Näide soojusülekandest juhtivuse teel

8 Soojusjuhtivuse näited soojusülekandest

1. Selgitage näidete abil tähendust soojusülekanne juhtivuse teel ?
Arutelu
Soojusjuhtivus on soojusülekanne, mis toimub objekti moodustavate aatomite/molekulide kokkupõrgete kaudu. Näiteks vaatleme kuumutatud raudkangi. Raua ühte otsa puudutatakse leegiga ja teist otsa hoitakse. Kuigi hoitava raua ots ei puutu leegiga kokku, tundub hoitava raua ots kuum, kuna soojus kandub läbi raudkangi. Kuidas toimub soojusülekanne raua ühest otsast teise?
Kuumutatud rauaots saab lisasoojust. Kalorid on energia, mis liigub loomulikult kõrge temperatuuriga objektidelt madala temperatuuriga objektidele. Lisanduv energia paneb raua aatomid/molekulid oma tasakaaluasendist kaugemale võnkuma. Edasise vibratsiooni korral põrkavad aatomid/molekulid naaberaatomite/molekulidega kokku, pannes aatomid/molekulid veelgi rohkem võnkuma ja omandama suurema energia. See protsess jätkub seni, kuni kuumus jõuab hoitava raua otsani.

2. Kas vedeliku aatomite/molekulide vahel on võimalik soojusjuhtivuse teel üle kanda soojust?
Arutelu
Vaatleme järgmist näidet. Raudkangi kuumutamisel liigub soojus ühelt raua aatomilt/molekulilt teisele, seega võib öelda, et tahke aine aatomite/molekulide vahel toimub soojusjuhtivuse teel soojusülekanne. Vedeliku aatomite/molekulide vahel soojusülekannet juhtivuse teel ei toimu, kuna soojusülekanne toimub vedeliku aatomite/molekulide vahel ja samamoodi toimub gaasi aatomite/molekulide vahel soojusülekanne konvektsiooni teel.

3. Soojusjuhtivus tellise soojusjuhtivus on 0,84 J/msCo ja villa soojusjuhtivus on 0,040 J/msC^oKumb on parem soojusjuht, tellis või vill?
Arutelu
Kõrge soojusjuhtivusega objektid on head soojusjuhid (head soojusjuhid), samas kui madala soojusjuhtivusega objektid on halvad soojusjuhid (kehv soojusjuhtivused).
Küsimuse põhjal on tellise soojusjuhtivus suurem kui villa soojusjuhtivus, seega on tellis parem soojusjuht kui vill.

4. Silindrilise terasvarda pikkus on 1 meeter ja ristlõikepindala 0,2 ruutmeetrit. Terase soojusjuhtivus on 40 J/msC.^oKui terase kahe otsa temperatuuride vahe on 10^oC, määrake soojusjuhtivuse teel toimuva soojusülekande kiirus terasvardas!
Arutelu
On teada, et:
Terase pikkus (l) = 1 m
Terase ristlõikepindala (A) = 0,2 m²
Terase soojusjuhtivus (k) = 40 J/msC^o
Terase kahe otsa vaheline temperatuuride vahe (ΔT) = 10^oC
Küsis: Soojusjuhtivuse kiirus (Q/t)
Vastus:
Soojusjuhtivuse teel toimuva soojusülekande kiiruse valem:
Q/t = k A ΔT / l
Q/t = (40)(0,2)(10) / 1
Q/t = 80 / 1
Q/t = 80 džauli sekundis

5. Metallidel A ja B on sama pikkus ja ristlõikepindala. Metalli A juhtivuskoefitsient on 1/6 korda suurem kui metalli B juhtivuskoefitsient. Mõlemat metalli kuumutatakse ühest otsast ja mõlemad kogevad sama temperatuurimuutust. Seega on metalli A ja metalli B soojusülekande kiiruste suhe...
A. 6:1
B. 1:6
C. 1:5
V. 2:1
E. 4:1
Arutelu:

Dtea :
k_A = 1/6 tuhat_B = 1/6 XNUMX XNUMX
k_B = 6/6 = 1
Küsis :
Soojusülekande kiiruse võrdlus metalli A ja metalli B vahel?
Jawab :
Soojusülekande kiiruse valem juhtivuse teel :
Kirjeldus: Q/t = soojusülekande kiirus, k = soojusjuhtivus, A = ristlõikepindala, T₁ = kõrge temperatuur, T₂ = madal temperatuur, l = objekti pikkus.

Kahe metalli pikkus ja ristlõikepindala on võrdsed, seega l ja A on võrrandist välja jäetud. Mõlema metalli temperatuuri muutus on sama, seega (T₁ - T₂) on võrrandist kõrvaldatud.
k_A :k_B
1/6: 6/6
1: 6
Õige vastus on B.

6. Kaks sama suurusega, aga erinevat tüüpi tahkist P ja Q on omavahel ühendatud, nagu on näidatud alloleval joonisel. Kui P soojusjuhtivustegur on kolm korda suurem kui Q soojusjuhtivustegur, siis temperatuur P ja Q vahelisel piiril on...
A. 60 ^oC
B. 50 ^oC
C. 40 ^oC
D. 20 ^oC
E. 10 ^oC

Arutelu:
On teada :
T_P = 0 ^oC
T_Q = 80 ^oC
k_P = 3 tuhat_Q = 3
k_Q = 1
Küsis :
Temperatuur piirtasandil P ja Q?
Vastus:

Kahe objekti suurused on samad, seega A ja l jäetakse võrrandist välja.
Õige vastus on D.

7. Metallist materjali läbiva soojuse hulk sekundis:

(1) pöördvõrdeline kahe otsa temperatuuride vahega

(2) on pöördvõrdeline objekti ristlõikepindalaga

(3) olenevalt metallmaterjali tüübist

(4) on pöördvõrdeline metalli pikkusega

Õige väide soojusjuhtivuse teel soojusülekande kiiruse suurendamiseks on…

Arutelu

Soojusjuhtivuse teel toimuva soojusülekande valem:

Sekundi kohta voolava soojuse hulk (Q/t)

Otseselt proportsionaalne kahe otsa temperatuuride vahega (T1 _– T2 ₎.

Otseselt proportsionaalne objekti ristlõikepindalaga (A).

Otseselt proportsionaalne metalli materjali tüübiga (k = soojusjuhtivus)

Pöördvõrdeline metalli pikkusega (l).

Õiged väited on 3 ja 4.

8. Metallid P, Q ja R on sama suurusega. Metallide P, Q ja R juhtivus on vastavalt 4k, 2k ja k. Kõik kolm on avatud otstes temperatuuri abil ühendatud, nagu on näidatud järgmisel joonisel.

Temperatuur metalli ühenduskohas P ja Q(Tx ₎ on...

Arutelu

On teada:

Metalli juhtivus P = 4k

Metalli juhtivus Q = 2k

Metalli juhtivus R = k

Madal temperatuur metalli otsas P(TP ₎ = 20 ^° C

Metallist otsa kõrge temperatuur R (T _R ) = 160 ^° C

Otsitakse: temperatuuri metalli ühenduskohas P, kus Q(Tx ₎ on

Vastus:

Soojusjuhtivuse teel toimuva soojusülekande valem:

Teave:

Q/t = soojusülekande kiirus, k = soojusjuhtivus, A = ristlõikepindala, T1 ₌ algtemperatuur, T2 ₌ lõpptemperatuur, l = varda pikkus.

Pikkus (l) ja ristlõikepindala (A) on võrdsed, seega need võrrandist välja jäetakse.

Kasutage seda võrrandit temperatuuri arvutamiseks.

Vaatleme metallvardaid P ja Q.

Vaatleme metallvardaid Q ja R.

_{T x} saamiseks elimineerime T _y :