სითბოს გამტარობის მაგალითი

მართვა არის ერთად კონვექცია და გამოსხივება, სითბოს გადაცემის სამი მექანიზმიდან ერთი. ეს არის ენერგიის გადატანა ნივთიერების უფრო ენერგიული ნაწილაკებიდან მომიჯნავე ნაკლებად ენერგიულებზე, ამ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების შედეგად. გამტარობა შეიძლება განხორციელდეს ნებისმიერ ფიზიკურ მდგომარეობაში, იქნება ეს მყარი, თხევადი თუ გაზი. გაზებში და სითხეებში გამტარობა განპირობებულია მოლეკულების შეჯახებით და დიფუზიით მათი შემთხვევითი მოძრაობის დროს. მყარ ნივთიერებებში ეს განპირობებულია გისოსში მოლეკულების ვიბრაციის კომბინაციით და თავისუფალი ელექტრონებით ენერგიის ტრანსპორტირებით. მაგალითად, დადგება დრო, როდესაც თბილ ოთახში ცივი დაკონსერვებული სასმელი თბება ოთახის ტემპერატურაზე. გამტარობით სითბოს გადაცემის შედეგად, ოთახიდან სასმელამდე, ალუმინის საშუალებით, რომელიც ქმნის შეიძლება

სითბოს გამტარობის სიჩქარე საშუალებით დამოკიდებულია გეომეტრიულ კონფიგურაციაზე ეს, მისი სისქე და მასალა, რომლისგანაც დამზადებულია, აგრეთვე ტემპერატურის სხვაობა მთელს მსოფლიოში ის ცნობილია, რომ ცხელი წყლის ავზის შეფუთვა მინაბოჭკოვანი მილით, რომელიც არის საიზოლაციო მასალა, ამცირებს ამ ავზიდან სითბოს დაკარგვის სიჩქარეს. სქელი იზოლაცია, მით ნაკლებია სითბოს დაკარგვა. ასევე ცნობილია, რომ ცხელი წყლის ავზი უფრო მაღალი სიჩქარით დაკარგავს სითბოს, როდესაც ოთახის ტემპერატურა დაიწევა, სადაც ის განთავსებულია. ასევე, რაც უფრო დიდია ავზი, მით მეტია ზედაპირის ფართობი და, შესაბამისად, სითბოს დაკარგვის სიჩქარე.

სტაბილური მდგომარეობის გამტარობა (რომელიც რჩება მუდმივად და აშკარა რყევების გარეშე) შეიძლება განვიხილოთ Δx = L სისქის დიდი ბრტყელი კედლის საშუალებით და A ფართობი. ტემპერატურის სხვაობა კედლის ერთი მხრიდან მეორეში არის ΔT = T₂-ტ₁. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ კედლის მეშვეობით სითბოს გადაცემის სიჩქარე ორმაგდება, როდესაც ტემპერატურის სხვაობა ΔT გაორმაგდება ერთიდან მეორეზე. მისი მეორე მხარე, ანდა, სითბოს გადაცემის მიმართულებით პერპენდიკულარული ფართობი A გაორმაგდა, მაგრამ ის განახევრდება, როდესაც სისქე L კედელი. აქედან გამომდინარე, დაასკვნეს, რომ სიბრტყის ფენის საშუალებით სითბოს გამტარობის სიჩქარე განსხვავების პროპორციულია მისი მეშვეობით ტემპერატურისა და სითბოს გადაცემის არეალისკენ, მაგრამ ეს უკუპროპორციულია ამ ფენის სისქისა; წარმოდგენილია შემდეგი განტოლებით:

სადაც k პროპორციულობის მუდმივია თერმული კონდუქტომეტრული მასალის, რაც წარმოადგენს მასალის სითბოს გამტარობის საზომს. Δxà0- ის შემზღუდველი შემთხვევაში, წინა განტოლება ამცირებს მის დიფერენციალურ ფორმას:

დიფერენციალური გამოვლინება ეწოდება ფურიეს კანონი სითბოს გატარების შესახებ, ჯ. ფურიემ, რომელმაც ეს პირველად გამოხატა თავის ტექსტში სითბოს გადაცემის შესახებ 1822 წელს. DT / dx ნაწილს ეწოდება ტემპერატურის გრადიენტი, რომელიც არის ტემპერატურის მრუდის დახრილი T-x დიაგრამაზე, ანუ ტემპერატურის ცვლილების სიჩქარე x– ს მიმართ, მასალის სისქე x ადგილას. დასკვნის სახით, ფურიეს კანონი სითბოს გამტარობის შესახებ მიუთითებს, რომ სითბოს გამტარობის სიჩქარე ერთი მიმართულებით პროპორციულია ამ მიმართულებით ტემპერატურის გრადიენტთან. სითბო ტარდება ტემპერატურის შემცირების მიმართულებით და ტემპერატურის გრადიენტი ხდება უარყოფითი, როდესაც ეს უკანასკნელი მცირდება x- ის ზრდით. განტოლებების უარყოფითი ნიშანი იძლევა გარანტიას, რომ სითბოს გადაცემა დადებით x მიმართულებით არის დადებითი სიდიდე.

სითბოს გადაცემის არე A ყოველთვის პერპენდიკულარულია ამ გადატანის მიმართულებით. მაგალითად, 5 მეტრის სიგრძის, 3 მეტრის სიმაღლის და 25 სანტიმეტრის სისქის კედელში სითბოს დაკარგვისთვის, სითბოს გადაცემის ფართობია A = 15 კვადრატული მეტრი. უნდა აღინიშნოს, რომ კედლის სისქე არ მოქმედებს ა.

თერმული კონდუქტომეტრული

 მასალების დიდი მრავალფეროვნება განსხვავებულად ინახავს სითბოს და განსაზღვრულია სპეციფიკური სითბოს C თვისება._პ როგორც მასალის თერმული ენერგიის შენახვის შესაძლებლობის საზომი. მაგალითად, C_პ= 4.18 კჯ / კგ * ° C წყლისთვის და 0.45 კჯ / კგ * ° C რკინისთვის, ოთახის ტემპერატურაზე, მიუთითებს იმაზე, რომ წყალს შეუძლია შენახვა თითქმის 10-ჯერ მეტი ენერგია ვიდრე ერთეული მასაზე რკინაზე. ანალოგიურად, თერმული კონდუქტომეტი k არის მასალის სითბოს გატარების შესაძლებლობის საზომი. მაგალითად, k = 0.608 W / m * ° C წყლისთვის და 80.2 W / m * ° C რკინისთვის, ოთახის ტემპერატურაზე, მიუთითებს იმაზე, რომ რკინა ატარებს სითბოს 100 ჯერ უფრო სწრაფად ვიდრე წყალი. ამიტომ, ამბობენ, რომ წყალი სითბოს ცუდი გამტარია რკინის მიმართ, მიუხედავად იმისა, რომ წყალი შესანიშნავი საშუალებაა თერმული ენერგიის შესანახად.

ასევე შესაძლებელია გამოყენებულ იქნას ფურიეს კანონის სითბოს გამტარობა თერმული კონდუქტომეტრის სიჩქარის განსაზღვრის მიზნით სითბოს გადაცემა მასალის სისქის ერთეულის ფართობზე ერთეულის ტემპერატურის სხვაობაზე. მასალის თერმული კონდუქტომეტრული მასალა წარმოადგენს სითბოს გამტარობის უნარს. თერმული კონდუქტომეტრის მაღალი მნიშვნელობა მიუთითებს იმაზე, რომ მასალა სითბოს კარგი გამტარია და დაბალი მნიშვნელობა მიუთითებს იმაზე, რომ იგი ცუდი გამტარია ან საიზოლაციო თერმული

თერმული დიფუზიურობა

 მასალების კიდევ ერთი თვისება, რომელიც მონაწილეობს გარდამავალ რეჟიმში სითბოს გამტარობის ანალიზში (ან იცვლება) არის თერმული დიფუზიურობა, რომელიც წარმოადგენს იმას, თუ რამდენად სწრაფად ვრცელდება სითბო მასალის მეშვეობით და განისაზღვრება, როგორც გააგრძელე:

მრიცხველის კ-ზე ყოფნა თერმული კონდუქტომეტრული და კონკრეტული სითბოს მიხედვით ნივთიერების სიმკვრივის მნიშვნელის პროდუქტი წარმოადგენს სითბოს ტევადობას. თერმული კონდუქტომეტყველება აჩვენებს რამდენად კარგად ატარებს მასალა სითბოს, ხოლო სითბოს მოცულობა წარმოადგენს რამდენს ენერგიას ინახავს მასალა ერთ მოცულობაში. ამიტომ, მასალის თერმული დიფუზიურობა შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც თანაფარდობა მასალის საშუალებით გატარებულ სითბოს და ერთეულ მოცულობაში შენახულ სითბოს შორის.

მასალას, რომელსაც აქვს მაღალი თბოგამტარობა ან დაბალი სითბოს ტევადობა, საბოლოოდ აქვს მაღალი თერმული დიფუზიურობა. რაც უფრო მაღალია თერმული დიფუზიურობა, მით უფრო სწრაფად ხდება სითბოს გავრცელება საშუალოზე. მეორეს მხრივ, თერმული დიფუზიურობის მცირე მნიშვნელობა ნიშნავს, რომ, უმეტესწილად, სითბო შეიწოვება მასალის მიერ და ამ სითბოს მცირე რაოდენობა შემდგომ ჩატარდება.

მაგალითად, ძროხისა და წყლის თერმული დიფუზიურობა იდენტურია. ლოგიკა იმაში მდგომარეობს, რომ ხორცი, ისევე როგორც ახალი ბოსტნეული და ხილი, წყლის უდიდესი ნაწილისგან შედგება და, შესაბამისად, აქვს თავისი თერმული თვისებები.