Топлопренос

Има три вида топлопренос или топлопренос , включително топлопренос чрез проводимост, конвекция и радиация.

Пренос на топлина чрез проводимост. Когато обект с висока температура влезе в контакт с обект с ниска температура, енергията се премества от обекта с висока температура към обекта с ниска температура. Добавената енергия кара атомите и молекулите, които изграждат обекта, да се движат по-бързо. Докато се движат, молекулите имат кинетична енергия (EK = ½ mv² ⁾ . По-бързо движещите се молекули (с по-голяма кинетична енергия) се сблъскват с молекулите до тях. След това тези молекули се сблъскват с други молекули до тях. И така нататък. Така молекулите се сблъскват една с друга, предавайки енергия. Преносът на топлина , който се осъществява чрез сблъсъци между молекулите, които изграждат даден обект, се нарича проводимост. Проводимостта обикновено се случва в твърди тела или от твърди тела към течности (течности към твърди тела) или от твърди тела към газове (газове към твърди тела).

Пренос на топлина чрез конвекция. Конвекцията обикновено се среща в течности (напр. вода) и газове (напр. въздух). Конвекцията е пренос на топлина, съпроводен с движение на обект поради промени в неговата плътност. Плътността на обекта се променя, защото се променя обемът му. Обемът на обекта се променя, защото обектът абсорбира определено количество топлина.

Пренос на топлина чрез радиация. Радиацията е пренос на топлина под формата на електромагнитни вълни. Примери за радиация включват топлината, която тялото ви усеща, когато сте близо до печка, и радиация от слънцето към земята. Слънцето има по-висока температура (около 6000 Келвина), докато земята има по-ниска температура. Тази температурна разлика между слънцето и земята кара топлината да се премества от слънцето (по-висока температура) към земята (по-ниска температура). Ако радиацията от слънцето към земята изискваше среда, като например проводимост и конвекция, топлината нямаше да достигне земята, защото щеше да трябва да премине през вакуум.

Пример за проблеми

1. Въпрос № 19 от националния изпит по физика за SMA/MA уч. година 2015/2016

Метални пръти с еднакъв размер, но изработени от различни метали, са съединени, както е показано на фигурата по-долу. Ако топлопроводимостта на метал I е 4 пъти по-голяма от проводимостта на метал II, тогава температурата на съединението на двата метала е…

А. 45^oC

Б. 40 ^° C

35 ^° C

D. 30 ^° C

25 ^° C (източна)

Дискусия

Известно е, че:

Топлопроводимост на метала I = 4k

Топлопроводимост на метала II = k

Температура на металния ръб I = 50 ^° C

Температура на металния ръб II = 0 ^° C

Въпрос: Температура на съединението на двата метала

Отговор:

Формулата за скоростта на топлопреминаване чрез топлопроводимост:

Описание: Q/t = скорост на топлопреминаване, k = топлопроводимост, A = повърхностна площ, T1 _- T2 ₌ промяна на температурата, l = дължина на пръта

Двата метала са с еднакъв размер, така че A и l са премахнати от уравнението.

Верният отговор е Б.

2. Въпрос № 19 от националния изпит по физика за SMA/MA уч. година 2015/2016

Следващата фигура показва метални пръти A и B от различни видове, съединени в единия край.

Площта на напречното сечение на двата пръта е еднаква, но дължината на A е два пъти по-голяма от дължината на B, а коефициентът на топлопроводимост на A е 3 пъти по-голям от този на B. Ако свободните краища на A и B са подложени на температури с различна величина, тогава точната температура на съединението е…

А. 60^oC

Б. 64 ^° C

70 ^° C

D. 76 ^° C

78 ^° C (източна)

Дискусия

Известно е, че:

Топлопроводимост на пръта A = 3k

Топлопроводимост на пръта B = k

Дължина на пръта A = 2l

Дължина на пръта B = l

Температура на ръба на пръта A = 100 ^° C

Температура на ръба на пръта B = 40 ^° C

Въпрос: Температура на съединението на двата пръта

Отговор:

Формулата за скоростта на топлопреминаване чрез топлопроводимост:

Описание: Q/t = скорост на топлопреминаване, k = топлопроводимост, A = повърхностна площ, T1 _- T2 ₌ промяна на температурата, l = дължина на пръта

И двата пръта имат еднаква площ на напречното сечение, така че А се премахва от уравнението.

Верният отговор е Д.

3. Въпрос № 14 от националния изпит по физика за SMA/MA уч. година 2014/2015

Обърнете внимание на следното твърдение:

(1) проводимост на метала

(2) температурна разлика между металните краища

(3) дължина на метала

(4) метална маса

Факторите, които определят скоростта на разпространение на топлината в метала, са….

А. (1), (2) и (3)

Б. (1) и (4)

В. (2) и (4)

Г. (3) и (4)

само Д. (4)

Дискусия

Топлопреносът в метала е топлопренос чрез проводимост. Формулата за скоростта на топлопренос чрез проводимост е:

Описание: Q/t = скорост на топлопреминаване, k = топлопроводимост, A = повърхностна площ, T1 _- T2 ₌ промяна на температурата, l = дължина на пръта

Верният отговор е А.