Siltuma pārnese

Ir trīs siltuma pārneses veidi , tostarp siltuma pārnese ar vadīšanu, konvekciju un starojumu.

Siltuma pārnešana ar vadīšanas palīdzību. Kad augstas temperatūras objekts nonāk saskarē ar zemas temperatūras objektu, enerģija pārvietojas no augstas temperatūras objekta uz zemas temperatūras objektu. Pievienotā enerģija liek objekta atomiem un molekulām kustēties ātrāk. Molekulām pārvietojoties, tām ir kinētiskā enerģija (EK = ½ mv ² ). Ātrāk kustīgās molekulas (ar lielāku kinētisko enerģiju) saduras ar blakus esošajām molekulām. Pēc tam šīs molekulas saduras ar citām blakus esošajām molekulām. Un tā tālāk. Tātad molekulas saduras viena ar otru, pārnesot enerģiju. Siltuma pārnešana , kas notiek sadursmēs starp objekta molekulām, sauc par vadīšanu. Vadītspēja parasti notiek cietās vielās vai no cietām vielām uz šķidrumiem (no šķidrumiem uz cietām vielām) vai no cietām vielām uz gāzēm (no gāzēm uz cietām vielām).

Siltuma pārnese 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, jo mainās tā tilpums. Objekta tilpums mainās, jo objekts absorbē noteiktu siltuma daudzumu.

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 ^° C

C. 35 ^° C

D. 30 ^° C

E. 25 ^° C

Diskusija

Ir zināms, ka:

Metāla siltumvadītspēja I = 4k

Metāla siltumvadītspēja II = k

Metāla malas temperatūra I = 50 ^° C

Metāla malas temperatūra II = 0 ^° C

Jautāts: 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 ^° C

C. 70 ^° C

D. 76 ^° C

E. 78 ^° C

Diskusija

Ir zināms, ka:

Stieņa A siltumvadītspēja = 3k

Stieņa B siltumvadītspēja = k

Stieņa garums A = 2l

Stieņa garums B = l

Stieņa A malas temperatūra = 100 ^° C

Stieņa B malas temperatūra = 40 ^° C

Jautāts: 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 pārnešana ar vadīšanas palīdzību. Siltuma pārneses ātruma ar vadīšanas palīdzību formula ir:

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

Pareizā atbilde ir A.