Isı İletim Örneği

Sürüş ile birlikte konveksiyon ve radyasyon, üç ısı transfer mekanizmasından biri. Bu parçacıklar arasındaki etkileşimler sonucunda, bir maddenin daha enerjik parçacıklarından bitişik daha az enerjili olanlara enerji aktarımıdır. İletim, katı, sıvı veya gaz olsun, herhangi bir fiziksel durumda gerçekleşebilir. Gazlarda ve sıvılarda iletim, moleküllerin rastgele hareketleri sırasında çarpışmaları ve difüzyonundan kaynaklanır. Katılarda, bir kafes içindeki moleküllerin titreşimlerinin ve enerjinin serbest elektronlar tarafından taşınmasının birleşiminden kaynaklanır. Örneğin, sıcak bir odada soğuk bir konserve içeceğin oda sıcaklığına kadar ısındığı bir zaman gelecek. odayı oluşturan alüminyum aracılığıyla, odadan içeceğe iletim yoluyla ısı transferi sonucunda Yapabilmek.

Bir ortamdan ısı iletiminin hızı, ortamın geometrik konfigürasyonuna bağlıdır. bu, kalınlığı ve yapıldığı malzeme ve ayrıca sıcaklık farkı o. Bir sıcak su tankını yalıtkan bir malzeme olan cam elyafı ile sarmanın, o tanktan ısı kaybı oranını azalttığı bilinmektedir. Yalıtım ne kadar kalın olursa, ısı kaybı o kadar düşük olur. Bir sıcak su tankının, bulunduğu odanın sıcaklığı düşürüldüğünde daha yüksek oranda ısı kaybedeceği de bilinmektedir. Ayrıca, tank ne kadar büyük olursa, yüzey alanı ve dolayısıyla ısı kaybı oranı o kadar büyük olur.

Kalınlığı Δx = L olan ve A alanı olan büyük bir düz duvar boyunca (sabit tutulan ve görünür dalgalanmalar olmaksızın) bir kararlı durum ısı iletimi düşünülebilir. Duvarın bir tarafından diğerine sıcaklık farkı ΔT = T₂-T₁. Deneyler, sıcaklık farkı ΔT birinden diğerine ikiye katlandığında, duvardan geçen ısı transfer hızının (Q) iki katına çıktığını göstermiştir. diğer tarafı veya ısı transfer yönüne dik A alanı iki katına çıkar, ancak kalınlığı L olduğunda yarıya iner. Duvar. Bu nedenle, düz bir tabakadan Isı İletim Hızının farkla orantılı olduğu sonucuna varılmıştır. içinden sıcaklığın ve ısı transferinin alanıyla, ancak o tabakanın kalınlığıyla ters orantılıdır; aşağıdaki denklem ile temsil edilir:

Orantılılık sabiti k olduğunda Termal iletkenlik Bir malzemenin Isı iletme yeteneğinin bir ölçüsü olan malzemenin. Δxà0 sınırlayıcı durumunda, önceki denklem diferansiyel formuna indirgenir:

Diferansiyel tezahür denir Fourier'in Isı İletimi Yasası, J.'nin anısına Fourier, bunu ilk kez 1822'de ısı transferi ile ilgili metninde dile getirdi. dT / dx kısmı denir Sıcaklık gradyanı, bir T-x diyagramındaki sıcaklık eğrisinin eğimi, yani sıcaklığın x'e göre değişim oranı, malzemenin kalınlığı, x konumunda. Sonuç olarak, Fourier'in Isı İletim Yasası, bir yöndeki ısı iletim hızının, o yöndeki sıcaklık gradyanıyla orantılı olduğunu gösterir. Isı azalan sıcaklık yönünde iletilir ve sıcaklık gradyanı artan x ile azaldığında sıcaklık gradyanı negatif olur. Denklemlerdeki negatif işaret, pozitif x yönündeki ısı transferinin pozitif bir miktar olduğunu garanti eder.

Isı transferinin A alanı her zaman bu transferin yönüne diktir. Örneğin, 5 metre uzunluğunda, 3 metre yüksekliğinde ve 25 santimetre kalınlığında bir duvardan ısı kaybı için, ısı transfer alanı A = 15 metrekaredir. Duvar kalınlığının A'yı etkilemediğine dikkat edilmelidir.

Termal iletkenlik

 Malzemelerin büyük çeşitliliği ısıyı farklı şekilde depolar ve Özgül Isı C'nin özelliği tanımlanmıştır._P bir malzemenin termal enerjiyi depolama yeteneğinin bir ölçüsü olarak. Örneğin, C_POda sıcaklığında su için = 4,18 kJ / Kg * ° C ve demir için 0,45 kJ / Kg * ° C, suyun birim kütle başına demirden neredeyse 10 kat daha fazla enerji depolayabileceğini gösterir. Benzer şekilde, termal iletkenlik k, bir malzemenin ısı iletme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Örneğin, oda sıcaklığında su için k = 0,608 W/m*°C ve demir için 80,2 W/m*°C, demirin ısıyı sudan 100 kat daha hızlı ilettiğini gösterir. Bu nedenle, su, termal enerjiyi depolamak için mükemmel bir ortam olmasına rağmen, demire göre zayıf bir ısı iletkeni olduğu söylenir.

Termal iletkenliği hız olarak tanımlamak için Fourier'in Isı İletim Yasasını kullanmak da mümkündür. birim sıcaklık farkı başına birim alan başına malzemenin birim kalınlığı boyunca ısı transferi. Bir malzemenin termal iletkenliği, malzemenin ısıyı iletme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Isıl iletkenlik için yüksek bir değer, malzemenin iyi bir ısı iletkeni olduğunu ve düşük bir değer, onun zayıf bir iletken olduğunu veya bir ısı iletkeni olduğunu gösterir. yalıtım termal.

termal yayılım

 Geçici rejimde ısı iletiminin analizine katılan malzemelerin başka bir özelliği (veya değişen), ısının bir malzeme içinde ne kadar hızlı yayıldığını temsil eden ve olarak tanımlanan termal yayılımdır. devam et:

Payın k'si termal iletkenlik ve maddenin yoğunluğunun paydasının özgül ısı ile çarpımı, ısı kapasitesini temsil eder. Termal iletkenlik, bir malzemenin ısıyı ne kadar iyi ilettiğini gösterir ve Isı Kapasitesi, bir malzemenin birim hacim başına ne kadar enerji depoladığını gösterir. Bu nedenle, bir malzemenin termal yayılımı, malzeme boyunca iletilen ısı ile birim hacimde depolanan ısı arasındaki oran olarak düşünülebilir.

Yüksek termal iletkenliğe veya düşük ısı kapasitesine sahip bir malzeme, sonuçta yüksek bir termal yayılıma sahiptir. Termal yayılım ne kadar yüksek olursa, ortama ısı yayılımı o kadar hızlı olur. Öte yandan, küçük bir termal yayılım değeri, ısının çoğunlukla malzeme tarafından emildiği ve bu ısının küçük bir miktarının daha fazla iletileceği anlamına gelir.

Örneğin, sığır eti ve suyun termal yayılımları aynıdır. Bunun mantığı, taze sebze ve meyvelerin yanı sıra etin de büyük bölümünün sudan oluşması ve dolayısıyla termal özelliklerine sahip olması gerçeğinde yatmaktadır.