Ջերմափոխանակման օրինակ՝ ջերմահաղորդականությամբ

Ջերմահաղորդականության միջոցով ջերմափոխանակման 8 օրինակներ

1. Օրինակներով բացատրեք իմաստը ջերմափոխանակում ջերմահաղորդականությամբ ?
Քննարկում
Ջերմահաղորդականությամբ ջերմափոխանակումը ջերմության փոխանցում է, որը տեղի է ունենում առարկան կազմող ատոմների/մոլեկուլների միջև բախումների միջոցով: Օրինակ՝ դիտարկենք տաքացված երկաթե ձող: Երկաթի մի ծայրը դիպչում է բոցին, իսկ մյուս ծայրը՝ բռնված: Չնայած այն հանգամանքին, որ բռնված երկաթի ծայրը չի շփվում բոցի հետ, քանի որ ջերմությունը փոխանցվում է երկաթե ձողի միջով, բռնված երկաթի ծայրը տաք է զգացվում: Ինչպե՞ս է ջերմությունը փոխանցվում երկաթի մի ծայրից մյուսը:
Տաքացված երկաթի ծայրը լրացուցիչ ջերմություն է ստանում։ Կալորիաներ էներգիա է, որը բնականաբար տեղափոխվում է բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններից ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմիններին։ Ավելացված էներգիան ստիպում է երկաթը կազմող ատոմներին/մոլեկուլներին ավելի շատ տատանվել իրենց հավասարակշռության դիրքից։ Երբ նրանք ավելի են տատանվում, ատոմները/մոլեկուլները բախվում են հարևան ատոմների/մոլեկուլների հետ, ինչի հետևանքով ատոմները/մոլեկուլները ավելի են տատանվում և ձեռք են բերում ավելի մեծ էներգիա։ Այս գործընթացը շարունակվում է մինչև ջերմությունը հասնի պահվող երկաթի ծայրին։

2. Հնարավո՞ր է արդյոք ջերմափոխանակում տեղի ունենալ հեղուկի ատոմների/մոլեկուլների միջև՝ ջերմահաղորդականությամբ։
Քննարկում
Դիտարկենք հետևյալ օրինակը։ Երբ երկաթե ձողը տաքացվում է, ջերմությունը տեղափոխվում է մեկ երկաթի ատոմից/մոլեկուլից մյուսը, ուստի կարելի է ասել, որ ջերմափոխանակումը տեղի է ունենում պինդ մարմնի ատոմների/մոլեկուլների միջև՝ հաղորդունակությամբ։ Ջերմափոխանակումը տեղի չի ունենում հեղուկի ատոմների/մոլեկուլների միջև՝ հաղորդունակությամբ, քանի որ ջերմափոխանակումը տեղի է ունենում հեղուկի ատոմների/մոլեկուլների միջև, և նմանապես՝ գազի ատոմների/մոլեկուլների միջև՝ ջերմափոխանակումը տեղի է ունենում կոնվեկցիայի միջոցով։

3. Ջերմային հաղորդունակություն աղյուսի ջերմահաղորդականությունը կազմում է 0,84 Ջ/մսՔո, իսկ բրդի ջերմահաղորդականությունը՝ 0,040 Ջ/մսՔ։^oՈ՞րն է ավելի լավ ջերմահաղորդիչ՝ աղյուսը, թե՞ բուրդը։
Քննարկում
Բարձր ջերմահաղորդականություն ունեցող մարմինները ջերմության լավ հաղորդիչներ են (լավ ջերմահաղորդիչներ), մինչդեռ ցածր ջերմահաղորդականություն ունեցող մարմինները վատ ջերմահաղորդիչներ են (վատ ջերմահաղորդիչներ):
Հարցի հիման վրա՝ աղյուսի ջերմահաղորդականությունը մեծ է բրդի ջերմահաղորդականությունից, ուստի աղյուսն ավելի լավ ջերմահաղորդիչ է, քան բուրդը։

4. Պողպատե ամուր գլանաձև ձողը ունի 1 մետր երկարություն և 0,2 քառակուսի մետր լայնական հատույթ։ Պողպատի ջերմահաղորդականությունը 40 Ջ/մմC է։^oԵթե պողպատի երկու ծայրերի միջև ջերմաստիճանի տարբերությունը 10 է^oC, որոշեք պողպատե ձողի ջերմափոխանակման արագությունը հաղորդականությամբ։
Քննարկում
Հայտնի է, որ՝
Պողպատի երկարությունը (լ) = 1 մ
Պողպատե լայնական հատույթի մակերեսը (A) = 0,2 մ²
Պողպատի ջերմահաղորդականությունը (k) = 40 Ջ/մմC^o
Պողպատի երկու ծայրերի միջև ջերմաստիճանի տարբերությունը (ΔT) = 10^oC
Հարցրեց. Ջերմահաղորդականության միջոցով ջերմափոխանակման արագությունը (Q/t)
Պատասխան՝
Ջերմահաղորդականության միջոցով ջերմափոխանակման արագության բանաձևը.
Q/t = k A ΔT / l
Ք/տ = (40)(0,2)(10) / 1
Ք/տ = 80/1
Q/t = 80 Ջոուլ/վայրկյան

5. A և B մետաղները ունեն նույն երկարությունը և լայնական հատույթի մակերեսը։ A մետաղի հաղորդականության գործակիցը 1/6 անգամ մեծ է B մետաղի հաղորդականության գործակիցից։ Երկու մետաղներն էլ տաքանում են մի ծայրից և երկուսն էլ ենթարկվում են նույն ջերմաստիճանի փոփոխության։ Հետևաբար, A և B մետաղների ջերմափոխանակման արագությունների հարաբերակցությունը հավասար է...
Ա. 6:1
Բ. 1:6
Գ. 1:5
Դ. 2:1
Ե. 4:1
Քննարկում.

Dիմանալ :
k_A = 1/6 կ_B= 1 / 6
k_B = 6/6 = 1
Հարցրեց :
Ջերմափոխանակման արագության համեմատություն A և B մետաղների միջով։
Ջավաբ :
Ջերմահաղորդականության միջոցով ջերմափոխանակման արագության բանաձևը :
Նկարագրություն՝ Q/t = ջերմափոխանակման արագություն, k = ջերմահաղորդականություն, A = լայնական հատույթի մակերես, T₁ = բարձր ջերմաստիճան, T₂ = ցածր ջերմաստիճան, l = առարկայի երկարություն։

Երկու մետաղների երկարությունը և լայնական հատույթի մակերեսը հավասար են, ուստի l-ը և A-ն հանվում են հավասարումից։ Երկու մետաղների ջերմաստիճանի փոփոխությունը նույնն է, ուստի (T₁ - Տ₂) հանվում է հավասարումից։
k_A Կ_B
1/6 : 6/6
1: 6
Ճիշտ պատասխանը Բ-ն է։

6. Երկու պինդ մարմիններ՝ P և Q, որոնք ունեն նույն չափսերը, բայց տարբեր տեսակներ, միացված են ստորև բերված նկարում ցույց տրվածի պես։ Եթե P-ի ջերմահաղորդականության գործակիցը երեք անգամ մեծ է Q-ի ջերմահաղորդականության գործակցից, ապա P-ի և Q-ի սահմանագծին գտնվող ջերմաստիճանը...
A. 60 ^oC
B. 50 ^oC
C. 40 ^oC
D. 20 ^oC
Ե 10 ^oC

Քննարկում.
Հայտնի է :
T_P = 0 ^oC
T_Q = 80 ^oC
k_P = 3 հազար_Q= 3
k_Q = 1
Հարցրեց :
Ջերմաստիճանը P և Q սահմանային հարթություններում։
Պատասխան՝

Երկու մարմինների չափերը նույնն են, ուստի A-ն և l-ը հանվում են հավասարումից։
Ճիշտ պատասխանը Դ-ն է։

7. Մետաղական նյութի միջով վայրկյանում անցնող ջերմության քանակը՝

(1) հակադարձ համեմատական է երկու ծայրերի միջև ջերմաստիճանի տարբերությանը

(2) հակադարձ համեմատական է օբյեկտի լայնական հատույթի մակերեսին

(3) կախված մետաղական նյութի տեսակից

(4)-ը հակադարձ համեմատական է մետաղի երկարությանը

Ջերմահաղորդականության միջոցով ջերմափոխանակման արագությունը մեծացնելու ճիշտ պնդումն է…

Քննարկում

Ջերմահաղորդականության միջոցով ջերմափոխանակման բանաձևը՝

Մեկ վայրկյանում հոսքի ջերմության քանակը (Q/t)

Ուղիղ համեմատական է երկու ծայրերի միջև ջերմաստիճանի տարբերությանը (T₁ - Տ₂).

Ուղիղ համեմատական է օբյեկտի լայնական հատվածքին (A):

Ուղղակիորեն համեմատական է մետաղական նյութի տեսակին (k = ջերմահաղորդականություն)

Հակառակ համեմատական է մետաղի երկարությանը (լ):

Ճիշտ պնդումներն են 3-ը և 4-ը։

8. P, Q և R մետաղները բոլորը նույն չափի են։ P, Q և R մետաղների հաղորդականությունը համապատասխանաբար 4 կՋ, 2 կՋ և կՋ է։ Դրանք կապված են բաց ծայրերում ջերմաստիճանի հետ, ինչպես ցույց է տրված հետևյալ նկարում։

2018 թվականի ավագ դպրոցի ֆիզիկայի ազգային քննության քննարկում - 27

Ջերմաստիճանը մետաղական միացման կետում P-ի և Q-ի (T) հետ_x) է…

Քննարկում

Հայտնի է.

Մետաղական հաղորդունակություն P = 4k

Մետաղական հաղորդունակություն Q = 2k

Մետաղական հաղորդունակություն R = k

Մետաղական ծայրում ցածր ջերմաստիճան P (T_P) = 20^oC

Բարձր ջերմաստիճան մետաղական ծայրին R (T_R) = 160^oC

Հարցրեց. Ջերմաստիճանը մետաղական միացման կետում P-ի և Q-ի (T) հետ_x)

Պատասխան՝

Ջերմահաղորդականության միջոցով ջերմափոխանակման բանաձևը՝

2018 թվականի ավագ դպրոցի ֆիզիկայի ազգային քննության քննարկում - 28

Տեղեկություն:

Q/t = ջերմափոխանակման արագություն, k = ջերմահաղորդականություն, A = լայնական հատույթի մակերես, T1 ₌սկզբնական ջերմաստիճան, T2 ₌վերջնական ջերմաստիճան, l = ձողի երկարություն։