Šilumos laidumo pavyzdys

Vairuoti yra kartu su konvekcija ir radiacija, vienas iš trijų šilumos perdavimo mechanizmų. Tai energijos perdavimas iš energingesnių medžiagos dalelių į gretimas mažiau energingas, kaip sąveikos tarp šių dalelių rezultatas. Laidumas gali vykti bet kokia fizine būsena, nesvarbu, kieta, skysta ar dujinė. Dujose ir skysčiuose laidumas vyksta dėl molekulių susidūrimo ir difuzijos jų atsitiktinio judėjimo metu. Kietosiose dalyse tai yra dėl grotelėse esančių molekulių virpesių ir energijos perdavimo laisvaisiais elektronais derinio. Pavyzdžiui, ateis laikas, kai šaltas konservuotas gėrimas šiltoje patalpoje sušils iki kambario temperatūros. dėl šilumos perdavimo laidumu iš kambario į gėrimą per aliuminį, kuris sudaro gali.

Šilumos laidumo per terpę greitis priklauso nuo geometrinės konfigūracijos tai, jo storis ir medžiaga, iš kurios jis pagamintas, taip pat temperatūrų skirtumas jis. Žinoma, kad karšto vandens rezervuaro apvyniojimas stiklo pluoštu, kuris yra izoliacinė medžiaga, sumažina šilumos nuostolių iš šio rezervuaro greitį. Kuo storesnė izoliacija, tuo mažesni šilumos nuostoliai. Taip pat yra žinoma, kad karšto vandens rezervuaras praras šilumą didesniu greičiu, kai bus sumažinta kambario, kuriame jis yra, temperatūra. Be to, kuo didesnis rezervuaras, tuo didesnis paviršiaus plotas ir atitinkamai šilumos nuostolių greitis.

Pastovus šilumos laidumas (kuris išlieka pastovus ir be akivaizdžių svyravimų) gali būti laikomas per didelę plokščią sienelę, kurios storis Δx = L ir plotas A. Temperatūros skirtumas iš vienos sienos pusės į kitą yra ΔT = T₂-T₁. Eksperimentai parodė, kad šilumos perdavimo Q greitis per sieną padvigubėja, kai temperatūros skirtumas ΔT padvigubėja vienas nuo kito. kitoje jo pusėje, arba A plotas, statmenas šilumos perdavimo krypčiai, padvigubėja, tačiau jis perpus sumažėja, kai Siena. Todėl daroma išvada, kad šilumos laidumo greitis per plokščią sluoksnį yra proporcingas skirtumui temperatūros per ją ir į šilumos perdavimo plotą, tačiau ji yra atvirkščiai proporcinga to sluoksnio storiui; yra tokia lygtis:

Kur proporcingumo konstanta k yra Šilumos laidumas medžiagos, tai yra medžiagos gebėjimo praleisti šilumą matas. Ribojančiu Δxà0 atveju ankstesnė lygtis sumažėja iki skirtingos formos:

Diferencinė manifestacija vadinama Furjė šilumos laidumo dėsnis, pagerbiant Dž. Fourier, kuris pirmą kartą tai išreiškė savo tekste apie šilumos perdavimą 1822 m. Vadinama dT / dx dalis Temperatūros gradientas, kuris yra temperatūros kreivės nuolydis T-x diagramoje, tai yra temperatūros pokyčio greitis x atžvilgiu, medžiagos storis x vietoje. Apibendrinant galima pasakyti, kad Furjė šilumos laidumo dėsnis rodo, kad šilumos laidumo greitis viena kryptimi yra proporcingas tos krypties temperatūros gradientui. Šiluma atliekama mažėjančios temperatūros kryptimi, o temperatūros gradientas tampa neigiamas, kai pastarasis mažėja didėjant x. Neigiamas lygčių ženklas garantuoja, kad šilumos perdavimas teigiama x kryptimi yra teigiamas dydis.

Šilumos perdavimo A zona visada yra statmena to perdavimo krypčiai. Pavyzdžiui, šilumos nuostoliams per 5 metrų ilgio, 3 metrų aukščio ir 25 centimetrų storio sieną šilumos perdavimo plotas yra A = 15 kvadratinių metrų. Reikėtų pažymėti, kad sienos storis neturi įtakos A.

Šilumos laidumas

 Didelė medžiagų įvairovė skirtingai kaupia šilumą ir buvo apibrėžta specifinės šilumos C savybė._P kaip medžiagos gebėjimo kaupti šiluminę energiją matas. Pavyzdžiui, C_P= 4,18 kJ / Kg * ° C vandeniui ir 0,45 kJ / Kg * ° C geležiai, kambario temperatūroje rodo, kad vanduo gali sukaupti beveik 10 kartų daugiau energijos nei geležis masės vienetui. Panašiai šilumos laidumas k yra medžiagos gebėjimo praleisti šilumą matas. Pavyzdžiui, k = 0,608 W / m * ° C vandeniui ir 80,2 W / m * ° C geležiai, esant kambario temperatūrai, rodo, kad geležis šilumą praleidžia daugiau nei 100 kartų greičiau nei vanduo. Todėl sakoma, kad vanduo yra blogas šilumos laidininkas, lyginant su geležimi, nors vanduo yra puiki terpė šilumai kaupti.

Taip pat galima naudoti Furjero šilumos laidumo dėsnį, norint apibrėžti šilumos laidumą kaip greitį šilumos perdavimas per medžiagos storio vienetą ploto vienetui ir temperatūros skirtumui. Medžiagos šilumos laidumas yra medžiagos gebėjimo praleisti šilumą matas. Didelė šilumos laidumo vertė rodo, kad medžiaga yra geras šilumos laidininkas, o maža vertė rodo, kad ji yra prasta arba kad ji yra Izoliuojantis terminis.

Šiluminė difuzija

 Kita medžiagų savybė, dalyvaujanti analizuojant šilumos laidumą pereinamuoju režimu (arba kintantis) yra terminis difuziškumas, kuris parodo, kaip greitai šiluma sklinda per medžiagą ir apibrėžiama kaip tęsk:

Šilumos laidumas yra skaitiklio k, o medžiagos tankio vardiklio sandauga pagal savitąją šilumą rodo šilumos talpą. Šilumos laidumas parodo, kaip medžiaga praleidžia šilumą, o šilumos talpa rodo, kiek energijos kaupia medžiaga tūrio vienetui. Todėl medžiagos šiluminę difuziją galima suvokti kaip santykį tarp šilumos, praleistos per medžiagą, ir šilumos, kaupiamos tūrio vienetui.

Medžiaga, pasižyminti dideliu šilumos laidumu arba maža šilumos talpa, galų gale turi didelę šilumos difuziją. Kuo didesnis šilumos difuziškumas, tuo greičiau šiluma sklinda į terpę. Kita vertus, maža šiluminės difuzijos vertė reiškia, kad didžiąja dalimi šilumą absorbuoja medžiaga ir nedidelis šios šilumos kiekis bus vykdomas toliau.

Pavyzdžiui, jautienos ir vandens terminis difuzyvumas yra identiškas. Logika slypi tame, kad mėsa, taip pat šviežios daržovės ir vaisiai sudaro didžiąją dalį vandens ir dėl to turi šiluminių savybių.