Prenos tepla

Existujú tri typy prenosu tepla alebo prenosu tepla , vrátane prenosu tepla vedením, konvekciou a žiarením.

Prenos tepla vedením tepla. Keď sa objekt s vysokou teplotou dostane do kontaktu s objektom s nízkou teplotou, energia sa presúva z objektu s vysokou teplotou na objekt s nízkou teplotou. Pridaná energia spôsobuje, že atómy a molekuly, ktoré tvoria objekt, sa pohybujú rýchlejšie. Pri pohybe majú molekuly kinetickú energiu (EK = ½ mv² ⁾ . Rýchlejšie sa pohybujúce molekuly (s väčšou kinetickou energiou) sa zrážajú s molekulami vedľa seba. Tieto molekuly sa potom zrážajú s inými molekulami vedľa seba. A tak ďalej. Molekuly sa teda navzájom zrážajú a prenášajú energiu. Prenos tepla , ku ktorému dochádza zrážkami medzi molekulami, ktoré tvoria objekt, sa nazýva vedenie tepla. Vedenie tepla zvyčajne prebieha v pevných látkach alebo z pevných látok do kvapalín (z kvapalín do pevných látok) alebo z pevných látok do plynov (z plynov do pevných látok).

Prenos tepla konvekciou. Konvekcia sa typicky vyskytuje v kvapalinách (ako je voda) a plynoch (ako je vzduch). Konvekcia je prenos tepla sprevádzaný pohybom objektu v dôsledku zmien jeho hustoty. Hustota objektu sa mení, pretože sa mení jeho objem. Objem objektu sa mení, pretože objekt absorbuje určité množstvo tepla.

Prenos tepla žiarením. Žiarenie je prenos tepla vo forme elektromagnetických vĺn. Medzi príklady žiarenia patrí teplo, ktoré vaše telo cíti, keď ste v blízkosti sporáka, a žiarenie zo slnka na Zem. Slnko má vyššiu teplotu (okolo 6000 Kelvinov), zatiaľ čo Zem má nižšiu teplotu. Tento teplotný rozdiel medzi slnkom a zemou spôsobuje, že teplo sa prenáša zo slnka (vyššia teplota) na Zem (nižšia teplota). Ak by žiarenie zo slnka na Zem vyžadovalo médium, ako je vedenie a konvekcia, teplo by sa na Zem nedostalo, pretože by muselo prechádzať vákuom.

Príklad problémov

1. Otázka č. 19 z celoštátnej skúšky z fyziky pre akademický rok 2015/2016 SMA/MA

Kovové tyče rovnakej veľkosti, ale vyrobené z rôznych kovov, sú spojené, ako je znázornené na obrázku nižšie. Ak je tepelná vodivosť kovu I 4-krát väčšia ako vodivosť kovu II, potom je teplota na spoji dvoch kovov…

A. 45^oC

B. 40 ^° C

35 ^° C

D. 30 ^° C

E. 25 ^° C

Diskusia

Je známe, že:

Tepelná vodivosť kovu I = 4k

Tepelná vodivosť kovu II = k

Teplota kovovej hrany I = 50 ^° C

Teplota kovovej hrany II = 0 ^° C

Otázka: Teplota na spoji dvoch kovov

Odpoveď:

Vzorec pre rýchlosť prenosu tepla vedením:

Popis: Q/t = rýchlosť prestupu tepla, k = tepelná vodivosť, A = plocha povrchu, T1 _- T2 ₌ zmena teploty, l = dĺžka tyče

Tieto dva kovy majú rovnakú veľkosť, takže A a l sú z rovnice odstránené.

Správna odpoveď je B.

2. Otázka č. 19 z celoštátnej skúšky z fyziky pre akademický rok 2015/2016 SMA/MA

Nasledujúci obrázok zobrazuje kovové tyče A a B rôznych typov spojené na jednom konci.

Prierezová plocha oboch tyčí je rovnaká, ale dĺžka A je dvojnásobná ako dĺžka B a koeficient tepelnej vodivosti A je trojnásobný ako B. Ak sú voľné konce A a B vystavené teplotám rôznych veľkostí, potom je presná teplota na spoji…

A. 60^oC

B. 64 ^° C

70 ^° C

D. 76 ^° C

E. 78 ^° C

Diskusia

Je známe, že:

Tepelná vodivosť tyče A = 3k

Tepelná vodivosť tyče B = k

Dĺžka tyče A = 2l

Dĺžka tyče B = l

Teplota okraja tyče A = 100 ^° C

Teplota okraja tyče B = 40 ^° C

Otázka: Teplota v mieste spoja dvoch tyčí

Odpoveď:

Vzorec pre rýchlosť prenosu tepla vedením:

Popis: Q/t = rýchlosť prestupu tepla, k = tepelná vodivosť, A = plocha povrchu, T1 _- T2 ₌ zmena teploty, l = dĺžka tyče

Obe tyče majú rovnaký prierez, takže A sa z rovnice odstráni.

Správna odpoveď je D.

3. Otázka č. 14 z celoštátnej skúšky z fyziky pre akademický rok 2014/2015 SMA/MA

Venujte pozornosť nasledujúcemu vyhláseniu:

(1) vodivosť kovu

(2) teplotný rozdiel medzi kovovými koncami

(3) dĺžka kovu

(4) kovová hmota

Faktory, ktoré určujú rýchlosť šírenia tepla v kove, sú….

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

B. (1) a (4)

C. (2) a (4)

D. (3) a (4)

iba E. (4)

Diskusia

Prenos tepla v kove je prenos tepla vedením. Vzorec pre rýchlosť prenosu tepla vedením je:

Popis: Q/t = rýchlosť prestupu tepla, k = tepelná vodivosť, A = plocha povrchu, T1 _- T2 ₌ zmena teploty, l = dĺžka tyče

Správna odpoveď je A.