Механизм теплопередачиПервый из них — механизм теплопроводности (действует при непосредственном тепловом контакте тел). На основании многочисленных экспериментов было установлено, что количество теплоты, переданное посредством механизма теплопроводности телу под номером 1 от тела с номером 2, можно найти так: 

Формула теплопередачи

В  формуле t — время, в течение которого шел процесс теплопередачи, S — площадь контакта, Н — толщина слоя материала, через который происходит поток теплоты, Т1 и Т2 — температуры тел, обменивающихся теплотой. Коэффициент характеризует теплопроводность материала. Размерность равна Вт/м/град. Разница температур Т2-Т1 выбирается такой, чтобы она была гораздо меньше чем каждая из этих температур. Эта эмпирическая формула очень хорошо «работает» в широком диапазоне температур. Величина коэффициента теплопроводности зависит не только от материала, но и от температуры (близкой к Т1 и Т2). Если разделить правую и левую части равенства на промежуток времени, то мы получим величину, которую называют мощностью теплопередачи.

Второй важный механизм — излучение. Излучение происходит с поверхности тел (Правда, частично прозрачные материалы, в частности газы, тоже излучают.). Мощность теплового излучения тела пропорциональна площади излучающей поверхности S, 4-й степени абсолютной температуры поверхности и зависит от материала (вещества) тела.

Коэффициент — характеризует материал и называется коэффициентом «нечерноты». Приведенная эмпирическая формула закона подходит, например, для расчетов тепловых потерь шарика в вакууме. Если поверхность тела шероховатая или неровная, то в эту формулу входит некоторая «приведенная» или эквивалентная по мощности излучения площадь ровной поверхности излучающего тела. Закон Стефана-Больцмана не объясняется классической физикой. Правильная интерпретация этого закона дается только в квантовой механике. Расчет постоянной Стефана-Больцмана тоже проводится с использованием квантовой механики.

Здесь второе слагаемое в правой части соответствует поступлению теплоты к телу от окружения. При обратном соотношении температур, когда среда горячее, чем тело, тело не теряет, а наоборот, получает теплоту от среды.

Третий механизм передачи теплоты — конвекция. При конвекции теплота передается вместе с механическим движением окружающей среды. Вокруг горячего утюга или куска холодного льда, висящего на веревочке, устанавливается движение воздуха, при котором холодный воздух опускается вниз, а теплый — поднимается вверх.

От чего зависит скорость теплопередачи при таком механизме? Главные факторы: плотность среды, коэффициент теплового расширения, удельная теплоемкость, величина гравитационного поля, вязкость жидкости, форма тела, теплопроводность материала среды. Количество теплоты, переданное посредством механизма конвекции, при небольших разностях температур описывается той же формулой, что и для механизма теплопроводности. То есть мощность при теплообмене пропорциональна разности температур тела и окружающей среды. Конвекция в жидкости (или газе) приводит к тому, что уменьшается толщина слоя материала (среды), через который происходит передача тепла путем теплопроводности. Для возникновения в среде конвекции при наличии разности температур необходимо наличие силового гравитационного поля и наличие зависимости плотности вещества среды от температуры. Кроме того, нужно, чтобы вещество среды было подвижным, или другими словами обладало малой вязкостью, то есть представляло собой жидкость или газ. Эмпирический закон Ньютона, описывающий передачу теплоты при конвекции.

К — коэффициент пропорциональности, величина которого определяется для конкретной ситуации экспериментально.

Четвертый механизм — связан с поглощением или выделением теплоты при испарении -/конденсации вещества. Этот механизм, так же как и конвекция, связан с переносом самого вещества в пространстве. Эффективность этого механизма связана с большой теплотой парообразования.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+