma veepaagi mähkimine klaaskiust, mis on isoleermaterjal, vähendab teadaolevalt selle paagi soojuskadude määra. Mida paksem on isolatsioon, seda väiksem on soojuskadu. Samuti on teada, et kuuma veepaak kaotab soojuse suurema kiirusega, kui selle ruumi temperatuuri langetatakse. Samuti, mida suurem on paak, seda suurem on pind ja sellest tulenevalt ka soojuskadu.

Kuumuse püsikontsentratsiooni juhtimist (mis jääb konstantseks ja ilma nähtavate kõikumisteta) võib pidada läbi suure lameda seina paksusega Δx = L ja pindalaga A. Temperatuuri erinevus seina ühelt küljelt teisele on ΔT = T₂-T₁. Katsed on näidanud, et soojusülekande kiirus Q läbi seina kahekordistub, kui temperatuuride vahe ΔT kahekordistub. selle teisel küljel või muul juhul soojusülekande suunaga risti olev ala A kahekordistub, kuid see väheneb poole võrra, kui Sein. Seetõttu järeldatakse, et soojusjuhtivuse kiirus läbi lameda kihi on erinevusega proportsionaalne temperatuuri läbi selle ja soojusülekande piirkonnaga, kuid see on pöördvõrdeline selle kihi paksusega; on esitatud järgmise võrrandiga:

Kui proportsionaalsuse konstant k on Soojusjuhtivus materjalist, mis on materjali võime juhtida soojust. Δxà0 piiraval juhul taandub eelmine võrrand diferentsiaalkujule:

Diferentsiaalset manifestatsiooni nimetatakse Fourieri soojusjuhtivuse seadus, J. auks Fourier, kes väljendas seda esmakordselt oma soojusülekande tekstis 1822. aastal. DT / dx osa nimetatakse Temperatuuri gradient, mis on temperatuurikõvera kalle T-x diagrammil, see tähendab temperatuuri muutumise kiirus x suhtes, materjali paksus, asukohas x. Kokkuvõtteks võib öelda, et Fourieri soojusjuhtivuse seadus näitab, et soojusjuhtivuse määr ühes suunas on proportsionaalne selles suunas toimuva temperatuurigradientiga. Soojus juhitakse temperatuuri languse suunas ja temperatuuri gradient muutub negatiivseks, kui viimane väheneb x suurenemisega. Negatiivne märk võrrandites tagab, et soojusülekanne positiivses x suunas on positiivne suurus.

Soojusülekande ala A on alati selle ülekande suunaga risti. Näiteks soojuskadude jaoks seina kaudu, mille pikkus on 5 meetrit, kõrgus 3 meetrit ja paksus 25 sentimeetrit, on soojusülekande pindala A = 15 ruutmeetrit. Tuleb märkida, et seina paksus ei mõjuta A-d.

Soojusjuhtivus

 Materjalide suur mitmekesisus hoiab soojust erinevalt ja spetsiifilise soojuse C omadus on määratletud._P materjali soojusenergia salvestamise võime mõõtmena. Näiteks C_P= 4,18 kJ / Kg * ° C vee jaoks ja 0,45 kJ / Kg * ° C raua jaoks toatemperatuuril näitab, et vesi suudab massiühiku kohta salvestada peaaegu 10 korda rohkem energiat kui raud. Samamoodi on soojusjuhtivus k materjali soojusjuhtivuse mõõt. Näiteks vee = k = 0,608 W / m * ° C ja raua puhul toatemperatuuril 80,2 W / m * ° C näitavad, et raud juhib soojust rohkem kui 100 korda kiiremini kui vesi. Seetõttu öeldakse, et vesi on raua suhtes kehv soojusjuht, kuigi vesi on suurepärane keskkond soojusenergia salvestamiseks.

Soojusjuhtivuse määramiseks kiirusena on võimalik kasutada ka Fourieri soojusjuhtivuse seadust soojusülekanne läbi materjali paksuse ühiku pindalaühiku ja temperatuuri erinevuse kohta. Materjali soojusjuhtivus on materjali soojusjuhtivuse näitaja. Kõrge soojusjuhtivuse väärtus näitab, et materjal on hea soojusjuht ja madal väärtus näitab, et see on halb juht või et see on Isoleeriv soojus.

Termiline hajuvus

 Materjalide teine ​​omadus, mis osaleb soojusjuhtivuse analüüsis üleminekurežiimis (või muutuv) on termiline hajuvus, mis näitab, kui kiiresti soojus materjali kaudu hajub, ja see on määratletud kui jätkake:

Olles lugeja k, on soojusjuhtivus ja aine tiheduse erisoojuse nimetaja korrutis tähistab soojusvõimsust. Soojusjuhtivus näitab, kui hästi materjal soojust juhib, ja soojusvõimsus näitab, kui palju materjali materjal mahutab mahuühiku kohta. Seetõttu võib materjali termilise hajuvuse ette kujutada kui materjali läbiva soojuse ja ruumalaühiku kohta salvestatud soojuse suhet.

Materjalil, millel on kõrge soojusjuhtivus või madal soojusmahtuvus, on lõppkokkuvõttes kõrge soojus hajuvus. Mida suurem on termiline hajuvus, seda kiiremini levib soojus keskkonda. Teisest küljest tähendab väike termiline hajuvus seda, et materjal absorbeerib enamasti soojust ja väike osa sellest soojusest juhitakse edasi.

Näiteks veiseliha ja vee termiline hajuvus on identne. Loogika seisneb selles, et liha, samuti värsked köögiviljad ja puuviljad, moodustavad suurema osa veest ning seetõttu on neil ka termilised omadused.