Hi ha tres tipus de transferència de calor o transferència de calor , incloent-hi la transferència de calor per conducció, convecció i radiació.
Transferència de calor per conducció. Quan un objecte d'alta temperatura entra en contacte amb un objecte de baixa temperatura, l'energia es mou de l'objecte d'alta temperatura a l'objecte de baixa temperatura. L'energia afegida fa que els àtoms i les molècules que formen l'objecte es moguin més ràpidament. A mesura que es mouen, les molècules tenen energia cinètica (EK = ½ mv² ) . Les molècules que es mouen més ràpidament (amb més energia cinètica) xoquen amb les molècules que tenen al costat. Aquestes molècules xoquen després amb altres molècules que tenen al costat. I així successivament. Així, les molècules xoquen entre si, transferint energia. La transferència de calor que es produeix a través de col·lisions entre les molècules que formen un objecte s'anomena conducció. La conducció normalment es produeix en sòlids o de sòlids a líquids (líquids a sòlids) o de sòlids a gasos (gasos a sòlids).
Transferència de calor per convecció. La convecció es produeix normalment en líquids (per exemple, aigua) i gasos (per exemple, aire). La convecció és la transferència de calor acompanyada del moviment d'un objecte a causa de canvis en la seva densitat. La densitat d'un objecte canvia perquè canvia el seu volum. El volum d'un objecte canvia perquè l'objecte absorbeix una certa quantitat de calor.
Transferència de calor per radiació. La radiació és la transferència de calor en forma d'ones electromagnètiques. Exemples de radiació inclouen la calor que sent el cos quan ets a prop d'una estufa i la radiació del sol a la terra. El sol té una temperatura més alta (al voltant de 6000 Kelvin), mentre que la terra té una temperatura més baixa. Aquesta diferència de temperatura entre el sol i la terra fa que la calor es mogui del sol (temperatura més alta) a la terra (temperatura més baixa). Si la radiació del sol a la terra requerís un medi, com ara la conducció i la convecció, la calor no arribaria a la terra perquè hauria de passar pel buit.
Exemple de problemes
1. Pregunta núm. 19 de l'examen nacional de física SMA/MA 2015/2016
Barres metàl·liques de la mateixa mida, però fetes de metalls diferents, s'uneixen tal com es mostra a la figura següent. Si la conductivitat tèrmica del metall I és 4 vegades la conductivitat del metall II, aleshores la temperatura a la unió dels dos metalls és...
A. 45oC
B. 40 ° C
C. 35 ° C
D. 30 ° C
E. 25 ° C
Discussió
Se sap que:
Conductivitat tèrmica del metall I = 4k
Conductivitat tèrmica del metall II = k
Temperatura de la vora metàl·lica I = 50 ° C
Temperatura de la vora metàl·lica II = 0 ° C
Pregunta: Temperatura a la unió dels dos metalls
Resposta:
La fórmula per a la taxa de transferència de calor per conducció:
Descripció: Q/t = taxa de transferència de calor, k = conductivitat tèrmica, A = superfície superficial, T 1 -T 2 = canvi de temperatura, l = longitud de la vareta
Els dos metalls tenen la mateixa mida, de manera que A i l s'eliminen de l'equació.
La resposta correcta és B.
2. Pregunta núm. 19 de l'examen nacional de física SMA/MA 2015/2016
La figura següent mostra les barres metàl·liques A i B de diferents tipus unides per un extrem.
L'àrea de la secció transversal de les dues varetes és la mateixa, però la longitud d'A és el doble de la longitud de B i el coeficient de conducció tèrmica d'A és 3 vegades el de B. Si els extrems lliures d'A i B estan sotmesos a temperatures de diferents magnituds, la temperatura exacta a la unió és...
A. 60oC
B. 64 ° C
C. 70 ° C
D. 76 ° C
E. 78 ° C
Discussió
Se sap que:
Conductivitat tèrmica de la vareta A = 3k
Conductivitat tèrmica de la vareta B = k
Longitud de la vareta A = 2l
Longitud de la vareta B = l
Temperatura de la vora de la vareta A = 100 ° C
Temperatura de la vora de la vareta B = 40 ° C
Pregunta: Temperatura a la unió de les dues barres
Resposta:
La fórmula per a la taxa de transferència de calor per conducció:
Descripció: Q/t = taxa de transferència de calor, k = conductivitat tèrmica, A = superfície superficial, T 1 -T 2 = canvi de temperatura, l = longitud de la vareta
Ambdues barres tenen la mateixa àrea de secció transversal, de manera que s'elimina A de l'equació.
La resposta correcta és D.
3. Pregunta núm. 14 de l'examen nacional de física SMA/MA 2014/2015
Presteu atenció a la següent afirmació:
(1) conductivitat metàl·lica
(2) diferència de temperatura entre els extrems metàl·lics
(3) longitud de metall
(4) massa metàl·lica
Els factors que determinen la velocitat de propagació de la calor en un metall són...
A. (1), (2) i (3)
B. (1) i (4)
C. (2) i (4)
D. (3) i (4)
E. (4) només
Discussió
La transferència de calor en metalls és per conducció. La fórmula per a la taxa de transferència de calor per conducció és:
Descripció: Q/t = taxa de transferència de calor, k = conductivitat tèrmica, A = superfície superficial, T 1 -T 2 = canvi de temperatura, l = longitud de la vareta
La resposta correcta és A.
