Kas ir siltuma strāva fizikā?

siltuma strāva ir siltuma pārnešanas ātrums laika gaitā. Tā kā tas ir siltuma enerģijas ātrums laika gaitā, SI vienība siltuma strāva ir džouls sekundē, vai vatu (W).

Siltums plūst caur materiāliem objektiem caur vadītspēja, ar sakarsētām daļiņām, kas savu enerģiju nodod blakus esošajām daļiņām. Zinātnieki labi izpētīja siltuma plūsmu caur materiāliem, pirms viņi pat zināja, ka materiālus veido atomi, un siltuma strāva ir viens no jēdzieniem, kas šajā sakarā bija noderīgs. Pat šodien, kaut arī mēs to saprotam siltuma pārnešana būt saistītam ar atsevišķu atomu kustību, vairumā gadījumu ir nepraktiski un nelietderīgi mēģināt domāt par situāciju tādā veidā vispiemērotākais veids, kā izpētīt vai paredzēt kustību, ir atsākšanās, lai apstrādātu objektu plašākā mērogā karstums.

Tā kā siltuma strāva apzīmē siltuma enerģija laika gaitā jūs varat domāt, ka tas pārstāv nelielu siltumenerģijas daudzumu, dQ (Q ir mainīgais lielums, ko parasti izmanto, lai attēlotu siltumenerģiju), ko pārraida nelielā laika posmā,

H = dQ / dt

Ja esat lietojis iepriekšēju aprēķinu vai aprēķins, jūs varētu saprast, ka tāds izmaiņu temps ir lielisks piemērs tam, kad jūs vēlaties ņemt limitu, kad laiks tuvojas nullei. Eksperimentāli to var izdarīt, izmērot siltuma izmaiņas mazākos un mazākos laika intervālos.

Eksperimenti, kas veikti siltuma strāvas noteikšanai, ir identificējuši šādas matemātiskas attiecības:

H = dQ / dt = kA (T_H - T_C) / L

Tas var šķist iebiedējošs mainīgo klāsts, tāpēc sadalīsim tos (daži no tiem jau ir izskaidroti):

• H: siltuma strāva
• dQ: neliels siltuma daudzums, kas nodots laika gaitā dt
• dt: mazs laika periods, kura laikā dQ tika nodots
• k: materiāla siltumvadītspēja
• A: objekta šķērsgriezuma laukums
• T_H - T_C: temperatūras starpība starp siltāko un vēsāko materiāla temperatūru
• L: garums, pa kuru siltums tiek nodots

Vienādojuma elements ir jāņem vērā neatkarīgi:

(T_H - T_C) / L

Tā ir temperatūras starpība garuma vienībā, kas zināma kā temperatūras gradients.

Inženierzinātnēs viņi bieži izmanto termiskās pretestības jēdzienu, R, lai aprakstītu, cik labi siltumizolators novērš siltuma pārnesi pa visu materiālu. Materiāla biezuma plāksnei L, attiecības ar konkrēto materiālu ir R = L / k, kā rezultātā rodas šādas attiecības:

H = A(T_H - T_C) / R