Тепловой ток – это скорость, с которой тепло передается с течением времени. Поскольку это показатель тепловой энергии во времени, единицей измерения теплового тока в системе СИ является джоуль в секунду или ватт (Вт).
Тепло проходит через материал объекты через проводимость, причем нагретые частицы передают свою энергию соседним частицам. Ученые изучили поток тепла через материалы задолго до того, как они узнали, что материалы состоят из атомов, и тепловой ток – одна из концепций, которые были полезны в этом отношении. Даже сегодня, хотя мы понимаем, что теплопередача связана с движением отдельных атомов, в большинстве ситуаций непрактично и бесполезно пытаться думать о ситуации таким образом, и отступление, чтобы обработать объект в более крупном масштабе, является наиболее подходящий способ изучения или прогнозирования движения тепла.
Математика теплового тока
Поскольку тепловой ток представляет собой поток тепловая энергия с течением времени, вы можете думать об этом как о небольшом количестве тепловой энергии, dQ ( Q – это переменная, обычно используемая для представления тепловой энергии) , передаваемый за крошечный промежуток времени, dt . Используя переменную H для представления теплового тока, это дает вам уравнение:
H = dQ /dt
Если вы выполнили предварительный расчет или расчет, вы могли бы понять, что скорость изменения, подобная этой, является ярким примером того, когда вы хотите установить предел, когда время приближается к нулю. Экспериментально это можно сделать, измеряя изменение тепла через все меньшие и меньшие интервалы времени..
Эксперименты, проведенные для определения теплового тока, выявили следующие математические зависимости:
H = dQ / dt = kA ( T H – TC )/ L
Это может показаться устрашающим массивом переменных, поэтому давайте разберем их (некоторые из которых уже были объяснены):
- H : тепловой ток
- dQ : небольшое количество тепла, передаваемое за время dt
- dt : небольшое количество времени, в течение которого dQ был перенесен
- k : теплопроводность материала
- A : площадь поперечного сечения объекта
- T H – T C : разница температур между самой высокой и самой низкой температурами материала.
- L : длина acro ss, по которому передается тепло
Есть один элемент уравнения, который следует рассматривать независимо:
(TH – T C )/L
Это разница температур на единицу длины, известная как температурный градиент .
Thermal Resistance
В технике часто используют понятие теплового сопротивления, R , чтобы описать, насколько хорошо теплоизолятор предотвращает передачу тепла через материал. Для плиты из материала толщиной L отношение для данного материала будет R = L / k , в результате получается такая связь:
H = A ( T H – TC ) /R
