Přenos tepla

Existují tři typy přenosu tepla neboli přenosu tepla , a to přenos tepla vedením, konvekcí a zářením.

Přenos tepla vedením tepla. Když se objekt s vysokou teplotou dostane do kontaktu s objektem s nízkou teplotou, energie se přesouvá z objektu s vysokou teplotou na objekt s nízkou teplotou. Přidaná energie způsobuje, že se atomy a molekuly, které tvoří objekt, pohybují rychleji. Při pohybu mají molekuly kinetickou energii (EK = ½ mv² ⁾ . Rychleji se pohybující molekuly (s větší kinetickou energií) se srážejí s molekulami vedle sebe. Tyto molekuly se pak srážejí s dalšími molekulami vedle sebe. A tak dále. Molekuly se tedy srážejí navzájem a přenášejí energii. Přenos tepla , ke kterému dochází srážkami mezi molekulami, které tvoří objekt, se nazývá vedení tepla. K vedení tepla obvykle dochází v pevných látkách nebo z pevných látek do kapalin (z kapalin do pevných látek) nebo z pevných látek do plynů (z plynů do pevných látek).

Přenos tepla konvekcí. Konvekce se obvykle vyskytuje v kapalinách (například vodě) a plynech (například vzduchu). Konvekce je přenos tepla doprovázený pohybem objektu v důsledku změn jeho hustoty. Hustota objektu se mění, protože se mění jeho objem. Objem objektu se mění, protože objekt absorbuje určité množství tepla.

Přenos tepla sáláním. Sálání je přenos tepla ve formě elektromagnetických vln. Mezi příklady sálání patří teplo, které vaše tělo cítí, když jste v blízkosti kamen, a sálání ze Slunce na Zemi. Slunce má vyšší teplotu (kolem 6000 Kelvinů), zatímco Země má nižší teplotu. Tento teplotní rozdíl mezi Sluncem a Zemí způsobuje, že se teplo přesouvá ze Slunce (vyšší teplota) na Zemi (nižší teplota). Pokud by sálání ze Slunce na Zemi vyžadovalo médium, jako je vedení a konvekce, teplo by se na Zemi nedostalo, protože by muselo procházet vakuem.

Příklad problémů

1. Otázka č. 19 z celostátní zkoušky z fyziky pro akademický rok 2015/2016 SMA/MA

Kovové tyče stejné velikosti, ale vyrobené z různých kovů, jsou spojeny, jak je znázorněno na obrázku níže. Pokud je tepelná vodivost kovu I čtyřnásobná oproti vodivosti kovu II, pak je teplota na spoji obou kovů…

A. 45^oC

B. 40 ^° C

35 ^° C

D. 30 ^° C

E. 25 ^° C

Diskuse

Je známo, že:

Tepelná vodivost kovu I = 4k

Tepelná vodivost kovu II = k

Teplota kovové hrany I = 50 ^° C

Teplota kovové hrany II = 0 ^° C

Otázka: Teplota na spoji dvou kovů

Odpověď:

Vzorec pro rychlost přenosu tepla vedením:

Popis: Q/t = rychlost přenosu tepla, k = tepelná vodivost, A = plocha povrchu, T1 _- T2 ₌ změna teploty, l = délka tyče

Oba kovy mají stejnou velikost, takže A a l jsou z rovnice odstraněny.

Správná odpověď je B.

2. Otázka č. 19 z celostátní zkoušky z fyziky pro akademický rok 2015/2016 SMA/MA

Následující obrázek ukazuje kovové tyče A a B různých typů spojené na jednom konci.

Průřez obou tyčí je stejný, ale délka tyče A je dvojnásobná oproti délce tyče B a součinitel tepelné vodivosti tyče A je trojnásobný oproti tyči B. Pokud jsou volné konce tyčí A a B vystaveny teplotám různé velikosti, pak je přesná teplota na spoji…

A. 60^oC

B. 64 ^° C

70 ^° C

D. 76 ^° C

E. 78 ^° C

Diskuse

Je známo, že:

Tepelná vodivost tyče A = 3k

Tepelná vodivost tyče B = k

Délka tyče A = 2l

Délka tyče B = l

Teplota okraje tyče A = 100 ^° C

Teplota okraje tyče B = 40 ^° C

Otázka: Teplota ve spoji dvou tyčí

Odpověď:

Vzorec pro rychlost přenosu tepla vedením:

Popis: Q/t = rychlost přenosu tepla, k = tepelná vodivost, A = plocha povrchu, T1 _- T2 ₌ změna teploty, l = délka tyče

Obě tyče mají stejnou plochu průřezu, takže A je z rovnice odstraněno.

Správná odpověď je D.

3. Otázka č. 14 z celostátní zkoušky z fyziky pro akademický rok 2014/2015 SMA/MA

Věnujte pozornost následujícímu prohlášení:

(1) vodivost kovu

(2) teplotní rozdíl mezi kovovými konci

(3) délka kovu

(4) kovová hmota

Faktory, které určují rychlost šíření tepla v kovu, jsou….

A. (1), (2) a (3)

B. (1) a (4)

C. (2) a (4)

D. (3) a (4)

pouze E. (4)

Diskuse

Přenos tepla v kovu je přenos tepla vedením. Vzorec pro rychlost přenosu tepla vedením je:

Popis: Q/t = rychlost přenosu tepla, k = tepelná vodivost, A = plocha povrchu, T1 _- T2 ₌ změna teploty, l = délka tyče

Správná odpověď je A.