Оглавление:
Основной закон теплопроводности
- Согласно 2-му закону термодинамики, при наличии перепада температур тепло распространяется от одного тела к другому (или от одной части тела к другой части того же тела). в этом случае тепловой поток направляется из точки высокой температуры в точку низкой temperature. In в соответствии с законом 1 термодинамики (сохранение энергии), поток тепловой энергии сохраняется даже без источника тепла iyiH sink. So, в твердом теле существует распределение температуры, которое зависит от пространственных координат и времени наблюдения.
В этом случае, наблюдая в определенное время, можно предположить, что существует такая твердая поверхность, что все точки оказываются одинаковой температуры. Такая поверхность называется изотермической поверхностью. Другие изотермические поверхности в этом теле можно обнаружить. Его температура отличается от указанной температуры поверхности+ 6/.Эти изотермические поверхности не пересекаются, потому что нет точек-в этом твердом теле при 2 разных температурах одновременно. Таким образом, твердое тело будет состоять из любой тонкой изотермической оболочки, которая, конечно, будет меняться со временем.
Однако с развитием молекулярно-кинетической теории явление теплопроводности получило своё объяснение на основе взаимодействия частиц вещества. Людмила Фирмаль
Кроме того, рассмотрим только изотропное твердое тело, то есть такое твердое тело, свойства которого вблизи любой точки и его структура не зависят от direction. In в этом случае из-за симметрии тепловой поток в точке обязательно будет иметь направление, перпендикулярное изотермической плоскости, проходящей через точку. Это положение описано ниже. Математическую формулировку закона теплопроводности можно выразить так: Формула (2-1) может быть уточнена с помощью рисунка. 2-1.Тепловой поток Q / A течет вдоль перпендикуляра n области A в направлении снижения температуры, то есть в направлении отрицательного градиента температуры. Знак минус в уравнении (2-1) указывает, что тепловой поток находится в направлении отрицательного градиента, и в этом смысле он действует, чтобы сделать тепловой поток положительным.
Коэффициент пропорциональности х представляет собой теплопроводность, которая является свойством материала, через который проходит тепловой поток. Для бесконечно малой площади、 При делении по площади формула (2-1) имеет вид: Закон теплопроводности. Записать его — я ДТ ЛДА -% -. ОД (2-2） Уравнения (2-1) и (2-2) обычно приписывают французскому математику Жану Батисту Фурье и в его честь называют уравнениями Фурье-теплоты. Количество тепла, «проходящего через единицу площади за 1 час» на поверхности, называется удельным тепловым потоком q и измеряется в Ккал /м2•ч. Тепловой поток представляет собой vector. In другими словами, он должен характеризоваться как размером, так и направлением.
- Тепловой поток можно определить вдоль любого направления через область, перпендикулярную этому «направлению». На рисунке 2-2 показаны изотермы t и T + dt тела. Линии, перпендикулярные этим изотермам, обозначены Лучом n. Луч n также перпендикулярен элементам области dA. Тепловой поток в вертикальном и s направлениях можно рассчитать следующим образом: от Да до ДП ’ йд да потому что дс. легко показать, что n = s cos a. следовательно, ’ — dt ^ = — Z5Tcosa- (2-3） Или qₛ-компонент вектора теплового потока qₙ. Из уравнения (2-3) видно, что наибольший «тепловой поток вычисляется вдоль изотермической нормали».в частности, если компонентный поток относится к плоскости с системой координат x, y и z, то это потоки. Поток в уравнении (2-4) является составляющей вектора теплового потока. Теплопроводность.
Заметим, что коэффициент теплопроводности X не обязательно должен быть constant. In дело в том, что теплопроводность является функцией температуры всех фаз, а в жидкостях и газах она также зависит от давления, которое близко к критическому состоянию в частности. Теплопроводность древесины и кристаллов также разительно отличается от»направления». так, например, теплопроводность дерева по волокну » изменяется в 2-4 раза, по сравнению с теплопроводностью дерева по волокну. Температурная зависимость теплопроводности отдельных малых диапазонов температур может быть адекватно выражена в линейной форме. Л = РН(1 + п /）、 (2-5)） 2. это значение теплопроводности при определенных начальных условиях. p — может быть положительным или отрицательным в зависимости от температуры, коэффициента, материала.
Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием гипотетического теплорода от одного тела к другому. Людмила Фирмаль
На рис. 2-3 показано изменение градиента температуры в организме в зависимости от положительного или отрицательного p. Легко понять, что линейный градиент температуры существует только при постоянной теплопроводности. Интересно отметить, что уравнение теплопроводности Фурье полностью аналогично закону электропроводности Ома. Закон Ома для проводников любой формы можно выразить в виде: д/= -, пап. (2-6)） В Формуле(2-6) ток соответствует тепловому потоку Q, потенциал E соответствует температуре t, а электропроводность a(o = / / p, p-электрическое сопротивление) соответствует теплопроводности. Так как Формулы (2-2)и (2-6) одинаковы Рисунок 2-2.Направление потока * Тепло. Рисунок 2-3.Простое распределение температуры печи.
В представлении, пока распределение температуры поверхности соответствует распределению напряжения на поверхности, поле напряжения объекта той же формы, что и поле температуры внутри нагретого тела, аналогично. Это сходство поможет иметь более детальное представление о проблеме теплопроводности при использовании аналогичной электрической схемы.
Смотрите также:
| Теплопроводность | Уравнение теплопроводности |
| Понятие теплопроводности | Решения простейших уравнений теплопроводности для условий стационарного режима |
