Das Wärmestrom ist die Geschwindigkeit, mit der Wärme über die Zeit übertragen wird. Weil es eine Rate von Wärmeenergie im Laufe der Zeit ist, die SI-Einheit der Wärmestrom ist Joule pro Sekundeoder Watt (W).
Wärme fließt durch materielle Gegenstände durch die Leitungmit erhitzten Teilchen, die benachbarten Teilchen ihre Energie verleihen. Wissenschaftler untersuchten den Wärmefluss durch Materialien, lange bevor sie überhaupt wussten, dass die Materialien aus Atomen bestehen, und Wärmestrom ist eines der Konzepte, die in dieser Hinsicht hilfreich waren. Auch heute noch, obwohl wir verstehen Wärmeübertragung In Bezug auf die Bewegung einzelner Atome ist es in den meisten Situationen unpraktisch und nicht hilfreich, über die Situation nachzudenken Auf diese Weise ist ein Rückschritt, um das Objekt in größerem Maßstab zu behandeln, die am besten geeignete Methode, um die Bewegung von zu untersuchen oder vorherzusagen Hitze.
Mathematik des Wärmestroms
Weil Wärmestrom den Fluss von darstellt
Wärmeenergie Im Laufe der Zeit kann man sich vorstellen, dass es eine winzige Menge Wärmeenergie darstellt. dQ (Q. ist die Variable, die üblicherweise zur Darstellung von Wärmeenergie verwendet wird und über einen winzigen Zeitraum übertragen wird. dt. Verwenden der Variablen H. Um den Wärmestrom darzustellen, erhalten Sie die folgende Gleichung:H. = dQ / dt
Wenn Sie Vorkalkül genommen haben oder InfinitesimalrechnungMöglicherweise stellen Sie fest, dass eine solche Änderungsrate ein hervorragendes Beispiel dafür ist, wann Sie ein Limit festlegen möchten, wenn sich die Zeit Null nähert. Experimentell können Sie dies tun, indem Sie die Wärmeänderung in immer kleineren Zeitintervallen messen.
Experimente zur Bestimmung des Wärmestroms haben die folgende mathematische Beziehung identifiziert:
H. = dQ / dt = kA (T.H. - T.C.) / L.
Das mag wie eine einschüchternde Reihe von Variablen erscheinen, also lassen Sie uns diese aufschlüsseln (von denen einige bereits erklärt wurden):
- H.: Wärmestrom
- dQ: geringe Wärmemenge im Laufe der Zeit übertragen dt
- dt: kleine Zeitspanne, über die dQ wurde transferiert
- k: Wärmeleitfähigkeit des Materials
- EIN: Querschnittsfläche des Objekts
- T.H. - T.C.: der Temperaturunterschied zwischen den wärmsten und kühlsten Temperaturen im Material
- L.: die Länge, über die die Wärme übertragen wird
Es gibt ein Element der Gleichung, das unabhängig betrachtet werden sollte:
(T.H. - T.C.) / L.
Dies ist die Temperaturdifferenz pro Längeneinheit, die als Temperaturgefälle.
Wärmewiderstand
In der Technik verwenden sie häufig das Konzept des Wärmewiderstands. R., um zu beschreiben, wie gut ein Wärmeisolator verhindert, dass Wärme über das Material übertragen wird. Für eine Materialplatte mit einer Dicke L.ist die Beziehung für ein gegebenes Material R. = L. / k, was zu dieser Beziehung führt:
H. = EIN(T.H. - T.C.) / R.