тепловой ток скорость, с которой тепло передается с течением времени. Поскольку это уровень тепловой энергии с течением времени, Единица СИ теплового тока Джоуль в секундуили ватт (Вт).
Тепло течет через материальные объекты через проводимостьс нагретыми частицами, передающими свою энергию соседним частицам. Ученые изучили поток тепла через материалы задолго до того, как узнали, что материалы состоят из атомов, и тепловой ток является одной из концепций, которая была полезна в этом отношении. Даже сегодня, хотя мы понимаем теплопередача чтобы быть связанным с движением отдельных атомов, в большинстве ситуаций нецелесообразно и бесполезно пытаться думать о ситуации таким образом, и отступить, чтобы рассмотреть объект в более широком масштабе, является наиболее подходящим способом для изучения или прогнозирования движения высокая температура.
Математика теплового потока
Поскольку тепловой ток представляет собой поток тепловая энергия со временем вы можете думать об этом как о представлении небольшого количества тепловой энергии,
DQ (Q переменная, обычно используемая для представления тепловой энергии), передаваемая в течение небольшого промежутка времени, дт. Использование переменной ЧАС чтобы представить тепловой ток, это дает вам уравнение:ЧАС = DQ / дт
Если вы взяли предварительное исчисление или исчислениеВы можете понять, что скорость изменения, подобная этой, является ярким примером того, когда вы хотели бы взять предел, когда время приближается к нулю. Экспериментально, вы можете сделать это путем измерения изменения температуры с меньшими и меньшими временными интервалами.
Эксперименты, проведенные для определения теплового тока, выявили следующие математические зависимости:
ЧАС = DQ / дт = кА (TЧАС - TС) / L
Это может показаться пугающим массивом переменных, поэтому давайте разберем их (некоторые из которых уже были объяснены):
- ЧАС: тепловой ток
- DQ: небольшое количество тепла, передаваемого в течение времени дт
- дт: небольшое количество времени, в течение которого DQ был переведен
- К: теплопроводность материала
- : площадь поперечного сечения объекта
- TЧАС - TС: разница температур между самой теплой и самой холодной температурой в материале
- L: длина, по которой передается тепло
Есть один элемент уравнения, который следует рассматривать независимо:
(TЧАС - TС) / L
Это разница температур на единицу длины, известная как градиент температуры.
Термостойкость
В технике они часто используют понятие термического сопротивления, р, чтобы описать, насколько хорошо теплоизолятор предотвращает передачу тепла через материал. Для плиты из материала толщиной Lотношение для данного материала р = L / К, в результате чего возникают следующие отношения:
ЧАС = (TЧАС - TС) / р