Izpratne par siltuma vadīšanu un faktoriem, kas to ietekmē

Autors Stīvens Holcners

Vadīšana nodod siltumu caur materiālu tieši, kontaktā. Pateicoties fizikai, mēs zinām, ka vadīšanu ietekmē temperatūras starpība, vadīšanas laukums, attālums, kādam jāiet siltumam, un laiks, kas paiet.



Apskatiet attēlā redzamo metāla podu un tā metāla rokturi; katls vārās 15 minūtes. Vai vēlaties pacelt to no uguns, satverot rokturi bez krāsns dūraiņa? Visticamāk ne. Rokturis ir karsts, jo caur metāla rokturi tiek novadīta siltums.



Vadīšana silda trauku, kurā atrodas verdošais ūdens.Vadīšana silda trauku, kurā atrodas verdošais ūdens.

Molekulārā līmenī molekulas pie siltuma avota tiek uzkarsētas un sāk ātrāk vibrēt. Viņi atlec no tuvējām molekulām un liek tām ātrāk vibrēt. Šī pastiprinātā atlēciena viela silda.

Ja vēlaties pārbaudīt notiekošo vadīšanu, jums jāņem vērā dažādas objektu īpašības. Piemēram, ja jums ir tērauda stienis, jums jāņem vērā stieņa šķērsgriezuma laukums un garums, kā arī temperatūra dažādās stieņa daļās.



Siltuma vadīšana tērauda stienī.Siltuma vadīšana tērauda stienī.

Apskatiet otro attēlu, kur vienā galā tiek uzkarsēts tērauda stienis, un siltums, vadot, virzās uz otru pusi. Vai jūs varat uzzināt nodoto siltumenerģiju? Nekādu problēmu.

Šeit ir faktori, kas ietekmē vadīšanas ātrumu:

  • Temperatūras starpība. Jo lielāka ir temperatūras starpība starp stieņa abiem galiem, jo ​​lielāks ir siltumenerģijas pārneses ātrums, tāpēc tiek nodots vairāk siltuma. Karstums, Q, ir proporcionāla temperatūras starpībai:



    image2.png

  • Šķērsgriezuma laukums. Divreiz platāka josla vada divreiz lielāku siltuma daudzumu. Parasti siltuma daudzums, Q, ir proporcionāls šķērsgriezuma laukumam, TO, kā šis:

    image3.png

  • Garums (attālumam ir jāiet siltumam). Jo garāks ir stienis, jo mazāks siltums to visu veiks. Tāpēc vadītais siltums ir apgriezti proporcionāls stieņa garumam, l:

    image4.png

  • Laiks. Nodotā ​​siltuma daudzums, Q, ir atkarīgs no pagājušā laika, t - divreiz vairāk laika, divreiz karstums. Lūk, kā jūs matemātiski izsakāt šo ideju:

    image5.png

Tagad jūs varat salikt mainīgos kopā, izmantojot uz kā proporcionalitātes konstante, kas vēl jānosaka.

Šeit ir vienādojums siltuma pārnešanai, vadot caur materiālu:

image6.png

Šis vienādojums apzīmē siltuma daudzumu, kas pārnests ar vadīšanu noteiktā laika periodā, t, uz leju garumā l, kur atrodas šķērsgriezuma laukums TO. Šeit, uz ir materiāls siltumvadītspēja, mēra džoulos sekundes metros grādos pēc Celsija vai

image7.png