عنوان یک مسئله فیزیک در یک کتاب درسی، می توانید تا حدودی به آن نزدیک شوید. هم آب و هم فولاد دارای ظرفیت گرمایی هستند که میزان افزایش دما را که با ورودی انرژی همراه است مرتبط می کند. اگر چند پیش فرض داشته باشید، می توانید این دو را به هم مرتبط کنید.
عامل دیگر اتلاف انرژی از مواد است. همانطور که مواد عایق نشده گرم می شوند، مقدار بیشتری انرژی گرمایی آزاد می کنند. این اجازه می دهد تا دما کاهش یابد و محاسبات را سخت تر کند. به عنوان مثال، یک اجاق گاز ساده می تواند یک ظرف آب را بجوشاند، اما هرگز نمی تواند فولاد را ذوب کند. درعوض، تمام انرژی ای که به یک قطعه فلز داغ میگذارد، تابش میشود و درجه حرارت بالا نمیرود. $Q = mC \Delta T$, $P \text{ }t = mC\Delta T$شما نمیتوانید بگین چقدر طلا را می توان در یک دقیقه ذوب کرد، بنابراین ما نمی توانیم اعداد را برای جرم (m) وصل کنیم
) (امیدوارم زیاد نباشه) ولی بقیه اش رو داری. تغییر دما برای فولاد حدود 1000 کلوین خواهد بود، t کمتر از 60 ثانیه و درجه سانتی گراد برای طلا حدود 0.129 ژول کیلوگرم کلوین است. این مقدار (حداقل) قدرت فورج را در هنگام حل P به شما می دهدمقاومت الکتریکی طلا 0.022 میکرو اهم متر در 20 درجه سانتیگراد است و رسانایی حرارتی آن 310 W m-1 K-1 در همان دما است. مقاومت در برابر خوردگی طلا احتمالاً یکی از ارزشمندترین خواص آن است
قانون فعلی Kirchhoff برای انتقال حرارت شبیه قانون اهم هست.رسانایی حرارتی، $\displaystyle{\frac{KA}{L}}$، مقدار گرمایی است که از یک صفحه با مساحت (A) و ضخامت (L) در واحد زمان عبور میکند، زمانی که وجهههای مخالف سطح در دمای 1K تفاوت دارند. این متقابل مقاومت حرارتی $R_T$ است،در یک گره خاص در حالت پایدار نمی توان گرما ایجاد کرد. بنابراین مجموع جریان های حرارتی در یک گره باید برابر با صفر باشد.
یک نقطه در هادی حرارتی نمی تواند دو دما داشته باشد. اگر در حین دور زدن یک حلقه اختلاف دما را جمع آوری کنید، باید صفر بگیرید. اگر صفر نبود، در یک نقطه دو دما خواهید داشت.
همانطور که می بینید، تقریباً هر کمیت مرتبط با جریان های حرارتی دارای یک مقدار مشابه کامل در جریان های الکتریکی است. همچنین می توانید ببینید که قوانین اساسی در الکتریسیته برای جریان های حرارتی کار می کنند.لذا افزایش دما کاربردی نداره مهم انتقال حرارت تا مرحله ذوب فلز و بعد ان در 2700 طلا به جوش میاد.
نفوذ حرارتی طلا در حالت حجیم نزدیک به 1.0 سانتی متر مربع در ثانیه ضریب نفوذ گرمایی در علم انتقال حرارت، معیاری از توانایی یک ماده در رسانش گرما در قیاس با ذخیره انرژی گرمایی در آن ماده است.این کمیت به صورت نسبت گرمای عبور کرده به گرمای ذخیره شده توسط واحد حجم ماده است.این کمیت با نماد ${\displaystyle \alpha ={\frac {k}{\rho c_{p}}}} $ نشان داده میشود و به صورت زیر تعریف می شود: k هدایت حرارتی است و ρ چگالی است و ظرفیت گرمایی حجمی البته ${\displaystyle {\frac {\partial T}{\partial t}}=\alpha \nabla ^{2}T}$یکی از راههای مشاهده نفوذ حرارتی، نسبت مشتق زمانی دما به انحنای آن است، که نرخی را که در آن تقعر دما "صاف میشود" را تعیین میکند. به یک معنا، انتشار حرارتی معیار اینرسی حرارتی است.[6] در ماده ای با نفوذ حرارتی بالا، گرما به سرعت از طریق آن حرکت می کند زیرا این ماده گرما را به سرعت نسبت به ظرفیت گرمایی حجمی یا "توده حرارتی" خود هدایت می کند طلا 127 هست.
$R_T=\frac{L}{KA}\longrightarrow (1)$
بنابراین، سرعت انتقال حرارت از یک وجه به طرف دیگر به صورت زیر محاسبه می شود:
$\frac{Q}{t}=\frac{KA\Delta T}{L}\longrightarrow(2)$
که از تعریف رسانایی حرارتی به دست می آید، زمانی که وجوه مخالف دارای اختلاف دما با ΔT هستند
. از معادله (1)، ما داریم
$\frac{Q}{t}=\frac{\Delta T}{R_T}\longrightarrow(3)$
اجازه دهید، جریان حرارتی (مقدار گرمای منتقل شده در واحد زمان) با IH نشان داده شود
. از این رو$I_H=\frac{Q}{t}=\frac{\Delta T}{R_T}\longrightarrow(4)$
یکی از انتهای سه میله از یک نقطه مشترک شروع می شود، می گویند منبع حرارتی که در دمای ثابت T حفظ می شود
. جهت جریان جریان بیان می کند که Tمنطقه با دمای بالا است.
جریان از محل اتصال شروع می شود. از این رو در محل اتصال، با حفظ انرژی، جریان ها باید به صفر اضافه شوند، درست مانند قانون کیرشهوف. چطور است؟ ساده: برای اینکه جریان جریان داشته باشد، باید بین دو نقطه اختلاف دما وجود داشته باشد. اگر نقطه اتصال را به تنهایی در نظر بگیرید، که در یک دمای واحد است، جریانی وجود ندارد. بنابراین مجموع جریان ها در محل اتصال به صفر می رسد. اما به انتهای دیگر جریان پیدا می کند، زیرا واضح است که مقداری اختلاف دما وجود دارد.
سرعت انتقال حرارت و ثابت ظرفیت حرارتی یک ماده چگونه به هم مرتبط هستند؟
ظرفیت گرمایی به صورت تعریف می شود
$C ~\equiv~ \frac{\Delta Q}{\Delta T}
\,;$به "انتقال حرارت"، هولمن مراجعه کنید.
این خاصیتی است که به مقدار انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای یک جسم اشاره دارد. این مقدار کمی با گرمای ویژه متفاوت است
$C_p ~{\equiv}~ \frac{1}{m} \frac{\Delta Q}{\Delta T}
\,;$به "گرمای خاص"، HyperPhysics مراجعه کنید.
سرعت انتقال حرارت بسیار پیچیده تر است زیرا این اصطلاح کاملاً تعریف نشده است. اگر منظور شما سرعت جریان انرژی حرارتی است، باید معادله انتقال حرارت را حل کنید. برای خلاصه ای از معادلات روش های انتقال حرارت به این نگاه کنید. انرژی می تواند از طریق رسانایی، تابش، همرفت یا حتی فرارفت منتقل شود.
شاید شما به انتشار حرارتی، α فکر می کنید
. انتشار حرارتی به طور خاص سرعتی است که در آن هدایت حرارتی می تواند دمای یک جسم را تغییر دهد: $\alpha = \frac {k}{\rho \times c_p}$دارای واحدهای متر مربع/ثانیه $\frac {m^2}{sec}$
من دوست دارم از انتشار حرارتی برای تخمین سرعت نزدیک شدن یک سیستم حرارتی به حالت پایدار استفاده کنم. انتقال حرارت به شکل زیر است:
$T\left(t\right)~=~ T_{\text{steady}} \, \left(1 - \exp{\left(\frac{-t} {\tau}\right)}\right)$
با توجه به مسافت 1 بعدی که گرما طی می کند، در چند "τ" یا ثابت زمانی به تعادل می رسد.$\tau = \frac{s}{\sqrt\alpha}\,,$
تفاوت بین هدایت حرارتی و انتشار حرارتی چیست؟
هدایت حرارتی، κ، این است که چگونه مواد در گرما (انرژی حرارتی) عبور می کنند، در حالی که انتشار حرارتی، α ، میزان خوبی است که ماده در یک تغییر دما عبور می کند.
نفوذ یعنی ظرفیت گرمایی و چگالی را نیز در نظر می گیرد که نسبت هایی هستند که بر تغییر دمای ناشی از انرژی حرارتی منتقل شده تأثیر می گذارند. در تجزیه و تحلیل انتقال حرارت، انتشار حرارتی رسانایی حرارتی تقسیم بر چگالی و ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت است. سرعت انتقال حرارت یک ماده از انتهای گرم به انتهای سرد را اندازه گیری می کند. ... سرعت جریان گرما در واحد سطح از طریق یک ماده بستگی به گرادیان دما در ماده دارد. ثابت تناسب رسانایی گرمایی k است:
$q=-k\frac{dT}{dx}$
انتشار حرارتی یک ماده تعیین می کند که تغییر دما در مرز با چه سرعتی در ماده منتشر می شود. اگر ماده دارای نفوذ حرارتی بسیار کم باشد، سرعت انتشار "موج" حرارتی در ماده کمتر از زمانی است که نفوذپذیری بالا باشد
اما شما نمی توانید تعیین کنید که در واقع چه چیزی را تنها بر اساس رسانایی گرمایی است زیرا $k\ne k/\rho c$. به منظور تعیین اینکه چگونه دما در یک ماده جامد به عنوان تابعی از زمان t و عمق x تغییر می کنددر شرایط گذرا، باید جواب معادله گرمایی زیر را بدست آورید$\frac{\partial T(x,t)}{\partial t}=\alpha\frac{\partial^2 T(x,t)}{\partial x^2}$
برای شرایط اولیه و مرزی داده شده، که $\alpha=k/\rho c$
امیدوارم این کمک کندI hope I help you understand the question. Roham Hesami
رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا