Termikus energiatranszport

Question 1

HŐVEZETÉS

Answer 1

Az anyagi testek részecskéi egymásnak adják át a hőt, ami a testben így részecskéről részecskére terjed anélkül, hogy a közeg vándorolna.

Question 2

BELSŐ HŐVEZETÉS

• Onsager-arányosság?
• Belső hővezetési törvény?
• Stacionárius áramlás esetén?
• Együttható?

Answer 2

A hő az anyag belsejében terjed részecskéről részecskére folytonosan. A gyorsabb részecskék áramlás nélkül ütközesek útján adják át energiájukat a lassabbaknak.
Az anyagon belül hőmérséklet-gradiens lesz.

• Onsager-arányosság: I ~ ΔT/Δx az adott felületen
• Másnéven hődiffúzió: I = ΔQ/(AΔt) = –λΔT/Δx
Azaz ha ΔT állandó hőmérséklet-különbség áll fenn a rúd végei között, akkor a Δt idő alatt a rúd bármely A keresztmetszetén áthaladó ΔQ hőmennyiséggel kapcsolatos ΔQ/(AΔt) áramsűrűség ~ a –ΔT/Δx hőmérséklet-gradienssel.
• ΔQ/(AΔt) = –λ*ΔT/l
• Belső hővezetési együttható: λ, megmutatja, hogy egységnyi hőmérséklet-gradiens hatására a rúd egységnyi keresztmetszetén időegység alatt mennyi hő megy át. Minél nagyobb, annál jobb hővezető az anyag.

Question 3

KÜLSŐ HŐVEZETÉS

• Együttható?

Answer 3

A hő a test felületéről átmehet a környezetbe is, és a környezetből a testre is.
A határfelületen két anyag érintkezésekor: ΔQ/(AΔt) = –αΔT

• Hőátadási együttható: α, a két anyagra jellemző.

Question 4

HŐÁTVITEL

• Együttható?

Answer 4

Többrétegű falon átbocsátott belső és külső hőáramokkal kapcsolatos hőáramsűrűség:
ΔQ/(AΔt) = –kΔT

• Hőátviteli együttható: k, többrétegű falra jellemző, a réteg vastagsága, λ és α határozza meg.

Question 5

Testek lehűlése?

Answer 5

Van egy C1 hőkapacitású, T1 hőmérsékletű, A felületű test, T2 külső hőmérséklete állandó.
Hőleadás dt idő alatt: dQ1 = C1dT —> dQ1/(Adt) = –α(T–T2) —> C1dT/(Adt) = –α(T–T2) —> 1/(T– T2)dT = –αA/C1dt —> ln(T–T2) = –αA/C1t + K
Kezdőfeltétel: t= 0: T = T1 —> K = ln(T1–T2) —> ln[(T–T2)/(T1–T2)] = –αA/C1t —> T = T2 + (T1–T2)exp(–αA/C1t)

Question 6

HŐÁRAMLÁS

• Áramlás oka?
• Együttható?

Answer 6

Egy közeg áramlása (mozgása) szállítja a hőt a melegebb helyről a hidegebb helyre (tehát az anyag részecskéinek elmozdulásával kapcsolatos).
ΔQ/(AΔt) = –αΔT

• Hőmérséklet-változás —> sűrűségváltozás —> Arkhimédész-féle felhajtóerő —> helycsere a más sűrűségű és hőmérsékletű közeggel —> a közegben köráramlás alakul ki
• Hőáramlási együttható: α, függ a közeg sűrűségétől, a viszkozitástól, a fajhőtől és a hőtágulási együtthatótól is.

Question 7

HŐSUGÁRZÁS

• Stefan-Boltzmann-törvény?
• Emissziós tényező?

Answer 7

A hő egyik testről a másikra úgy terjed, hogy nem melegíti fel a közbeeső közeget. A kisugárzott energia (hő) erősen függ a kisugárzó hőmérsékletétől (magasabb hőmérséklet = kisebb hullámhossz = nagyobb frekvencia)

• Ha a sugárzás irányára merőleges A felületű test T hőmérsékleten ΔQ hőt nyel el/sugároz ki Δt idő alatt, akkor a felületi hőáramsűrűség: ΔQ/(AΔt) = εσ*T^4
• Emissziós tényező: az adott test elnyelőképességére jellemző dimenziótlan szám

Question 8

A Föld általános hőmérsékletének meghatározása?

Answer 8

Napsugárzát kap: E(k), kisugárzási energia: E(s), illetve hőegyensúly van: E(k) = E(s)
t = 1 s, ε = 1
A Föld kisugárzása: E(s) = 4πR(F)^2σT(F)^4
A Nap sugárzása 4πR(NF)^2 nagyságú felületre: ΔQ = AσT(N)^4 = 4πR(N)^2σT(N)^4
Ebből a Föld kb. A(F) nagyságű felületen kap energiát: E(k) = ΔQ(πR(F)^2)/(4πR(NF)^2) = 4πR(N)^2σT(N)^4 (πR(F)^2)/(4π*R(NF)^2) —> T(F) ≈ 288 K = 15°C