Esimerkki lämmönsiirrosta johtumisen avulla

8 Esimerkkejä lämmönsiirrosta johtumisen avulla

1. Selitä esimerkkien avulla merkitys lämmönsiirto johtumisen avulla ?
Keskustelu
Lämmönjohtuminen on lämmön siirtymistä, joka tapahtuu kappaleen muodostavien atomien/molekyylien törmäyksissä. Tarkastellaan esimerkiksi kuumennettua rautatankoa. Raudan toista päätä kosketetaan liekkiin ja toista päätä pidetään kiinni. Vaikka pidetyn raudan toinen pää ei ole kosketuksissa liekkiin, pidetyn raudan pää tuntuu kuumalta, koska lämpö siirtyy rautatangon kautta. Miten lämpö siirtyy raudan toisesta päästä toiseen?
Lämmitetty raudan kärki saa lisälämpöä. Kalori on energiaa, joka luonnostaan ​​siirtyy korkean lämpötilan omaavista kappaleista matalan lämpötilan omaaviin kappaleisiin. Lisäenergia saa raudan muodostavat atomit/molekyylit värähtelemään lisää tasapainoasennostaan. Värähtelyn lisääntyessä atomit/molekyylit törmäävät viereisiin atomeihin/molekyyleihin, mikä saa atomit/molekyylit värähtelemään lisää ja saamaan suuremman energian. Tämä prosessi jatkuu, kunnes lämpö saavuttaa raudan kärjen.

2. Onko mahdollista, että lämmönsiirto johtumalla tapahtuu nesteen atomien/molekyylien välillä?
Keskustelu
Tarkastellaan seuraavaa esimerkkiä. Kun rautatankoa kuumennetaan, lämpö siirtyy yhdestä rauta-atomista/molekyylistä toiseen, joten voidaan sanoa, että kiinteän aineen atomien/molekyylien välillä tapahtuu lämmönsiirtoa johtumisen kautta. Nesteen atomien/molekyylien välillä ei tapahdu lämmönsiirtoa johtumisen kautta, koska lämmönsiirtoa tapahtuu nesteen atomien/molekyylien välillä, ja vastaavasti kaasun atomien/molekyylien välillä lämmönsiirto tapahtuu konvektion kautta.

3. Konduktivitas-lämpö tiilen lämmönjohtavuus on 0,84 J/msCo ja villan lämmönjohtavuus on 0,040 J/msC^oKumpi on parempi lämmönjohtaja, tiili vai villa?
Keskustelu
Esineet, joilla on korkea lämmönjohtavuus, ovat hyviä lämmönjohtimia (hyviä lämmönjohtimia), kun taas esineet, joilla on alhainen lämmönjohtavuus, ovat huonoja lämmönjohtimia (huonoja lämmönjohtimia).
Kysymyksen perusteella tiilen lämmönjohtavuus on suurempi kuin villan lämmönjohtavuus, joten tiili johtaa lämpöä paremmin kuin villa.

4. Kiinteän lieriömäisen terästangon pituus on 1 metri ja poikkileikkauspinta-ala 0,2 neliömetriä. Teräksen lämmönjohtavuus on 40 J/msC.^oJos teräksen kahden pään välinen lämpötilaero on 10^oC, määritä lämmönjohtavuuden aiheuttama lämmönsiirtonopeus terästangossa!
Keskustelu
Tiedetään, että:
Teräksen pituus (l) = 1 m
Teräksen poikkileikkauspinta-ala (A) = 0,2 m²
Teräksen lämmönjohtavuus (k) = 40 J/msC^o
Teräksen kahden pään välinen lämpötilaero (ΔT) = 10^oC
Kysytty: Lämmönjohtavuuden nopeus (Q/t)
Vastaus:
Lämmönjohtavuuden lämmönsiirtonopeuden kaava:
Q/t = k A ΔT / l
Q/t = (40)(0,2)(10) / 1
Q/t = 80 / 1
Q/t = 80 joulea/sekunti

5. Metalleilla A ja B on sama pituus ja poikkileikkauspinta-ala. Metallin A johtavuuskerroin on 1/6 kertaa metallin B johtavuuskerroin. Molempia metalleja kuumennetaan toisesta päästä ja molemmat kokevat saman lämpötilanmuutoksen. Siksi metallien A ja metallin B lämmönsiirtonopeuksien suhde on...
A. 6:1
B. 1:6
C. 1:5
2. päivä: 1
E. 4:1
Keskustelu:

Dtietää :
k_A = 1/6 tuhatta_B = 1 / 6
k_B = 6/6 = 1
Kysytty :
Lämmönsiirtonopeuden vertailu metallin A ja metallin B läpi?
Jawab :
Lämmönjohtavuuden lämmönsiirtonopeuden kaava :
Kuvaus: Q/t = lämmönsiirtonopeus, k = lämmönjohtavuus, A = poikkileikkauspinta-ala, T₁ = korkea lämpötila, T₂ = matala lämpötila, l = kappaleen pituus.

Kahden metallin pituus ja poikkileikkauspinta-ala ovat yhtä suuret, joten l ja A jätetään pois yhtälöstä. Molempien metallien lämpötilan muutos on sama, joten (T₁ - T₂) poistetaan yhtälöstä.
k_A :k_B
24.12.: 36.12.
1: 6
Oikea vastaus on B.

6. Kaksi samankokoista, mutta erityyppistä kiinteää ainetta P ja Q on kiinnitetty toisiinsa alla olevan kuvan mukaisesti. Jos P:n lämmönjohtavuuskerroin on kolminkertainen Q:n lämmönjohtavuuskertoimeen verrattuna, niin lämpötila P:n ja Q:n rajalla on...
60 ^oC
B. 50 ^oC
C. 40 ^oC
D. 20 ^oC
E.10 ^oC

Keskustelu:
Se tiedetään :
T_P = 0 ^oC
T_Q = 80 ^oC
k_P = 3 tuhatta_Q = 3
k_Q = 1
Kysytty :
Lämpötila rajatasolla P ja Q?
Vastaus:

Kahden objektin koot ovat samat, joten A ja l jätetään pois yhtälöstä.
Oikea vastaus on D.

7. Metallimateriaalin läpi sekunnissa virtaavan lämmön määrä:

(1) kääntäen verrannollinen kahden pään väliseen lämpötilaeroon

(2) on kääntäen verrannollinen kappaleen poikkileikkauspinta-alaan

(3) riippuen metallimateriaalin tyypistä

(4) on kääntäen verrannollinen metallin pituuteen

Oikea lause lämmönjohtavuuden aiheuttaman lämmönsiirtonopeuden lisäämiseksi on…

Keskustelu

Lämmönjohtavuuden kaava lämmönsiirrolle:

Lämmön virtausmäärä sekunnissa (Q/t)

Suoraan verrannollinen kahden päiden väliseen lämpötilaeroon (T1 _– T2 ₎.

Suoraan verrannollinen kappaleen poikkileikkauspinta-alaan (A).

Suoraan verrannollinen metallimateriaalin tyyppiin (k = lämmönjohtavuus)

Käänteisesti verrannollinen metallin pituuteen (l).

Oikeat väittämät ovat 3 ja 4.

8. Metallit P, Q ja R ovat samankokoisia. Metallien P, Q ja R johtavuus on vastaavasti 4k, 2k ja k. Kaikki kolme ovat yhteydessä toisiinsa avoimista päistään lämpötilan perusteella, kuten seuraavassa kuvassa on esitetty.

Lämpötila metalliliitoksessa P Q:n (T _x ) kanssa on...

Keskustelu

Se on tiedossa:

Metallinjohtavuus P = 4k

Metallinjohtavuus Q = 2k

Metallinjohtavuus R = k

Metallipään matala lämpötila P(TP ₎ = 20 ^° C

Korkea lämpötila metallikärjessä R (T _R ) = 160 ^° C

Etsitään: Lämpötila metalliliitoksessa P, jossa Q (T _x )

Jawab:

Lämmönjohtavuuden kaava lämmönsiirrolle:

Tietoja:

Q/t = lämmönsiirtonopeus, k = lämmönjohtavuus, A = poikkileikkauspinta-ala, T1 ₌ alkulämpötila, T2 ₌ loppulämpötila, l = tangon pituus.

Pituus (l) ja poikkileikkauspinta-ala (A) ovat yhtä suuret, joten ne jätetään pois yhtälöstä.

Käytä tätä yhtälöä lämpötilan laskemiseen.

Tarkastellaan metallitankoja P ja Q.

Tarkastellaan metallitankoja Q ja R.

Saadaksesi T _x , eliminoi T _y :n :