Movatterモバイル変換

[0]ホーム
URL:

Saltu al enhavo
Vikipedio
Serĉi

Varmokondukto

El Vikipedio, la libera enciklopedio
Varmodifuzo ekdevarma makulo
Interŝanĝo da kontraŭaj varmokurentoj
Ladua leĝo de termodinamiko determinas, ke varmo povas nur flui de pli varma korpo al pli malvarma, laleĝo de Fourier kvantece donas la rilaton inter la fluo kaj la spacaj kaj tempaj variadoj de la temperaturo.

Varmokondukto aŭvamodifuzo estasprocezo de varmotransdono bazita sur rekta kontakto inter la korpoj (sen interŝanĝo de materio), laŭ kiuvarmo fluas el korpo de pli altatemperaturo al alia de malsupra temperaturo[1]. La fizika kvanto de la materialo, kiu permesas determini ĝian kapablon transdoni varmon estas la "termika konduktivo"[2]. La la inversa kvanto de latermika konduktivo estas la "termika rezistivo", kiu estas la kapablo de tia materialo por kontraŭstari la pason de varmo.

La varmotransigo inter du korpoj aŭ inter diversaj partoj de korpo estas la interŝanĝo deinterna energio, kiu estas kombinaĵo dekineta energio kajpotenciala energio de iliaj mikroskopaj eroj:molekuloj,atomoj kajelektronoj. La termika konduktivo de materialo dependas de ĝia mikroskopa strukturo: en fluido ĝi dependas ĉefe de hazardaj kolizioj de molekuloj; en solido ĝi dependas de la interŝanĝo de liberaj elektronoj (plejparte en metaloj) aŭ de la vibroj de ĝiaj mikroskopaj partikloj (en ne-metalaj materialoj)

Pri la simpligita statika fluo de varmo rilate al la unudirekta kazo, la transdonita varmo inter du surfacoj estas proporcia al la areo perpendikulara al varmofluo, la konduktivo de la materialo kaj la temperaturodiferenco, kaj estas inverse proporcia al ilia interspaco:

QΔt=λAx(T1−T2){\displaystyle {\frac {Q}{\Delta t}}={\frac {\lambda A}{x}}(T_{1}-T_{2})},

kie

QΔt{\displaystyle {\frac {Q}{\Delta t}}\,} estas la varmo transdonita dum unu tempunuo,
λ{\displaystyle \lambda \,} (aŭk{\displaystyle k}) estas la termika konduktivo de la interspaca materialo,
A{\displaystyle A\,} estas la aero de la kontaktsurfaco,
(T1−T2){\displaystyle (T_{1}-T_{2})\,} esla temperaturdifererenco inter la varma kaj la malvarma partoj,
x{\displaystyle x\,} estas la diko de la interspaca materialo.

Procezo de transdono de varmo

[redakti |redakti fonton]

Varmo povas esti transdonata per iu ajn el la sekvaj procezoj:[3]

La transigo de termika energio aŭ varmo inter du malsamaj korpoj per kondukto aŭ konvekcio postulas rektan kontakton de molekuloj de malsamaj korpoj, kaj la du procezoj malsamas pro la fakto, ke dum pri la unua ne makroskopa moviĝo de materio okazas pri la dua estas. Dum kondukto kaj konvekto estas gravaj mekanismoj por transmeti energion al "malvarma materio", la transdono de termika energio per radiado nur reprezentas malgrandan parton de lapovumo transdonita. La translokigo de energio de radiado pliigas kun la kvarapotenco de la temperaturo (T 4, laŭ laleĝo de Stefan-Boltzmann), estante grava efiko nur pri temperaturoj preter pluraj miloj dakelvinoj.

Varmokondukto estas maniero interŝanĝi varmon inter solidoj; kiam korpo hejtiĝas, la molekuloj rekte ricevas varmokreskajn vibrojn kaj kolizias kun ĉirkaŭaj aliaj; tiuj siavice faras same kun siaj najbaroj ĝis ĉiuj molekuloj en la korpo estas koncernitaj. Tial, se la ekstremaĵo de metalastango hejtiĝas kunflamo, ĝi prenas iom da tempo ĝis la varmo atingas la alian ekstremaĵon[3]. La varmo ne transdoniĝas tiel facile de ĉiuj korpoj. Tiel nomataj "bonajkonduktantoj de varmo" estas tiaj materialoj, kiuj facile permesas la pason de varmo tra ili. "Malbonaj konduktantoj" aŭ "izolaĵoj" estas tiuj, kiuj kontraŭstaras per granda reziston al la paso de varmo.

Leĝo de Fourier

[redakti |redakti fonton]

La varmkondukto aŭ termika kondukto estas difinita per la leĝo de Fourier (matematike formuligita deJean-Baptiste Biot en1804 kaj eksperimente konfirmita deJoseph Fourier en1822[4]), kiu establas ke la denso de varmofluo per kondukto enizotropa medio estas proporcia kaj laŭ la kontraŭa direkto al latemperaturogradiento en tiu direkto. La respondavektoraformulo estas la sekva:

φ→=−λgrad→(T) ,{\displaystyle {\overrightarrow {\varphi }}=-\lambda \,{\overrightarrow {\mathrm {grad} }}(T)\ ,}

kie

φ→{\displaystyle {\overrightarrow {\varphi }}} estas la denso de varmofluo esprimatas envato jekvadrata metro (W·m−2),
λ{\displaystyle \lambda \,} estas la "termika konduktivo" de la materialo, ĝi estas proporcia konstanto ĉiam pozitiva, esprimata envato jemetro-kelvino (W·m−1·K−1),
grad→(T){\displaystyle {\overrightarrow {\mathrm {grad} }}(T)} estas lagradiento de temperaturoT{\displaystyle T} ene de la materialo esprimata enkelvino jemetro (K·m−1).

Per intergrado de la diferenciala formulo, la varmo, kiu trairas surfacon S per unuo de tempo, estas donita per la integrala formon de la leĝo de Fourier:

∂Q∂t→=−λ⋅∬S⊂⊃grad→(T)⋅dS ,{\displaystyle {\overrightarrow {{\big .}{\frac {\partial Q}{\partial t}}{\big .}}}=-\lambda \cdot \iint _{S}\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\;\;\;\subset \!\supset {\overrightarrow {\mathrm {grad} }}(T)\cdot \mathrm {d} {\mathbf {S} }\ ,}
primagneta flukso tra fermita surfaco (leĝo de konserviĝa flukso)

kie (en unuoj deSI sistemo):

∂Q∂t{\displaystyle {\big .}{\frac {\partial Q}{\partial t}}{\big .}} estas la kvanto da varmo transdonita dum unu tempunuo (enW) kaj
dS{\displaystyle dS} estas orientita surfaco de elementero (en m2).
Malvarma stango estas varmigita ĉe unu flanko, dum la alia flanko konserviĝas ĉe komenca temperaturo. La T(x) kurbo estas unue transiraeksponenta funkcio, kaj iĝasrekto dum daŭranta stabila fina stato.

La supradiferenciala ekvacio, kiamintegrita pri homogena materialo de 1-D geometrio inter du ekstremaĵoj en konstantaj temperaturoj, donas la rapidon de varmofluo tiele:

QΔt=−λ⋅AΔTΔx ,{\displaystyle {\big .}{\frac {Q}{\Delta t}}=-\lambda \cdot A{\frac {\Delta T}{\Delta x}}\ ,}

kie

Q{\displaystyle Q} estas lavarmenergio transmetita (enJ)
A{\displaystyle A} estas la aero de la surfaca sekco (en m2),
ΔT{\displaystyle \Delta T} estas la temperaturdiferenco inter la ekstremaĵoj (enK),
Δx{\displaystyle \Delta x} estas la distanco inter la ekstremaĵoj (enm).

La leĝo de Fourier estas la bazo por la establo de laekvacio de varmo:

ρcp∂T∂t−λ⋅∇2T=q˙V ,{\displaystyle \rho c_{p}{\frac {\partial T}{\partial t}}-\lambda \cdot \nabla ^{2}T={\dot {q}}_{V}\ ,}

kie:

ρ{\displaystyle \rho } estas lavolumena maso de la materialo,
cp estas la specifavarmokapacito,
∇2{\displaystyle \nabla ^{2}} estas lalaplaca operatoro,
q˙V{\displaystyle {\dot {q}}_{V}} estas la volumena varmo produktata de varmofonto dum unuo da tempo.

Referencoj

[redakti |redakti fonton]
  1. ↑Raymond A. Serway, Jerry S. Faughn. (2001)Física (hispane.).ISBN 9789702600152.
  2. ↑Oscar R. Lucia Lozano, Jordi Solbes Matarredona. (17-a de oktobro 2014)85 experimentos de física cotidiana (hispane).ISBN 9788499805962.
  3. ↑3,03,1 (2006)Fiziko: Principoj kun Aplikoj (hispane).ISBN 9789702606956.
  4. ↑Édouard Leroy (1897). Pri integrado de varmekvacioj (france), p. 379-465. kaj eksteraj ligiloj.

Fonto

[redakti |redakti fonton]

En tiu ĉi artikolo estas uzita traduko de teksto el vikipedia artikoloConducción de calorhispane.

Vidu ankaŭ

[redakti |redakti fonton]
Elŝutita el "https://eo.wikipedia.org/w/index.php?title=Varmokondukto&oldid=8742372"
Kategorioj:
Kaŝita kategorio:
[8]ページ先頭
©2009-2026 Movatter.jp