Det varmeoverførsel ved ledning Den består af passage eller strøm af energi mellem to kroppe ved forskellige temperaturer, når de kommer i kontakt. Varme strømmer fra den varmere krop til den koldere, indtil begge har samme temperatur. Det siges derefter, at systemet nåede termisk ligevægt.
Det er en hyppig varmeoverførselsmekanisme i faste stoffer, selvom den også forekommer inde i stjerner, som normalt er luftformige. Imidlertid er stjernekerne, der er avanceret i deres udvikling, tæt nok til, at denne mekanisme er signifikant..
Artikelindeks
Varmeoverføring ved ledning sker gennem udveksling af energi mellem molekyler, atomer og elektroner. Mens udvekslingen sker, opgiver de mere energiske partikler en del af deres energi til de mindre energiske gennem kollisionerne, der finder sted mellem dem..
For eksempel i en gryde, der skal sættes på ilden, svinger alle partikler af materialet med en vis amplitude. Flammen varmer dem, der er tættest på den, og de begynder at vibrere hurtigere og øger deres svingnings amplitude og vinder energi..
En del af denne energi overføres til nabomolekyler, som igen øger deres svingnings amplitude og også gradvis erhverver energi. Og fra disse partikler formeres en del af energien mod de partikler, der er længst væk fra flammen.
Stigninger i amplituden for oscillation af partiklerne oversættes til en temperaturforøgelse, som kan mærkes med hånden, hvis du kommer tæt nok på metallet på gryden, inklusive håndtaget eller håndtagene, og derfor er de altid belagt med en isolator, så de kan håndteres uden at brænde.
Ledningsprocessens hastighed afhænger imidlertid af materialet, da nogle stoffer opfører sig meget bedre end andre..
I denne henseende er metaller absolut fremragende ledere af varme og elektricitet. De er bedre end træ og plast, fordi deres atomer har mindst en fri elektron i den yderste skal, som kan bevæge sig gennem materialet og bære energi med sig..
Men overraskende nok er diamant den bedste termiske leder derude, selvom der på grund af sin pris ikke er noget andet end at nøjes med metaller, når det kommer til praktiske anvendelser..
Ny forskning viser, at en forbindelse af bor og arsen muligvis er lige så god som diamant til effektivt at sprede varmen.
For at finde ud af, hvor hurtig varme formerer sig ved ledning, skal du overveje et ark materiale med bredde L og lateralt område A. Venstre side er i kontakt med en varmekilde (i rødt) ved temperatur Th, mens den anden flade støder op til et koldere objekt med temperaturen Tc.
Varmen Q flyder mellem ansigterne fra den varmeste til den koldeste side med tiden Δt. Eksperimentelt har det vist sig, at hastigheden for ændring eller hastighed, hvormed varmen strømmer mellem ansigterne, er proportional med:
-Området A af ansigterne.
-Temperaturforskellen ΔT mellem dem.
Og det er også omvendt proportionalt med pladens tykkelse L. Matematisk udtrykkes det således:
Proportionalitetskonstanten kaldes termisk ledningsevne k, Dermed:
Termisk ledningsevne er et kendetegn ved materialet. Med hensyn til de tilstedeværende enheder måles det internationale system Q i joule (J), Δt i sekunder (s), hvorfor Q / tt forbliver i J / s, hvilket svarer til watt (W). I dette tilfælde er enhederne med varmeledningsevne W / m ∙ ºC, hvis temperaturen måles i grader Celsius eller W / m ∙ K ved anvendelse af den absolutte skala i kelvin.
Gode varmeledere har høje værdier på k, fremhævning af metaller og diamanter.
Da Q / Δt er magt, hvis det er betegnet med P, har vi:
Nedenfor er den termiske ledningsevne for nogle kendte stoffer til hyppig anvendelse i enheder i SI International System W / m ∙ K:
-Syntetisk diamant: 2000
-Sølv: 429
-Guld: 317
-Kobber: 385
-Zink: 116
-Wolfram: 174
-Luft: 0,024
Varmeoverføring ved ledning er til stede i mange aspekter af hverdagen:
Gryder, pander og generelt køkkenredskaber lavet af metal som stål har håndtag lavet af isoleringsmateriale. Dette reducerer risikoen for forbrændinger, når du håndterer dem, mens de er i kontakt med flammen eller indholdet er varmt..
Når du holder et stykke træ i den ene hånd og et stykke metal i den anden, bemærkes det straks, at det er køligere at røre ved. Metaller, som forklaret ovenfor, er gode varmeledere, så varmen strømmer hurtigere fra hånden til metallet end fra hånden til træet..
På denne måde afkøler kontakt med metallet hånden på den person, der holder det hurtigere, og det føles følgelig koldere end træ, hvilket ikke er en så god leder..
Nye dæksler føles varmere end brugte dæksler, og det er fordi nye har mere luft inde i fibrene og porerne. Jo mere luft indeni, jo bedre fungerer et dæksel, da luft er en meget god varmeisolator.
I mange dele af verden, hvor det er meget koldt om vinteren, er huse beskyttet med varmeisolerende materialer, så interiøret forbliver mere behageligt.
For eksempel er der glasfiber, der indeholder rum med luft inde i det, som fungerer som en termisk isolator, der forhindrer varme i at undslippe..
Varmepumper udvinder varme fra maskiner ved at lede varme gennem metalrør, fra overophedede dele til koldere områder.
Når en metalgenstand opvarmes, svinger de indgående partikler med en større amplitude, og konsekvensen er, at objektets dimensioner øges.
Beholdere beregnet til at holde maden i god stand i længere tid er lavet af isolerende materiale, så varmen udefra ikke nedbryder maden.
Tværsnittet af en kobberblok har et areal på 20 cmto og længde på 50 cm. Den ene side er ved 0 ° C og den anden ved 100 ° C. Beregn den hastighed, hvormed varmen overføres.
Den tidligere afledte ligning vil blive brugt:
Fra listen over ledningsevne er kobber k = 400 W / m ∙ K, og selvom temperaturerne i udsagnet er i grader Celsius, er intervallet AT det samme på begge skalaer:
AT = 100 K
Længden er L = 50 cm = 0,5 m, og området er A = 20 cmto = 0,002 mto, Det er stadig at erstatte værdier i ligningen:
Endnu ingen kommentarer