Siltuma pārnese

Ir trīs veidi siltuma pārnese vai siltuma pārnese, ieskaitot siltuma pārnesi ar vadīšanas, konvekcijas un starojuma palīdzību.

Siltuma pārnešana ar vadīšanas palīdzību. Kad augstas temperatūras objekts nonāk saskarē ar zemas temperatūras objektu, enerģija tiek pārnesta no augstas temperatūras objekta uz zemas temperatūras objektu. Šī papildu enerģija liek objektu veidojošajiem atomiem un molekulām kustēties ātrāk. Kustoties, molekulām ir kinētiskā enerģija (EK = ½ mv).²). Molekulas, kas pārvietojas ātrāk (ar lielāku kinētisko enerģiju), saduras ar blakus esošajām molekulām. Šīs molekulas pēc tam saduras ar citām blakus esošajām molekulām. Un tā tālāk. Tātad molekulas saduras viena ar otru, pārnesot enerģiju. Siltuma pārnese Kas notiek, saduroties molekulām, kas veido objektu, sauc par vadītspēju. Vadītspēja parasti notiek cietos objektos vai no cietiem objektiem uz šķidriem objektiem (šķidruma objektiem uz cietiem objektiem) vai no cietiem objektiem uz gāzes objektiem (gāzes objektiem uz cietiem objektiem).

Siltuma pārnešana ar konvekcijas palīdzību. Konvekcija parasti notiek šķidrumos (piemēram, ūdenī) un gāzēs (piemēram, gaisā). Konvekcija ir siltuma pārnešana, ko pavada objekta kustība tā blīvuma izmaiņu dēļ. Objekta blīvums mainās, mainoties tā tilpumam. Objekta tilpums mainās, objektam absorbējot siltumu.

Siltuma pārnešana ar starojumu. Starojums ir siltuma pārnešana elektromagnētisko viļņu veidā. Starojuma piemēri ir siltums, ko jūsu ķermenis jūt, atrodoties plīts tuvumā, un starojums no saules uz Zemi. Saulei ir augstāka temperatūra (aptuveni 6000 kelvini), bet Zemei ir zemāka temperatūra. Šī temperatūras atšķirība starp sauli un Zemi izraisa siltuma pārvietošanos no saules (augstāka temperatūra) uz zemi (zemāka temperatūra). Ja starojumam no saules uz Zemi būtu nepieciešama vide, piemēram, vadītspēja un konvekcija, siltums nesasniegtu Zemi, jo tam būtu jāiziet cauri vakuumam.

Problēmu piemērs

1. 2015./2016. mācību gada SMA/MA fizikas valsts eksāmena 19. jautājums

Vienāda izmēra, bet no dažādiem metāliem izgatavoti metāla stieņi ir savienoti, kā parādīts attēlā zemāk. Ja metāla I siltumvadītspēja ir 4 reizes lielāka par metāla II vadītspēju, tad temperatūra abu metālu savienojuma vietā ir…

A. 45^oC

B. 40^oC

C. 35^oC

D. 30^oC

E. 25. gads^oC

Diskusija

Ir zināms, ka:

Metāla siltumvadītspēja I = 4k

Metāla siltumvadītspēja II = k

Metāla malas temperatūra I = 50^oC

Metāla malas temperatūra II = 0^oC

Jautāja: Temperatūra abu metālu savienojuma vietā

Atbilde:

Siltuma pārneses ātruma formula ar vadītspēju:

Apraksts: Q/t = siltuma pārneses ātrums, k = siltumvadītspēja, A = virsmas laukums, T₁-T₂ = temperatūras izmaiņas, l = stieņa garums

Abi metāli ir vienāda izmēra, tāpēc A un l tiek izņemti no vienādojuma.

Pareizā atbilde ir B.

2. 2015./2016. mācību gada SMA/MA fizikas valsts eksāmena 19. jautājums

Nākamajā attēlā parādīti dažāda veida metāla stieņi A un B, kas savienoti vienā galā.

Abu stieņu šķērsgriezuma laukums ir vienāds, bet A garums ir divreiz lielāks par B garumu, un A siltumvadītspējas koeficients ir 3 reizes lielāks nekā B. Ja A un B brīvie gali tiek pakļauti dažādu lielumu temperatūrām, tad precīza temperatūra savienojuma vietā ir…

A. 60^oC

B. 64^oC

C. 70^oC

D. 76^oC

E. 78. gads^oC

Diskusija

Ir zināms, ka:

Stieņa A siltumvadītspēja = 3k

Stieņa B siltumvadītspēja = k

Stieņa garums A = 2l

Stieņa garums B = l

Stieņa malas temperatūra A = 100^oC

Stieņa malas temperatūra B = 40^oC

Jautāja: Temperatūra abu stieņu savienojumā

Atbilde:

Siltuma pārneses ātruma formula ar vadītspēju:

Apraksts: Q/t = siltuma pārneses ātrums, k = siltumvadītspēja, A = virsmas laukums, T₁-T₂ = temperatūras izmaiņas, l = stieņa garums

Abiem stieņiem ir vienāds šķērsgriezuma laukums, tāpēc A tiek izņemts no vienādojuma.

Pareizā atbilde ir D.

3. 2014./2015. mācību gada SMA/MA fizikas valsts eksāmena 14. jautājums

Pievērsiet uzmanību šādam apgalvojumam:

(1) metāla vadītspēja

(2) temperatūras starpība starp metāla galiem

(3) metāla garums

(4) metāla masa

Siltuma izplatīšanās ātrumu metālā nosaka šādi faktori:…

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

B. (1) un (4)

C. (2) un (4)

D. (3) un (4)

Tikai E. (4)

Diskusija

Siltuma pārnese metālā ir siltuma pārnese ar vadīšanas palīdzību. Siltuma pārneses ātruma formula ar vadītspēju:

Apraksts: Q/t = siltuma pārneses ātrums, k = siltumvadītspēja, A = virsmas laukums, T₁-T₂ = temperatūras izmaiņas, l = stieņa garums

Pareizā atbilde ir A.