Загальні відомості. Існують три основні види теплообміну: теплопровідність, конвек­ція, теплове випромінювання

Існують три основні види теплообміну: теплопровідність, конвек­ція, теплове випромінювання.

Теплопровідність - це процес розповсюдження теплоти мікрочастин­ками тіла при безпосередньому дотику тіл або частин одного тіла з різними температурами.

Явище теплопровідності, головним чином, має місце у твердих ті­лах, але може спостерігатися і в рідинах та газах тоді, коли в них не виникають конвективні течії. У газах теплота передається за до­помогою атомів та молекул, у твердих тілах і діелектриках - віль­ними електронами.

У різних точках нерівномірно нагрітого тіла має місце своя температура. Сукупність всіх температур характеризує температурне поле тіла. Передача теплоти завжди здійснюється від частин тіла з вищою температурою до частин тіла з нижчою температурою і супроводжується зміною останньої t у просторі, залежно від координат x,y,z, а також у часі τ.

В запису t=f(x,y,z, ) ми маємо функцію, яка характеризує тривимірне нестаціонарне температурне поле.

Якщо температура є функцією координат і не залежить від часу

t = f(x,y,z), (1.1)

то температурне поле є стаціонарним. Воно може бути відповідно дво­вимірним та одновимірним:

t = f(x,y), t = f(x), t = f(y). (1.2)

Якщо об’єднати всі точки тіла з однією температурою, то одержимо поверхню, яка називається ізотермною, а лінія перетину цієї поверх­ні з будь-якою площиною - ізотермою.

При переході від однієї ізотерми до іншої найбільша зміна тем­ператури спостерігається у напрямі нормалі до ізотерми. Границя від­ношення зміни температури ∆t до відстані між ізотермами по норма­лі ∆n, коли ∆n наближається до нуля, називається градієнтом температури:

. (1.3)

Градієнт температури - це вектор, спрямований по нормалі до ізотермної поверхні у напрямі зростання температури. Він характери­зує інтенсивність зміни температури в указаному напрямі.

Основний закон теплопровідності (закон Фур’є) можна сформулюва­ти так: кількість теплоти dQ, яка проходить через елементарну площу dF, розміщену на ізотермній поверхні, за елементарний відрізок часу dτ пропорційна температурному градієнту:

, (1.4)

або

. (1.5)

Коефіцієнт пропорційності λ називається коефіцієнтом тепло­провідності. Знак "мінус" у рівняннях (1.4) та (1.5) вказує на те, що тепловий потік та градієнт температури мають протилежні напрями:

тепловий потік q спрямований у бік зменшення температури, а grad t - у бік зростання.

Коефіцієнт теплопровідності характеризує фізичні властивості речовин і дорівнює кількості теплоти, яка проходить через одиницю ізотермної поверхні за одиницю часу при умові, що градієнт темпе­ратури дорівнює одиниці:

. (1.6)

Різні за своїми фізичними властивостями речовини мають різні величини λ. Для металів λ=20-418 Вт/м·К; рідин - 0,06-0,6 Вт/м·К; газів - 0,005-0,5 Вт/м·К. Для повітря λ=0,0244 Вт/м·К.

Коефіцієнт теплопровідності різних речовин залежить від структу­ри, густини, температури, вологості тощо.

Для визначення коефіцієнта теплопровідності використовують різні експериментальні методи, які відповідно до форми досліджу-

ваного ма­теріалу називаються методом циліндра, плити, кулі.

У даній лабораторній роботі дослідження коефіцієнта теплопровід­ності залежно від температури проводиться методом кулі.

Поиск по сайту: