Расчет теплового тока

тепловой поток это скорость, с которой тепло передается во времени. Поскольку это скорость тепловой энергии с течением времени, единицей СИ теплового тока является джоуль в секунду или ватт (Вт).

Тепло проходит через материальные объекты посредством теплопроводности, при этом нагретые частицы сообщают свою энергию соседним частицам. Ученые изучали поток тепла через материалы задолго до того, как узнали, что материалы состоят из атомов, и тепловой поток — одна из концепций, которые оказались полезными в этом отношении. Даже сегодня, хотя мы понимаем, что теплопередача связана с движением отдельных атомов, в большинстве ситуаций нецелесообразно и бесполезно пытаться думать о ситуации таким образом, а отступать и рассматривать объект в более широком масштабе — это самый лучший вариант. наиболее подходящий способ изучения или прогнозирования движения тепла.

Математика теплового тока

Поскольку тепловой поток представляет собой поток тепловой энергии во времени, вы можете думать о нем как о небольшом количестве тепловой энергии, ДК (Вопрос это переменная, обычно используемая для представления тепловой энергии), передаваемая в течение небольшого промежутка времени, дт. Использование переменной ЧАС для представления теплового тока это дает вам уравнение:

Если вы занимались предварительным исчислением или исчислением, вы могли бы понять, что скорость изменения, подобная этой, является ярким примером того, когда вы захотите установить предел, когда время приближается к нулю.Экспериментально это можно сделать, измеряя изменение теплоты через все меньшие и меньшие промежутки времени.

Проведенные эксперименты по определению теплового тока выявили следующую математическую зависимость:

Это может показаться пугающим набором переменных, поэтому давайте разберем их (некоторые из них уже были объяснены):

• ЧАС: тепловой ток
• ДК: небольшое количество тепла, переданное за время дт
• дт: небольшой промежуток времени, в течение которого ДК был переведен
• к: теплопроводность материала
• А: площадь поперечного сечения объекта
• Т_ЧАС — Т_С: разница температур между самой высокой и самой низкой температурой в материале
• л: длина, по которой передается тепло

Есть один элемент уравнения, который следует рассматривать независимо:

Это разница температур на единицу длины, известная как температурный градиент.

Термическое сопротивление

В технике часто используют понятие термического сопротивления, р, чтобы описать, насколько хорошо теплоизолятор предотвращает передачу тепла через материал. Для плиты материала толщиной л, отношение для данного материала р = л / к, что приводит к этой зависимости: