Transfer de căldură

Există trei tipuri de transfer de căldură sau transfer de căldură , inclusiv transferul de căldură prin conducție, convecție și radiație.

Transfer de căldură prin conducție. Când un obiect cu temperatură ridicată intră în contact cu un obiect cu temperatură scăzută, energia se deplasează de la obiectul cu temperatură ridicată la obiectul cu temperatură scăzută. Energia adăugată face ca atomii și moleculele care alcătuiesc obiectul să se miște mai repede. Pe măsură ce se mișcă, moleculele au energie cinetică (EK = ½ mv² ⁾ . Moleculele care se mișcă mai repede (cu energie cinetică mai mare) se ciocnesc cu moleculele de lângă ele. Aceste molecule se ciocnesc apoi cu alte molecule de lângă ele. Și așa mai departe. Astfel, moleculele se ciocnesc între ele, transferând energie. Transferul de căldură care are loc prin coliziuni între moleculele care alcătuiesc un obiect se numește conducție. Conducția are loc de obicei în solide sau de la solide la lichide (lichide la solide) sau de la solide la gaze (gaze la solide).

Transfer de căldură prin convecție. Convecția are loc de obicei în lichide (de exemplu, apă) și gaze (de exemplu, aer). Convecția este transferul de căldură însoțit de mișcarea unui obiect datorită modificărilor densității sale. Densitatea unui obiect se modifică deoarece volumul său se modifică. Volumul unui obiect se modifică deoarece obiectul absoarbe o anumită cantitate de căldură.

Transferul de căldură prin radiație. Radiația este transferul de căldură sub formă de unde electromagnetice. Exemple de radiații includ căldura pe care o simte corpul tău atunci când te afli lângă o sobă și radiația de la soare către pământ. Soarele are o temperatură mai ridicată (în jur de 6000 Kelvin), în timp ce pământul are o temperatură mai scăzută. Această diferență de temperatură dintre soare și pământ face ca căldura să se deplaseze de la soare (temperatură mai ridicată) către pământ (temperatură mai scăzută). Dacă radiația de la soare către pământ ar necesita un mediu, cum ar fi conducția și convecția, căldura nu ar ajunge la pământ deoarece ar trebui să treacă printr-un vid.

Exemplu de probleme

1. Întrebarea nr. 19 la examenul național de fizică SMA/MA 2015/2016

Tije metalice de aceeași dimensiune, dar fabricate din metale diferite, sunt unite așa cum se arată în figura de mai jos. Dacă conductivitatea termică a metalului I este de 4 ori mai mare decât conductivitatea metalului II, atunci temperatura la joncțiunea celor două metale este…

A. 45^oC

B. 40 ^° C

C. 35 ^° C

D. 30 ^° C

E. 25 ^° C

Pembahasan

Se știe că:

Conductivitatea termică a metalului I = 4k

Conductivitatea termică a metalului II = k

Temperatura muchiei metalului I = 50 ^° C

Temperatura muchiei metalului II = 0 ^° C

Întrebare: Temperatura la joncțiunea celor două metale

Jawab:

Formula pentru rata de transfer de căldură prin conducție:

Descriere: Q/t = rata de transfer de căldură, k = conductivitatea termică, A = aria suprafeței, T1 _- T2 ₌ variația de temperatură, l = lungimea tijei

Cele două metale au aceeași dimensiune, așa că A și l sunt eliminate din ecuație.

Răspunsul corect este B.

2. Întrebarea nr. 19 la examenul național de fizică SMA/MA 2015/2016

Figura următoare prezintă tije metalice A și B de diferite tipuri unite la un capăt.

Aria secțiunii transversale a ambelor tije este aceeași, dar lungimea lui A este de două ori mai mare decât lungimea lui B, iar coeficientul de conducție termică al lui A este de 3 ori mai mare decât cel al lui B. Dacă capetele libere ale lui A și B sunt supuse unor temperaturi de mărimi diferite, atunci temperatura exactă la joncțiune este...

A. 60^oC

B. 64 ^° C

C. 70 ^° C

D. 76 ^° C

E. 78 ^° C

Pembahasan

Se știe că:

Conductivitatea termică a tijei A = 3k

Conductivitatea termică a tijei B = k

Lungimea tijei A = 2l

Lungimea tijei B = l

Temperatura marginii tijei A = 100 ^° C

Temperatura marginii tijei B = 40 ^° C

Întrebare: Temperatura la îmbinarea celor două tije

Jawab:

Formula pentru rata de transfer de căldură prin conducție:

Descriere: Q/t = rata de transfer de căldură, k = conductivitatea termică, A = aria suprafeței, T1 _- T2 ₌ variația de temperatură, l = lungimea tijei

Ambele tije au aceeași secțiune transversală, deci A este eliminat din ecuație.

Răspunsul corect este D.

3. Întrebarea nr. 14 la examenul național de fizică SMA/MA 2014/2015

Acordați atenție următoarei afirmații:

(1) conductivitatea metalului

(2) diferența de temperatură dintre capetele metalice

(3) lungimea metalului

(4) masă metalică

Factorii care determină viteza de propagare a căldurii în metal sunt...

A. (1), (2) și (3)

B. (1) și (4)

C. (2) și (4)

D. (3) și (4)

Numai E. (4)

Pembahasan

Transferul de căldură în metal este transferul de căldură prin conducție. Formula pentru rata de transfer de căldură prin conducție este:

Descriere: Q/t = rata de transfer de căldură, k = conductivitatea termică, A = aria suprafeței, T1 _- T2 ₌ variația de temperatură, l = lungimea tijei

Răspunsul corect este A.