The přenos tepla vedením Skládá se z průchodu nebo toku energie mezi dvěma těly při různých teplotách, když přijdou do styku. Teplo proudí z teplejšího těla do chladnějšího, dokud oba nemají stejnou teplotu. Poté se říká, že systém dosáhl tepelné rovnováhy.
Jedná se o častý mechanismus přenosu tepla v pevných látkách, i když se vyskytuje také uvnitř hvězd, které jsou obvykle plynné. Jádra hvězd, která jsou ve svém vývoji pokročilá, jsou však dostatečně hustá, aby byl tento mechanismus významný..
Rejstřík článků
K přenosu tepla vedením dochází výměnou energie mezi molekulami, atomy a elektrony. Zatímco dochází k výměně, energetičtější částice odevzdávají část své energie těm méně energetickým prostřednictvím srážek, které mezi nimi probíhají..
Například v kastrolu, který se má zapálit, všechny částice materiálu kmitají s určitou amplitudou. Plamen ohřívá nejbližší a začnou vibrovat rychleji, zvyšují svou amplitudu kmitání a získávají energii..
Část této energie se přenáší na sousední molekuly, což zase zvyšuje jejich amplitudu kmitání a také energii získává progresivně. A z těchto částic se část energie šíří směrem k částicím nejvzdálenějším od plamene.
Zvýšení amplitudy oscilace částic se promítne do zvýšení teploty, což lze pocítit rukou, pokud se dostatečně přiblížíte ke kovu pánve, včetně rukojeti nebo rukojetí, a proto jsou vždy pokryty vrstvou izolátor, aby s nimi bylo možné manipulovat bez spálení.
Rychlost procesu vedení však závisí na materiálu, protože některé látky fungují mnohem lépe než jiné..
V tomto ohledu jsou kovy rozhodně vynikajícími vodiči tepla a elektřiny. Jsou lepší než dřevo a plasty, protože jejich atomy mají v nejvzdálenějším plášti alespoň jeden volný elektron, který se může pohybovat materiálem a nést s sebou energii..
Překvapivě je ale diamant nejlepším tepelným vodičem, i když vzhledem k jeho ceně neexistuje jiná alternativa než uspokojit se s kovy, pokud jde o praktické aplikace..
Nový výzkum naznačuje, že sloučenina boru a arsenu je možná stejně dobrá jako diamant při účinném odvádění tepla.
Chcete-li zjistit, jak rychle se teplo šíří vedením, zvažte vrstvu materiálu o šířce L a boční ploše A. Levá strana je při teplotě T v kontaktu se zdrojem tepla (červeně).h, zatímco druhá tvář sousedí s chladnějším objektem, teploty TC.
Teplo Q proudí mezi tvářemi, od nejteplejší po nejchladnější stranu, v čase Δt. Experimentálně bylo zjištěno, že rychlost změny nebo rychlost, s jakou proudí teplo mezi tvářemi, je úměrná:
-Oblast A tváří.
-Teplotní rozdíl ΔT mezi nimi.
A je to také nepřímo úměrné tloušťce L desky. Matematicky je to vyjádřeno takto:
Konstanta proporcionality se nazývá tepelná vodivost k, Tím pádem:
Tepelná vodivost je charakteristikou materiálu. Pokud jde o přítomné jednotky, v mezinárodním systému se Q měří v joulech (J), Δt v sekundách (s), proto Q / Δt zůstává v J / s, což odpovídá wattům (W). V tomto případě jsou jednotky tepelné vodivosti W / m ∙ ºC, pokud je teplota měřena ve stupních Celsia nebo W / m ∙ K při použití absolutní stupnice v kelvinech.
Dobré tepelné vodiče mají vysoké hodnoty k, zvýraznění kovů a diamantů.
Protože Q / Δt je síla, pokud je označena P, máme:
Níže je uvedena tepelná vodivost některých známých látek, které se často používají, v jednotkách mezinárodního systému SI W / m ∙ K:
-Syntetický diamant: 2000
-Stříbro: 429
-Zlato: 317
-Měď: 385
-Zinek: 116
-Wolfram: 174
-Vzduch: 0,024
Přenos tepla vedením je přítomen v mnoha aspektech každodenního života:
Hrnce, pánve a obecně kuchyňské náčiní vyrobené z kovu, jako je ocel, mají rukojeti vyrobené z izolačního materiálu. To snižuje riziko popálenin při manipulaci s nimi, když jsou v kontaktu s plamenem nebo je obsah horký..
Když držíte kus dřeva v jedné ruce a kus kovu v druhé, okamžitě si všimnete, že je na dotek chladnější. Kovy, jak je vysvětleno výše, jsou dobrými vodiči tepla, takže teplo proudí rychleji z ruky na kov než z ruky do dřeva..
Tímto způsobem kontakt s kovem ochlazuje ruku osoby, která jej drží, a následně se cítí chladnější než dřevo, což není tak dobrý vodič..
Nové kryty jsou teplejší než použité kryty, a to proto, že nové mají více vzduchu uvnitř vláken a pórů. Čím více vzduchu uvnitř, tím lépe funguje kryt, protože vzduch je velmi dobrý tepelný izolátor.
V mnoha částech světa, kde je v zimě velmi chladno, jsou domy chráněny tepelně izolačními materiály, takže interiér zůstává pohodlnější.
Například existuje skleněné vlákno, které obsahuje mezery se vzduchem uvnitř, které funguje jako tepelný izolátor a brání úniku tepla..
Tepelná čerpadla odebírají teplo ze strojů vedením tepla kovovými kanály, od přehřátých částí do chladnějších oblastí.
Když je kovový předmět zahřátý, částice složek kmitají s větší amplitudou a důsledkem je zvětšení rozměrů předmětu.
Nádoby určené k udržení potravin v dobrém stavu po delší dobu jsou vyrobeny z izolačního materiálu, aby teplo zvenčí nerozkládalo potraviny.
Průřez měděného bloku má plochu 20 cmdva a délka 50 cm. Jedna strana má teplotu 0 ° C a druhá teplotu 100 ° C. Vypočítejte rychlost přenosu tepla.
Použije se dříve odvozená rovnice:
Ze seznamu vodivosti je měď k = 400 W / m ∙ K, ai když teploty uvedené ve výkazu jsou ve stupních Celsia, interval ΔT je na obou stupnicích stejný:
ΔT = 100 K.
Délka je L = 50 cm = 0,5 ma plocha je A = 20 cmdva = 0,002 mdva, Zbývá nahradit hodnoty v rovnici:
Zatím žádné komentáře