Exemple de transferència de calor per conducció

8 Exemples de transferència de calor per conducció

1. Explica amb exemples el significat transferència de calor per conducció ?
Discussió
La transferència de calor per conducció és la transferència de calor que es produeix a través de col·lisions entre àtoms/molècules que formen un objecte. Per exemple, considerem una barra de ferro escalfada. Un extrem del ferro toca una flama i l'altre extrem es manté. Tot i que l'extrem del ferro que es manté no està en contacte amb la flama, com que la calor es transfereix a través de la barra de ferro, l'extrem del ferro que es manté es nota calent. Com es transfereix la calor d'un extrem del ferro a l'altre?
La punta de ferro escalfada rep calor addicional. Caloria és l'energia que es mou naturalment dels objectes amb una temperatura alta als objectes amb una temperatura baixa. L'energia afegida fa que els àtoms/molècules que formen el ferro vibrin més enllà de la seva posició d'equilibri. A mesura que vibren més, els àtoms/molècules xoquen amb els àtoms/molècules veïns, fent que els àtoms/molècules vibrin més i adquireixin més energia. Aquest procés continua fins que la calor arriba a la punta del ferro que s'està sostenint.

2. És possible que es produeixi una transferència de calor per conducció entre àtoms/molècules d'un líquid?
Discussió
Considerem el següent exemple. Quan s'escalfa una barra de ferro, la calor es mou d'un àtom/molècula de ferro a un altre, per la qual cosa es pot dir que la transferència de calor per conducció es produeix entre àtoms/molècules d'un sòlid. La transferència de calor per conducció no es produeix entre àtoms/molècules d'un líquid perquè la transferència de calor es produeix entre àtoms/molècules d'un líquid, i de la mateixa manera entre àtoms/molècules d'un gas, la transferència de calor es produeix per convecció.

3. Conductivitat tèrmica el maó és de 0,84 J/msCo i la conductivitat tèrmica de la llana és de 0,040 J/msC^oQuin és un millor conductor de calor, el maó o la llana?
Discussió
Els objectes que tenen una alta conductivitat tèrmica són bons conductors de calor (bons conductors tèrmics), mentre que els objectes que tenen una baixa conductivitat tèrmica són mals conductors de calor (mals conductors tèrmics).
Segons la pregunta, la conductivitat tèrmica del maó és més gran que la conductivitat tèrmica de la llana, per la qual cosa el maó és un millor conductor de calor que la llana.

4. Una barra d'acer cilíndrica sòlida té una longitud d'1 metre i una secció transversal de 0,2 metres quadrats. La conductivitat tèrmica de l'acer és de 40 J/msC.^oSi la diferència de temperatura entre els dos extrems de l'acer és de 10^oC, determineu la taxa de transferència de calor per conducció a la vareta d'acer!
Discussió
Se sap que:
Longitud d'acer (l) = 1 m
Secció transversal d'acer (A) = 0,2 m²
Conductivitat tèrmica de l'acer (k) = 40 J/msC^o
La diferència de temperatura entre els dos extrems de l'acer (ΔT) = 10^oC
Preguntat: Taxa de transferència de calor per conducció (Q/t)
Resposta:
La fórmula per a la taxa de transferència de calor per conducció:
Q/t = kA ΔT / l
Q/t = (40)(0,2)(10) / 1
Q/t = 80 / 1
Q/t = 80 Joules/segon

5. Els metalls A i B tenen la mateixa longitud i secció transversal. El coeficient de conductivitat del metall A és 1/6 vegades el coeficient de conductivitat del metall B. Tots dos metalls s'escalfen per un extrem i tots dos experimenten el mateix canvi de temperatura. Per tant, la relació entre les taxes de transferència de calor del metall A i el metall B és...
A. 6:1
B. 1:6
C. 1:5
D. 2: 1
E. 4:1
Discussió:

Dsaber :
k_A = 1/6 k_B = 1 / 6
k_B = 6/6 = 1
Preguntat :
Comparació de la taxa de transferència de calor a través del metall A i el metall B?
Jawab :
La fórmula de la taxa de transferència de calor per conducció :
Descripció: Q/t = taxa de transferència de calor, k = conductivitat tèrmica, A = àrea de la secció transversal, T₁ = temperatura alta, T₂ = baixa temperatura, l = longitud de l'objecte.

La longitud i l'àrea de la secció transversal dels dos metalls són iguals, de manera que l i A s'eliminen de l'equació. El canvi de temperatura d'ambdós metalls és el mateix, de manera que (T₁ - T₂) s'elimina de l'equació.
k_A :k_B
1/6 : 6/6
1: 6
La resposta correcta és B.

6. Dos sòlids P i Q que tenen la mateixa mida però de diferents tipus estan units tal com es mostra a la figura següent. Si el coeficient de conducció tèrmica de P és tres vegades el coeficient de conducció tèrmica de Q, aleshores la temperatura al límit entre P i Q és...
A. 60 ^oC
B. 50 ^oC
C. 40 ^oC
D. 20 ^oC
E. 10 ^oC

Discussió:
És conegut :
T_P = 0 ^oC
T_Q = 80 ^oC
k_P = 3 k_Q = 3
k_Q = 1
Preguntat :
Temperatura al pla límit P i Q?
Resposta:

Les mides dels dos objectes són les mateixes, de manera que A i l s'eliminen de l'equació.
La resposta correcta és D.

7. La quantitat de calor que flueix per segon a través d'un material metàl·lic:

(1) inversament proporcional a la diferència de temperatura entre els dos extrems

(2) és inversament proporcional a l'àrea de la secció transversal de l'objecte

(3) depenent del tipus de material metàl·lic

(4) és inversament proporcional a la longitud del metall

L'afirmació correcta per augmentar la taxa de transferència de calor per conducció és...

Discussió

La fórmula de la transferència de calor per conducció:

La quantitat de calor que flueix per segon (Q/t)

Directament proporcional a la diferència de temperatura entre els dos extrems (T1 _– T2 ₎.

Directament proporcional a l'àrea de la secció transversal de l'objecte (A).

Directament proporcional al tipus de material metàl·lic (k = conductivitat tèrmica)

Inversament proporcional a la longitud del metall (l).

Les afirmacions correctes són la 3 i la 4.

8. Els metalls P, Q i R tenen la mateixa mida. La conductivitat dels metalls P, Q i R és de 4k, 2k i k, respectivament. Tots tres estan connectats per la temperatura als extrems oberts, tal com es mostra a la figura següent.

La temperatura a la unió metàl·lica P amb Q (T _x ) és...

Discussió

Se sap:

Conductivitat metàl·lica P = 4k

Conductivitat metàl·lica Q = 2k

Conductivitat metàl·lica R = k

Baixa temperatura a l'extrem metàl·lic P (TP ₎ = 20 ^° C

Temperatura alta a la punta metàl·lica R (T _R ) = 160 ^° C

Es busca: Temperatura a la unió metàl·lica P amb Q (T _x )

Resposta:

La fórmula de la transferència de calor per conducció:

Informació:

Q/t = taxa de transferència de calor, k = conductivitat tèrmica, A = àrea de la secció transversal, T ₁ = temperatura inicial, T ₂ = temperatura final, l = longitud de la vareta.

La longitud (l) i l'àrea de la secció transversal (A) són iguals, per la qual cosa s'eliminen de l'equació.

Utilitza aquesta equació per calcular la temperatura.

Considereu les barres metàl·liques P i Q.

Considerem les barres metàl·liques Q i R.

Per obtenir Tx _, eliminem _Ty :