De warmteoverdracht door geleiding Het bestaat uit de doorgang of stroom van energie tussen twee lichamen met verschillende temperaturen, wanneer ze met elkaar in contact komen. Warmte stroomt van het warmere lichaam naar het koudere lichaam, totdat beide dezelfde temperatuur hebben. Er wordt dan gezegd dat het systeem een thermisch evenwicht heeft bereikt.
Het is een veel voorkomend warmteoverdrachtsmechanisme in vaste stoffen, hoewel het ook voorkomt in sterren, die normaal gesproken gasvormig zijn. De kernen van sterren die in hun evolutie vergevorderd zijn, zijn echter dicht genoeg om dit mechanisme significant te laten zijn..
Artikel index
Warmteoverdracht door geleiding vindt plaats door de uitwisseling van energie tussen moleculen, atomen en elektronen. Terwijl de uitwisseling plaatsvindt, geven de meer energetische deeltjes een deel van hun energie af aan de minder energetische deeltjes door de botsingen die tussen hen plaatsvinden..
Bijvoorbeeld, in een pan die op het vuur wordt gezet, oscilleren alle deeltjes van het materiaal met een bepaalde amplitude. De vlam verwarmt degenen die er het dichtst bij staan, en ze beginnen sneller te trillen, waardoor hun trillingsamplitude toeneemt en energie wordt gewonnen..
Een deel van deze energie wordt overgebracht naar naburige moleculen, die op hun beurt hun trillingsamplitude vergroten en ook geleidelijk energie verwerven. En van deze deeltjes verspreidt een deel van de energie zich naar de deeltjes die het verst van de vlam zijn verwijderd.
Toename van de trillingsamplitude van de deeltjes vertaalt zich in een temperatuurstijging, die met de hand kan worden gevoeld als u dicht genoeg bij het metaal van de pan komt, inclusief het handvat of de handvatten, daarom zijn ze altijd gecoat met een isolator, zodat ze kunnen worden gehanteerd zonder te verbranden.
De snelheid van het geleidingsproces is echter afhankelijk van het materiaal, aangezien sommige stoffen veel beter geleiden dan andere..
In dit opzicht zijn metalen absoluut uitstekende geleiders van warmte en elektriciteit. Ze zijn beter dan hout en plastic, omdat hun atomen ten minste één vrij elektron in de buitenste schil hebben, dat door het materiaal kan bewegen en energie met zich mee kan dragen..
Maar verrassend genoeg is diamant de beste thermische geleider die er is, hoewel er vanwege zijn prijs geen alternatief is dan genoegen te nemen met metalen als het gaat om praktische toepassingen..
Nieuw onderzoek geeft aan dat een verbinding van boor en arseen mogelijk net zo goed is als diamant bij het efficiënt afvoeren van warmte.
Om erachter te komen hoe snel warmte zich voortplant door geleiding, overweeg dan een vel materiaal met breedte L en lateraal gebied A. De linkerkant is in contact met een warmtebron (in rood) bij temperatuur Th, terwijl het andere vlak grenst aan een kouder voorwerp met temperatuur Tc.
De warmte Q stroomt tussen de gezichten, van de heetste naar de koudste kant, in de tijd Δt. Experimenteel is gevonden dat de snelheid van verandering of snelheid waarmee de warmte tussen de vlakken stroomt evenredig is met:
-Het gebied A van de gezichten.
-Het temperatuurverschil ΔT tussen hen.
En het is ook omgekeerd evenredig met de dikte L van de plaat. Wiskundig wordt het als volgt uitgedrukt:
De evenredigheidsconstante wordt thermische geleidbaarheid genoemd k, Dus:
Thermische geleidbaarheid is een kenmerk van het materiaal. Wat betreft de aanwezige eenheden, in het internationale systeem wordt Q gemeten in joules (J), Δt in seconden (s), daarom blijft Q / Δt in J / s, wat overeenkomt met watt (W). In dit geval zijn de eenheden van thermische geleidbaarheid W / m ∙ ºC, als de temperatuur wordt gemeten in graden Celsius of W / m ∙ K bij gebruik van de absolute schaal in Kelvin.
Goede thermische geleiders hebben hoge waarden van k, markeren van metalen en diamant.
Omdat Q / Δt macht is, als het wordt aangeduid met P, hebben we:
Hieronder vindt u de thermische geleidbaarheid van enkele bekende stoffen die veel worden gebruikt, in eenheden van het SI International System W / m ∙ K:
-Synthetische diamant: 2000
-Zilver: 429
-Goud: 317
-Koper: 385
-Zink: 116
-Wolfraam: 174
-Lucht: 0,024
Warmteoverdracht door geleiding is aanwezig in veel aspecten van het dagelijks leven:
Potten, pannen en in het algemeen keukengerei van metaal, zoals staal, hebben handgrepen van isolerend materiaal. Dit vermindert het risico op brandwonden bij het hanteren ervan terwijl ze in contact staan met de vlam of als de inhoud heet is..
Wanneer je in de ene hand een stuk hout vasthoudt en in de andere een stuk metaal, valt direct op dat het koeler aanvoelt. Metalen, zoals hierboven uitgelegd, zijn goede warmtegeleiders, dus warmte stroomt sneller van de hand naar het metaal dan van de hand naar het hout..
Op deze manier koelt het contact met het metaal de hand van de persoon die het vasthoudt sneller af, en bijgevolg voelt het kouder aan dan hout, dat niet zo goed een geleider is..
Nieuwe hoezen voelen warmer aan dan gebruikte hoezen, en dat komt omdat nieuwe meer lucht in de vezels en poriën hebben. Hoe meer lucht binnenin, hoe beter een hoes werkt, aangezien lucht een zeer goede thermische isolator is.
In veel delen van de wereld waar het in de winter erg koud is, worden huizen beschermd met warmte-isolerende materialen, zodat het interieur comfortabeler blijft.
Er is bijvoorbeeld glasvezel, dat ruimtes bevat met lucht erin, dat werkt als een thermische isolator en voorkomt dat warmte ontsnapt..
Warmtepompen halen warmte uit machines door warmte door metalen leidingen te geleiden, van oververhitte onderdelen naar koudere gebieden.
Wanneer een metalen voorwerp wordt verwarmd, oscilleren de samenstellende deeltjes met een grotere amplitude en het gevolg is dat de afmetingen van het voorwerp worden vergroot.
Containers die bedoeld zijn om voedsel langer in goede staat te houden, zijn gemaakt van isolerend materiaal zodat de warmte van buitenaf het voedsel niet afbreekt.
De doorsnede van een koperblok heeft een oppervlakte van 20 cmtwee en lengte van 50 cm. De ene kant is op 0 ° C en de andere op 100 ° C. Bereken de snelheid waarmee warmte wordt overgedragen.
De eerder afgeleide vergelijking wordt gebruikt:
Uit de lijst met geleidbaarheden is die van koper k = 400 W / m ∙ K, en hoewel de temperaturen in de verklaring in graden Celsius zijn, is het interval ΔT hetzelfde op beide schalen:
ΔT = 100 K.
De lengte is L = 50cm = 0,5m en de oppervlakte is A = 20cmtwee = 0,002 mtwee, Het blijft om waarden in de vergelijking te vervangen:
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.