Exemplu de transfer de căldură prin conducție

8 Exemple de transfer de căldură prin conducție

1. Explicați, folosind exemple, semnificația transfer de căldură prin conducție ?
Pembahasan
Transferul de căldură prin conducție este transferul de căldură care are loc prin coliziuni între atomii/moleculele care alcătuiesc un obiect. De exemplu, să luăm în considerare o bară de fier încălzită. Un capăt al fierului este atins de o flacără, iar celălalt capăt este ținut în mână. Chiar dacă capătul fierului ținut nu este în contact cu flacăra, deoarece căldura este transferată prin bara de fier, capătul fierului ținut în mână se simte fierbinte. Cum se transferă căldura de la un capăt la celălalt al fierului?
Vârful fierului încălzit primește căldură suplimentară. Calorie este energia care se deplasează în mod natural de la obiectele cu temperatură ridicată la obiectele cu temperatură scăzută. Energia adăugată face ca atomii/moleculele care alcătuiesc fierul să vibreze mai mult față de poziția lor de echilibru. Pe măsură ce vibrează mai mult, atomii/moleculele se ciocnesc cu atomii/moleculele vecine, determinând atomii/moleculele să vibreze mai mult și să dobândească o energie mai mare. Acest proces continuă până când căldura ajunge la vârful fierului ținut.

2. Este posibil să aibă loc transferul de căldură prin conducție între atomii/moleculele unui lichid?
Pembahasan
Să luăm în considerare următorul exemplu. Când o bară de fier este încălzită, căldura se deplasează de la un atom/o moleculă de fier la alta, deci se poate spune că transferul de căldură prin conducție are loc între atomii/moleculele unui solid. Transferul de căldură prin conducție nu are loc între atomii/moleculele unui lichid, deoarece transferul de căldură are loc între atomii/moleculele unui lichid și, la fel, între atomii/moleculele unui gaz, transferul de căldură are loc prin convecție.

3. Conductivitate termică cărămida este de 0,84 J/msCo, iar conductivitatea termică a lânii este de 0,040 J/msC^oCare este un conductor de căldură mai bun, cărămida sau lâna?
Pembahasan
Obiectele care au o conductivitate termică ridicată sunt bune conductoare de căldură (buni conductori termici), în timp ce obiectele care au o conductivitate termică scăzută sunt slabe conductori de căldură (slabi conductori termici).
Pe baza întrebării, conductivitatea termică a cărămizii este mai mare decât conductivitatea termică a lânii, deci cărămida este un conductor de căldură mai bun decât lâna.

4. O bară cilindrică solidă de oțel are o lungime de 1 metru și o secțiune transversală de 0,2 metri pătrați. Conductivitatea termică a oțelului este de 40 J/msC.^oDacă diferența de temperatură dintre cele două capete ale oțelului este de 10^oC, determinați rata de transfer de căldură prin conducție în tija de oțel!
Pembahasan
Se știe că:
Lungimea oțelului (l) = 1 m
Aria secțiunii transversale a oțelului (A) = 0,2 m²²
Conductivitatea termică a oțelului (k) = 40 J/msC^o
Diferența de temperatură dintre cele două capete ale oțelului (ΔT) = 10^oC
Întrebat: Rata de transfer de căldură prin conducție (Q/t)
Jawab:
Formula pentru rata de transfer de căldură prin conducție:
Q/t = kA ΔT / l
Q/t = (40)(0,2)(10) / 1
Q/t = 80 / 1
Q/t = 80 Jouli/secundă

5. Metalele A și B au aceeași lungime și secțiune transversală. Coeficientul de conductivitate al metalului A este de 1/6 ori mai mare decât coeficientul de conductivitate al metalului B. Ambele metale sunt încălzite la un capăt și ambele experimentează aceeași variație de temperatură. Prin urmare, raportul dintre ratele de transfer de căldură ale metalului A și metalului B este...
A. 6:1
B. 1:6
C. 1: 5
D. 2:1
E. 4:1
Discuție:

Dștiu :
k_A = 1/6 k_B = 1 / 6
k_B = 6 / 6 = 1
Întrebat :
Comparație a ratei de transfer de căldură prin metalul A și metalul B?
Jawab :
Formula pentru rata de transfer de căldură prin conducție :
Descriere: Q/t = rata de transfer termic, k = conductivitatea termică, A = aria secțiunii transversale, T₁ = temperatură ridicată, T₂ = temperatură scăzută, l = lungimea obiectului.

Lungimea și aria secțiunii transversale a celor două metale sunt egale, deci l și A sunt eliminate din ecuație. Variația de temperatură a ambelor metale este aceeași, astfel încât (T₁ - T₂) este eliminat din ecuație.
k_A :k_B
1/6 : 6/6
1: 6
Răspunsul corect este B.

6. Două solide P și Q, care au aceeași dimensiune, dar tipuri diferite, sunt atașate așa cum se arată în figura de mai jos. Dacă coeficientul de conducție termică al lui P este de trei ori mai mare decât coeficientul de conducție termică al lui Q, atunci temperatura la limita dintre P și Q este...
A. 60 ^oC
B. 50 ^oC
C. 40 ^oC
D. 20 ^oC
E. 10 ^oC

Discuție:
Este cunoscut :
T_P = 0 ^oC
T_Q = 80 ^oC
k_P = 3 k_Q = 3
k_Q = 1
Întrebat :
Temperatura la planul limită P și Q?
Jawab:

Mărimile celor două obiecte sunt aceleași, deci A și l sunt eliminate din ecuație.
Răspunsul corect este D.

7. Cantitatea de căldură care trece printr-un material metalic pe secundă:

(1) invers proporțional cu diferența de temperatură dintre cele două capete

(2) este invers proporțională cu aria secțiunii transversale a obiectului

(3) în funcție de tipul de material metalic

(4) este invers proporțională cu lungimea metalului

Afirmația corectă pentru creșterea ratei de transfer de căldură prin conducție este…

Pembahasan

Formula pentru transferul de căldură prin conducție:

Cantitatea de căldură care curge pe secundă (Q/t)

Direct proporțional cu diferența de temperatură dintre cele două capete (T1 _– T2 ₎.

Direct proporțional cu aria secțiunii transversale a obiectului (A).

Direct proporțional cu tipul de material metalic (k = conductivitate termică)

Invers proporțional cu lungimea metalului (l).

Afirmațiile corecte sunt 3 și 4.

8. Metalele P, Q și R au aceeași dimensiune. Conductivitatea metalelor P, Q și R este de 4k, 2k și respectiv k. Toate trei sunt conectate prin temperatură la capetele deschise, așa cum se arată în figura următoare.

Temperatura la joncțiunea metalică P cu Q (T _x ) este...

Pembahasan

Se știe:

Conductivitatea metalului P = 4k

Conductivitatea metalului Q = 2k

Conductivitatea metalului R = k

Temperatură scăzută la capătul metalic P (TP ₎ = 20 ^° C

Temperatură ridicată la vârful metalic R (T _R ) = 160 ^° C

Cerință: Temperatura la joncțiunea metalică P cu Q (T _x )

Jawab:

Formula pentru transferul de căldură prin conducție:

Informație :

Q/t = rata de transfer termic, k = conductivitatea termică, A = aria secțiunii transversale, T1 ₌ temperatura inițială, T2 ₌ temperatura finală, l = lungimea tijei.

Lungimea (l) și aria secțiunii transversale (A) sunt egale, deci sunt eliminate din ecuație.

Folosește această ecuație pentru a calcula temperatura.

Luați în considerare tijele metalice P și Q.

Luați în considerare tijele metalice Q și R.

Pentru a obține Tx _, eliminăm _Ty :