열전도 예

운전은 함께 전달 그리고 방사능, 세 가지 열 전달 메커니즘 중 하나입니다. 그것은 물질의 더 에너지가 많은 입자들 사이의 상호 작용의 결과로 에너지가 더 에너지가 많은 물질 입자에서 인접한 덜 에너지적인 입자로 전달됩니다. 전도는 고체, 액체 또는 기체와 같은 물리적 상태에서 발생할 수 있습니다. 기체와 액체에서 전도는 분자가 무작위로 움직이는 동안 충돌 및 확산으로 인해 발생합니다. 고체에서 이것은 격자의 분자 진동과 자유 전자에 의한 에너지 전달의 조합 때문입니다. 예를 들어, 따뜻한 방에서 차가운 캔 음료가 실내 온도로 따뜻해지는 때가 올 것입니다. 실내에서 음료까지 전도에 의한 열 전달의 결과로 할 수있다.

매체를 통한 열 전도 속도는 기하학적 구성에 따라 다릅니다. 이것, 그것의 두께와 그것이 만들어지는 재료, 그리고 온도의 차이 그. 단열재 인 유리 섬유로 온수 탱크를 감싸면 해당 탱크의 열 손실률을 줄이는 것으로 알려져 있습니다. 단열재가 두꺼울수록 열 손실이 적습니다. 온수 탱크는 보관 된 실내의 온도가 낮아지면 더 높은 비율로 열이 손실되는 것으로 알려져 있습니다. 또한 탱크가 클수록 표면적이 커지고 결과적으로 열 손실률이 높아집니다.

열의 정상 상태 전도 (일정하게 유지되고 뚜렷한 변동없이)는 두께 Δx = L 및 면적 A의 큰 평평한 벽을 통해 고려할 수 있습니다. 벽의 한쪽에서 다른 쪽까지의 온도 차이는 ΔT = T입니다.₂-티₁. 실험에 따르면 벽을 통한 열 전달 속도 Q는 온도 차이 ΔT가 하나에서 다른 것으로 두 배가 될 때 두 배가됩니다. 그것의 다른면 또는 그렇지 않으면 열전달 방향에 수직 인 영역 A가 두 배가되지만 두께 L이 벽. 따라서 평평한 층을 통한 열전도 속도는 차이에 비례한다고 결론지었습니다. 그것을 통한 온도와 열 전달 영역에 비례하지만 그 층의 두께에 반비례합니다. 다음 방정식으로 표현됩니다.

비례 상수 k는 열 전도성 재료의 열을 전도하는 능력의 척도입니다. Δxà0의 제한 사례에서 이전 방정식은 미분 형식으로 축소됩니다.

차등 발현은 푸리에의 열전도 법칙, J. 1822 년 열전달에 관한 텍스트에서 처음으로 표현한 푸리에. dT / dx 부분은 온도 구배, 즉 T-x 다이어그램의 온도 곡선의 기울기, 즉 x 위치 x에서 재료의 두께 인 x에 대한 온도 변화율입니다. 결론적으로 푸리에의 열전도 법칙은 한 방향의 열전도율이 그 방향의 온도 구배에 비례 함을 나타냅니다. 열은 온도가 감소하는 방향으로 전도되고 x가 증가함에 따라 후자가 감소하면 온도 구배가 음이됩니다. 방정식의 음수 기호는 양의 x 방향으로의 열 전달이 양의 양임을 보장합니다.

열 전달 영역 A는 항상 해당 전달 방향에 수직입니다. 예를 들어, 길이 5m, 높이 3m, 두께 25cm 인 벽을 통한 열 손실의 경우 열 전달 면적은 A = 15m2입니다. 벽의 두께는 A에 영향을 미치지 않습니다.

열 전도성

 다양한 재료가 열을 다르게 저장하고 비열 C의 특성이 정의되었습니다._피 열 에너지를 저장하는 재료의 능력을 측정합니다. 예: C_피= 4.18kJ / Kg * ° C (물), 철의 경우 0.45kJ / Kg * ° C (실온에서)는 물이 단위 질량 당 철보다 거의 10 배 더 많은 에너지를 저장할 수 있음을 나타냅니다. 마찬가지로 열전도율 k는 열을 전도하는 재료의 능력을 측정 한 것입니다. 예를 들어, 물의 경우 k = 0.608 W / m * ° C, 철의 경우 80.2 W / m * ° C는 실온에서 철이 물보다 100 배 이상 빠르게 열을 전도 함을 나타냅니다. 따라서 물은 열 에너지를 저장하기위한 훌륭한 매개체 임에도 불구하고 물은 철에 비해 열 전도율이 낮다고합니다.

푸리에의 열전도 법칙을 사용하여 열전도도를 속도로 정의 할 수도 있습니다. 단위 온도 차이 당 단위 면적당 재료의 단위 두께를 통한 열 전달. 재료의 열전도율은 재료의 열 전도 능력을 측정 한 것입니다. 열전도율 값이 높으면 재료가 열 전도체가 양호 함을 나타내고 값이 낮 으면 전도체가 불량하거나 열전도율이 낮음을 나타냅니다. 단열 열의.

열 확산율

 일시적인 영역에서 열전도 분석에 참여하는 재료의 또 다른 특성 (또는 변화)는 열 확산율로, 열이 재료를 통해 얼마나 빨리 확산되는지를 나타내며 다음과 같이 정의됩니다. 계속해:

분자의 k가 열전도율이고, 물질의 밀도 분모의 비열에 의한 곱은 열용량을 나타냅니다. 열전도율은 재료가 열을 얼마나 잘 전도 하는지를 나타내고 열용량은 재료가 단위 부피당 저장하는 에너지 양을 나타냅니다. 따라서, 물질의 열 확산율은 물질을 통해 전도되는 열과 단위 부피당 저장되는 열 사이의 비율로 생각할 수 있습니다.

열전도율이 높거나 열용량이 낮은 물질은 궁극적으로 열 확산율이 높습니다. 열확산도가 높을수록 매체로의 열 전파가 빨라집니다. 반면에 열 확산율 값이 작다는 것은 대부분의 경우 열이 재료에 흡수되고 소량의 열이 추가로 전도된다는 것을 의미합니다.

예를 들어, 쇠고기와 물의 열확산 성은 동일합니다. 논리는 신선한 야채와 과일뿐만 아니라 육류가 대부분의 물을 구성하고 결과적으로 열적 특성을 갖는다는 사실에 있습니다.