Prenos toplote

Obstajajo tri vrste prenosa toplote ali prenosa toplote , vključno s prenosom toplote s prevodnostjo, konvekcijo in sevanjem.

Prenos toplote s prevodnostjo. Ko visokotemperaturni predmet pride v stik s nizkotemperaturnim predmetom, se energija premakne iz visokotemperaturnega predmeta v nizkotemperaturni predmet. Dodana energija povzroči, da se atomi in molekule, ki sestavljajo predmet, gibljejo hitreje. Med gibanjem imajo molekule kinetično energijo (EK = ½ mv ² ). Hitreje premikajoče se molekule (z večjo kinetično energijo) trčijo v molekule poleg sebe. Te molekule nato trčijo v druge molekule poleg sebe. In tako naprej. Tako molekule trčijo druga v drugo in prenašajo energijo. Prenos toplote , ki se pojavi s trki med molekulami, ki sestavljajo predmet, se imenuje prevodnost. Prevodnost se običajno pojavi v trdnih snoveh ali iz trdnih snovi v tekočine (iz tekočin v trdne snovi) ali iz trdnih snovi v pline (iz plinov v trdne snovi).

Prenos toplote s konvekcijo. Konvekcija se običajno pojavlja v tekočinah (kot je voda) in plinih (kot je zrak). Konvekcija je prenos toplote, ki ga spremlja gibanje predmeta zaradi sprememb njegove gostote. Gostota predmeta se spreminja s spreminjanjem njegove prostornine. Prostornina predmeta se spreminja, ko predmet absorbira toploto.

Prenos toplote s sevanjem. Sevanje je prenos toplote v obliki elektromagnetnih valov. Primera sevanja sta toplota, ki jo vaše telo čuti, ko ste blizu peči, in sevanje sonca na Zemljo. Sonce ima višjo temperaturo (okoli 6000 Kelvinov), medtem ko ima Zemlja nižjo temperaturo. Ta temperaturna razlika med soncem in Zemljo povzroči, da se toplota premika s sonca (višja temperatura) na Zemljo (nižja temperatura). Če bi sevanje sonca na Zemljo zahtevalo medij, kot sta prevodnost in konvekcija, toplota ne bi dosegla Zemlje, ker bi morala preiti skozi vakuum.

Primer težav

1. Vprašanje št. 19 za nacionalni izpit iz fizike za študijsko leto 2015/2016 SMA/MA

Kovinske palice enake velikosti, vendar izdelane iz različnih kovin, so spojene, kot je prikazano na spodnji sliki. Če je toplotna prevodnost kovine I 4-krat večja od prevodnosti kovine II, potem je temperatura na stičišču obeh kovin ...

A. 45^oC

B. 40 ^° C

35 ^° C

D. 30 ^° C

E. 25 ^° C

Razprava

Znano je, da:

Toplotna prevodnost kovine I = 4k

Toplotna prevodnost kovine II = k

Temperatura kovinskega roba I = 50^oC

Temperatura kovinskega roba II = 0^oC

Vprašanje: Temperatura na stičišču obeh kovin

Odgovor:

Formula za hitrost prenosa toplote s prevodnostjo:

Opis: Q/t = hitrost prenosa toplote, k = toplotna prevodnost, A = površina, T1 _- T2 ₌ sprememba temperature, l = dolžina palice

Ker sta kovini enake velikosti, sta A in l odstranjena iz enačbe.

Pravilen odgovor je B.

2. Vprašanje št. 19 za nacionalni izpit iz fizike za študijsko leto 2015/2016 SMA/MA

Naslednja slika prikazuje kovinske palice A in B različnih tipov, spojene na enem koncu.

Prečni prerez obeh palic je enak, vendar je dolžina palice A dvakrat večja od dolžine palice B, koeficient toplotne prevodnosti palice A pa je trikrat večji od koeficienta B. Če sta prosta konca palice A in palice B izpostavljena temperaturam različnih velikosti, je natančna temperatura na stičišču ...

A. 60^oC

B. 64 ^° C

70 ^° C

D. 76 ^° C

E. 78 ^° C

Razprava

Znano je, da:

Toplotna prevodnost palice A = 3k

Toplotna prevodnost palice B = k

Dolžina palice A = 2l

Dolžina palice B = l

Temperatura roba palice A = 100^oC

Temperatura roba palice B = 40^oC

Vprašano: Temperatura na spoju obeh palic

Odgovor:

Formula za hitrost prenosa toplote s prevodnostjo:

Opis: Q/t = hitrost prenosa toplote, k = toplotna prevodnost, A = površina, T1 _- T2 ₌ sprememba temperature, l = dolžina palice

Obe palici imata enako površino prečnega prereza, zato A iz enačbe izvzamemo.

Pravilen odgovor je D.

3. Vprašanje št. 14 za nacionalni izpit iz fizike za študijsko leto 2014/2015 SMA/MA

Bodite pozorni na naslednjo izjavo:

(1) prevodnost kovin

(2) temperaturna razlika med kovinskimi konci

(3) dolžina kovine

(4) kovinska masa

Dejavniki, ki določajo hitrost širjenja toplote v kovini, so ...

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

B. (1) in (4)

C. (2) in (4)

D. (3) in (4)

Samo E. (4)

Razprava

Prenos toplote v kovini je prenos toplote s prevodnostjo. Formula za hitrost prenosa toplote s prevodnostjo:

Opis: Q/t = hitrost prenosa toplote, k = toplotna prevodnost, A = površina, T1 _- T2 ₌ sprememba temperature, l = dolžina palice

Pravilen odgovor je A.