როდესაც ზამთრის ცივ დღეს ხალიჩაზე გადიხართ, ფეხზე სიცივე არ გიჩნდება. ამასთან, თქვენს აბაზანაში ფილების იატაკზე გადასვლის შემდეგ, თქვენი ფეხები მყისიერად გრილდება. ორი სართული რატომღაც განსხვავებული ტემპერატურაა?
თქვენ ნამდვილად არ მოელით მათ არსებობას, იმის გათვალისწინებით, თუ რა იცით თერმული წონასწორობის შესახებ. რატომ გრძნობენ თავს ასე განსხვავებულად? მიზეზი დაკავშირებულია თერმულ კონდუქტომეტთან.
Სითბოს გადაცემა
სითბო არის ენერგია, რომელიც გადადის ორ მასალას შორის ტემპერატურული განსხვავებების გამო. სითბო მიედინება უფრო მაღალი ტემპერატურის ობიექტიდან დაბალი ტემპერატურის ობიექტამდე, სანამ არ მიიღწევა თერმული წონასწორობა. სითბოს გადაცემის მეთოდებს მიეკუთვნება თერმული კონდუქცია, კონვექცია და გამოსხივება.
თერმულიკონდუქციაამ სტატიაში უფრო დეტალურად განხილული რეჟიმია, მაგრამ მოკლედ ეს არის სითბოს გადაცემა პირდაპირი კონტაქტის საშუალებით. არსებითად თბილ ობიექტში მოლეკულები გადააქვთ ენერგია გამაგრილებელ ობიექტში არსებულ მოლეკულებზე შეჯახების შედეგად, სანამ ორივე ობიექტი არ იქნება იგივე ტემპერატურა.
შიგნითკონვექცია, სითბო გადადის მოძრაობის საშუალებით. წარმოიდგინეთ თქვენს სახლში ჰაერი ზამთრის ცივ დღეს. შეამჩნიეთ, რომ გამათბობლების უმეტესობა ჩვეულებრივ იატაკთან ახლოს მდებარეობს? როგორც გამათბობლები ათბობენ ჰაერს, ეს ჰაერი ფართოვდება. მისი გაფართოებისას, იგი ნაკლებად მკვრივი ხდება და ასე უფრო მაღლა იწევს უფრო მაგარი ჰაერის ზემოთ. გამაგრილებელი ჰაერი შემდეგ არის გამათბობელთან, ასე რომ ჰაერს შეუძლია თბილი, გაფართოება და ა.შ. ეს ციკლი ქმნის კონვექციურ დენებს და იწვევს სითბოს ენერგიის გაფანტვას ჰაერში ოთახში, ჰაერის შერევით, როდესაც იგი გაცხელდება.
ატომები და მოლეკულები გამოყოფენ ელექტრომაგნიტურსგამოსხივება, რომელიც არის ენერგიის ფორმა, რომელსაც შეუძლია სივრცის ვაკუუმში გადაადგილება. ასე აღწევს თქვენამდე თბილი ცეცხლის სითბური ენერგია და მზისგან მიღებული სითბო იღებს გზას დედამიწისკენ.
თერმული კონდუქტომეტრის განმარტება
თერმული კონდუქტომეტრული არის საზომი იმისა, თუ რამდენად ადვილად მოძრაობს სითბოს ენერგია მასალის საშუალებით ან რამდენად შეუძლია ამ მასალას სითბოს გადატანა. რამდენად კარგად ხდება სითბოს გამტარობა, ეს დამოკიდებულია მასალის თერმული თვისებებზე.
განვიხილოთ ფილების იატაკი დასაწყისში მოცემულ მაგალითში. ხალიჩაზე უკეთესი გამტარია. ამას მხოლოდ გრძნობით გეტყვით. როდესაც ფეხები კრამიტის იატაკზე დგახართ, სიცხე გაცილებით სწრაფად გიტოვებს, ვიდრე ხალიჩაზე ყოფნისას. ეს იმიტომ ხდება, რომ კრამიტი საშუალებას გაძლევთ თქვენი ფეხებიდან სითბო გაცილებით სწრაფად გადაადგილდეს მასში.
ისევე, როგორც სპეციფიკური სითბოს ტევადობა და ლატენტური სიცხეები, გამტარობა არის სპეციფიკური თვისება მოცემული მასალისთვის. იგი აღინიშნება ბერძნული ასო κ (კაპა) და ჩვეულებრივ იხედება მაგიდაზე. გამტარობის SI ერთეულია ვატი / მეტრი × კელვინი (W / mK).
მაღალი თბოგამტარობის მქონე ობიექტები კარგი გამტარია, ხოლო დაბალი თერმული კონდუქტომეტრის მქონე ობიექტები კარგი იზოლატორია. აქ მოცემულია თერმული კონდუქტომეტრის მნიშვნელობების ცხრილი.
როგორც ხედავთ, ობიექტები, რომლებიც ხშირად გრძნობენ "ცივს" შეხებით, მაგალითად, ლითონები, კარგი გამტარია. გაითვალისწინეთ ასევე, რამდენად კარგია თერმული იზოლატორის ჰაერი. ამიტომ დიდი ფუმფულა ქურთუკები ზამთარში გითბიან: ისინი ჰაერის დიდ ფენას იჭერენ თქვენს გარშემო. ფერადი ქაფი ასევე შესანიშნავი იზოლატორია, რის გამოც მას იყენებენ საკვებისა და სასმელების თბილ ან ცივად შესანარჩუნებლად.
როგორ მოძრაობს სითბო მასალაში
მას შემდეგ, რაც სითბო დიფუზირდება მასალის საშუალებით, ტემპერატურის გრადიენტი არსებობს მასალის მასშტაბით, სითბოს წყაროსთან ყველაზე ახლოსა და მისგან ყველაზე შორეულ ბოლომდე.
მას შემდეგ, რაც სითბო გადაადგილდება მასალის საშუალებით და წონასწორობის მიღწევამდე, სითბო ყველაზე ახლოსაა წყარო იქნება ყველაზე თბილი და ტემპერატურა შემცირდება წრფივად და მის ყველაზე დაბალ დონეზე დასასრული. მატერიალური წონასწორობის მოახლოებასთან ერთად, ეს გრადიენტი ბრტყელდება.
თერმული კონდუქტომეტრული და თერმული წინააღმდეგობა
რამდენად კარგად შეუძლია სითბოს გადაადგილება, თუმცა ობიექტი დამოკიდებულია არა მხოლოდ ამ ობიექტის გამტარობაზე, არამედ ობიექტის ზომაზე და ფორმაზე. წარმოიდგინეთ გრძელი მეტალის ჯოხი, რომელიც სითბოს ატარებს ერთი ბოლოდან მეორეზე. სითბოს ენერგიის რაოდენობა, რომელსაც შეუძლია გაიაროს, ერთეულ დროში, დამოკიდებული იქნება ჯოხის სიგრძეზე და აგრეთვე იმაზე, თუ რამდენად დიდია ჯოხის გარშემო. აქ დგება თერმული კონდუქტომეტრის ცნება.
მასალის, მაგალითად, რკინის ჯოხის, თერმული კონდუქცია მოცემულია ფორმულით:
C = \ frac {\ kappa A} {L}
სადაარის მასალის განივი ფართობი,ლარის სიგრძე და κ არის თერმული კონდუქტომეტრული. გამტარობის SI ერთეულია W / K (ვატი კელვინზე). ეს საშუალებას გვაძლევს განვიხილოთ κ, როგორც ერთეულის ფართობის თერმული კონდუქტომეტრი ერთ სისქეზე.
და პირიქით თერმული წინააღმდეგობა მოცემულია:
R = \ frac {L} {\ kappa A}
ეს უბრალოდ ქცევის საპირისპიროა. წინააღმდეგობა არის გაზომვა იმისა, თუ რამდენად დიდი წინააღმდეგობა აქვს გატარებულ სითბოს ენერგიას. თერმული რეზისტენტობა ასევე განისაზღვრება, როგორც 1 / κ.
სიჩქარე, რომლის დროსაც ხდება სითბოს ენერგიაQმოძრაობს სიგრძეზელმასალის, როდესაც ტემპერატურის სხვაობა ბოლოებს შორის არისΔTმოცემულია ფორმულით:
\ frac {Q} {t} = \ frac {\ kappa A \ Delta T} {L}
ეს ასევე შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:
\ frac {Q} {t} = C \ Delta T = \ frac {\ Delta T} {R}
გაითვალისწინეთ, რომ ეს პირდაპირ ანალოგურია იმისა, რაც ხდება ელექტროგამტარობის მიმდინარეობასთან. ელექტრული გამტარობის დროს, მიმდინარე ტოლია ძაბვის, რომელიც იყოფა ელექტრული წინააღმდეგობის მიხედვით. ელექტროგამტარობა და ელექტრული დენი ანალოგიურია თერმული კონდუქტომეტრული და მიმდინარე, ძაბვა ტემპერატურის სხვაობის ანალოგია, ხოლო ელექტრული წინააღმდეგობა - თერმული წინააღმდეგობა. ყველა იგივე მათემატიკა მოქმედებს.
პროგრამები და მაგალითები
მაგალითი:ყინულისგან დამზადებული ნახევარსფერული იგლუს აქვს შიდა რადიუსი 3 მ და სისქე 0,4 მ. სითბო გადაურჩა იღლიუს ისეთი სიჩქარით, რომელიც დამოკიდებულია ყინულის თერმული კონდუქტომეტზე, κ = 1,6 ვტ / მკ. რა სიჩქარით უნდა მოხდეს თერმული ენერგიის უწყვეტი წარმოქმნა შიგნით, რათა შეინარჩუნოს 5 გრადუსი ცელსიუსი ტემპერატურა შიგნით, როდესაც ის -30 გრადუსია?
გამოსავალი:ამ სიტუაციაში გამოსაყენებელი სწორი განტოლება არის წინა განტოლება:
\ frac {Q} {t} = \ frac {\ kappa A \ Delta T} {L}
თქვენ გეძლევათ κ,ΔTარის მხოლოდ განსხვავება ტემპერატურის დიაპაზონში შიგნით და გარეთ დალარის ყინულის სისქე.აარის ცოტა რთული. Პოვნაათქვენ უნდა იპოვოთ ნახევარსფეროს ზედაპირის ფართობი. ეს იქნება სფეროს ზედაპირის ნახევარი, რაც 4πრ2. ამისთვისრ, თქვენ შეგიძლიათ აირჩიოთ საშუალო რადიუსი (igloo– ს შიგნით არსებული რადიუსი + ყინულის სისქის ნახევარი = 3,2 მ), ამიტომ ფართობი შემდეგშია:
A = 2 \ pi r ^ 2 = 2 \ pi (3.2) ^ 2 = 64.34 \ ტექსტი {მ} ^ 2
ყველაფრის განტოლებაში ჩართვა შემდეგ იძლევა:
\ frac {Q} {t} = \ frac {\ kappa A \ Delta T} {L} = \ frac {1.6 \ ჯერ 64.34 \ ჯერ 35} {0.4} = 9,000 \ text {Watts}
განცხადება:სითბოს ჩაძირვა არის მოწყობილობა, რომელიც მაღალი ტემპერატურის მქონე საგნებიდან სითბოს გადაჰყავს ჰაერში ან სითხეში, რომელიც შემდეგ ზედმეტი სითბოს ენერგიას ატარებს. კომპიუტერების უმეტესობას პროცესორზე მიმაგრებულია სითბოს ჩაძირვა.
სითბოს ჩაძირვა დამზადებულია ლითონისგან, რომელიც ახდენს სითბოს პროცესორის დაშორებას, შემდეგ კი პატარა გულშემატკივარს ცირკულირებს ჰაერის გარშემო, რაც იწვევს სითბოს ენერგიის გაფანტვას. სწორად გაკეთების შემთხვევაში, სითბოს ჩაძირვა საშუალებას აძლევს CPU მუშაობდეს სტაბილურ მდგომარეობაში. რამდენად კარგად მუშაობს სითბოს ჩაძირვა, დამოკიდებულია ლითონის გამტარობაზე, ზედაპირზე, სისქეზე და ტემპერატურის გრადიენტზე, რომლის შენარჩუნებაც შესაძლებელია.