tepelný prúd je rýchlosť, ktorou sa teplo prenáša v priebehu času. Pretože je to rýchlosť tepelnej energie v priebehu času, Jednotka SI tepelného prúdu je joulov za sekundualebo watt (W).
Teplo tečie cez materiálové objekty cez vedenies zahrievanými časticami, ktoré dodávajú svoju energiu susedným časticiam. Vedci študovali tok tepla cez materiály ešte predtým, ako vedeli, že materiály boli tvorené atómami, a prúd tepla je jedným z konceptov, ktoré boli v tomto ohľade užitočné. Aj dnes rozumieme prenos tepla súvisieť s pohybom jednotlivých atómov, vo väčšine situácií je nepraktické a neschopné pokúsiť sa premýšľať o situácii týmto spôsobom a krok späť na ošetrenie objektu vo väčšom merítku je najvhodnejším spôsobom na štúdium alebo predpovedanie pohybu teplo.
Matematika tepelného prúdu
Pretože tepelný prúd predstavuje prietok tepelná energia v priebehu času si o tom môžete myslieť, že predstavuje malé množstvo tepelnej energie, DQ (Q je premenná bežne používaná na vyjadrenie tepelnej energie), prenášaná v malom množstve času,
dt. Pomocou premennej H na vyjadrenie tepelného prúdu získate rovnicu:H = DQ / dt
Ak ste užili pred-počet alebo počet, môžete si uvedomiť, že miera zmeny, ako je táto, je príkladom toho, kedy by ste chceli stanoviť limit, keď sa čas blíži nule. Experimentálne to môžete urobiť meraním zmeny tepla v menších a menších časových intervaloch.
Pokusy uskutočňované na stanovenie tepelného prúdu identifikovali nasledujúci matematický vzťah:
H = DQ / dt = kA (TH - TC) / L
Môže sa to zdať ako zastrašujúci rad premenných, takže rozdeľme ich (niektoré z nich už boli vysvetlené):
- H: tepelný prúd
- DQ: malé množstvo tepla preneseného v priebehu času dt
- dt: malé množstvo času, počas ktorého DQ bol prevedený
- k: tepelná vodivosť materiálu
- : prierezová plocha objektu
- TH - TC: teplotný rozdiel medzi najteplejšími a najchladnejšími teplotami v materiáli
- L: dĺžka, po ktorej sa teplo prenáša
Existuje jeden prvok rovnice, ktorý by sa mal posudzovať nezávisle:
(TH - TC) / L
Toto je teplotný rozdiel na jednotku dĺžky, známy ako teplotný gradient.
Tepelná odolnosť
V strojárstve často používajú koncept tepelného odporu, R, popísať, ako dobre tepelný izolátor bráni prenosu tepla cez materiál. Pre dosku z materiálu s hrúbkou L, vzťah k danému materiálu je R = L / k, čo vedie k tomuto vzťahu:
H = (TH - TC) / R