Exempel på värmeöverföring genom ledning

8 exempel på värmeöverföring genom ledning

1. Förklara med hjälp av exempel innebörden värmeöverföring genom ledning ?
Diskussion
Värmeöverföring genom ledning är den värmeöverföring som sker genom kollisioner mellan atomer/molekyler som utgör ett objekt. Tänk dig till exempel en uppvärmd järnstång. Ena änden av järnet vidrör en låga och den andra änden hålls. Även om änden av järnet som hålls inte är i kontakt med lågan, känns änden av järnet som hålls varm eftersom värme överförs genom järnstången. Hur överförs värme från ena änden av järnet till den andra?
Den uppvärmda järnspetsen får ytterligare värme. Kalori är energi som naturligt rör sig från föremål med hög temperatur till föremål med låg temperatur. Den tillförda energin får atomerna/molekylerna som järnet består av att vibrera ytterligare från sin jämviktsposition. När de vibrerar ytterligare kolliderar atomerna/molekylerna med angränsande atomer/molekyler, vilket får atomerna/molekylerna att vibrera ytterligare och få större energi. Denna process fortsätter tills värmen når spetsen på järnet som hålls.

2. Är det möjligt för värmeöverföring genom ledning att ske mellan atomer/molekyler i en vätska?
Diskussion
Betrakta följande exempel. När en järnstång värms upp, rör sig värme från en järnatom/molekyl till en annan, så man kan säga att värmeöverföring genom ledning sker mellan atomer/molekyler i ett fast ämne. Värmeöverföring genom ledning sker inte mellan atomer/molekyler i en vätska eftersom värmeöverföring sker mellan atomer/molekyler i en vätska, och likaså mellan atomer/molekyler i en gas sker värmeöverföring genom konvektion.

3. Värmeledningsförmåga tegel är 0,84 J/msCo och ullens värmeledningsförmåga är 0,040 J/msC^oVilken är en bättre värmeledare, tegel eller ull?
Diskussion
Föremål som har hög värmeledningsförmåga är goda värmeledare (bra värmeledare), medan föremål som har låg värmeledningsförmåga är dåliga värmeledare (dåliga värmeledare).
Baserat på frågan är tegelns värmeledningsförmåga större än ulls värmeledningsförmåga, så tegel är en bättre värmeledare än ull.

4. En solid cylindrisk stålstång har en längd på 1 meter och en tvärsnittsarea på 0,2 kvadratmeter. Stålets värmeledningsförmåga är 40 J/msC.^oOm temperaturskillnaden mellan stålets två ändar är 10^oC, bestäm värmeöverföringshastigheten genom ledning i stålstången!
Diskussion
Det är känt att:
Stållängd (l) = 1 m
Stålets tvärsnittsarea (A) = 0,2 m²
Stålets värmeledningsförmåga (k) = 40 J/msC^o
Temperaturskillnaden mellan stålets två ändar (ΔT) = 10^oC
Frågade: Värmeöverföringshastighet genom ledning (Q/t)
Jawab:
Formeln för värmeöverföringshastigheten genom ledning:
Q/t = k A ΔT / l
Q/t = (40)(0,2)(10) / 1
Q/t = 80 / 1
Q/t = 80 Joule/sekund

5. Metallerna A och B har samma längd och tvärsnittsarea. Konduktivitetskoefficienten för metall A är 1/6 gånger konduktivitetskoefficienten för metall B. Båda metallerna värms upp i ena änden och båda upplever samma temperaturförändring. Därför är förhållandet mellan värmeöverföringshastigheterna för metall A och metall B...
A. 6:1
B. 1:6
C. 1:5
D. 2:1
E. 4: 1
Diskussion:

Dveta :
k_A = 1/6 k_B = 1 / 6
k_B = 6/6 ​​= 1
Frågade :
Jämförelse av värmeöverföringshastigheten genom metall A och metall B?
Jawab :
Formeln för värmeöverföringshastigheten genom ledning :
Beskrivning: Q/t = värmeöverföringshastighet, k = värmeledningsförmåga, A = tvärsnittsarea, T₁ = hög temperatur, T₂ = låg temperatur, l = objektlängd.

Längden och tvärsnittsarean för de två metallerna är lika, så l och A elimineras från ekvationen. Temperaturförändringen för båda metallerna är densamma, så att (T₁ - T₂) elimineras från ekvationen.
k_A :k_B
1/6 : 6/6
1: 6
Det rätta svaret är B.

6. Två fasta ämnen P och Q som har samma storlek men olika typer är fästa enligt figuren nedan. Om värmeledningskoefficienten för P är tre gånger värmeledningskoefficienten för Q, då är temperaturen vid gränsen mellan P och Q...
A. 60 ^oC
B. 50 ^oC
C. 40 ^oC
D. 20 ^oC
E. 10 ^oC

Diskussion:
Det är känt :
T_P = 0 ^oC
T_Q = 80 ^oC
k_P = 3 tusen_Q = 3
k_Q = 1
Frågade :
Temperatur vid gränsplanen P och Q?
Jawab:

Storleken på de två objekten är desamma, så A och l elimineras från ekvationen.
Det rätta svaret är D.

7. Mängden värme som flödar per sekund genom ett metallmaterial:

(1) omvänt proportionell mot temperaturskillnaden mellan de två ändarna

(2) är omvänt proportionell mot objektets tvärsnittsarea

(3) beroende på typen av metallmaterial

(4) är omvänt proportionell mot metallens längd

Det korrekta påståendet för att öka värmeöverföringshastigheten genom ledning är…

Diskussion

Formeln för värmeöverföring genom ledning:

Mängden värme som flödar per sekund (Q/t)

Direkt proportionell mot temperaturskillnaden mellan de två ändarna (T1 _– T2 ₎.

Direkt proportionell mot objektets tvärsnittsarea (A).

Direkt proportionell mot typen av metallmaterial (k = värmeledningsförmåga)

Omvänt proportionell mot metallens längd (l).

De korrekta påståendena är 3 och 4.

8. Metallerna P, Q och R har samma storlek. Konduktiviteten för metallerna P, Q och R är 4k, 2k respektive k. Alla tre är sammankopplade via temperatur vid de öppna ändarna, såsom visas i följande figur.

Temperaturen vid metallövergången P med Q (Tx ₎ är...

Diskussion

Det är känt:

Metallledningsförmåga P = 4k

Metallledningsförmåga Q = 2k

Metallledningsförmåga R = k

Låg temperatur vid metalländen P (TP ₎ = 20 ^° C

Hög temperatur vid metallspetsen R(T _R ) = 160 ^° C

Önskat: Temperatur vid metallövergången P med Q ( _Tx )

Jawab:

Formeln för värmeöverföring genom ledning:

Sammanfattning:

Q/t = värmeöverföringshastighet, k = värmeledningsförmåga, A = tvärsnittsarea, T1 ₌ initialtemperatur, T2 ₌ sluttemperatur, l = stavens längd.

Längden (l) och tvärsnittsarean (A) är lika, så de elimineras från ekvationen.

Använd denna ekvation för att beräkna temperaturen.

Betrakta metallstavarna P och Q.

Betrakta metallstavarna Q och R.

För att få Tx _, eliminera _Ty :