68393

Теплопроводность. Общее положение теории теплопроводности

Лекция

Физика

Аналитическое и численное исследование процессов теплопроводности сводится обычно к изучению пространственно-временного распределения температуры в теле т. Температурным полем тела или системы тел называется совокупность значения температуры взятое по его объему...

Русский

2014-09-21

137 KB

6 чел.

Лекция  2

Теплопроводность.  Общее положение теории теплопроводности.

Теплопроводность наз. - процессом распространения  тепловой энергии при непосредственном  соприкосновении отдельных частей тела или отдельных тел  имеющие разные температуры.

Механизм явл. теплопроводности   заключается в переносе энергии структурными частицами вещества в процессе  их теплового движения. Такой теплообмен может проходить в любых телах с неоднородным распределением температуры. Однако в телах различной природы в частности  имеющих различные агрегатные состояния механизм имеет свои особенности.

В газообразных телах распространение теплоты и теплопроводности  происходит в следствии обмена энергии при диффузии и соударении

молекул имеющих различную скорость теплового движения.

В жидкостях и твердых телах диэлектриках перенос теплоты осуществляется путем непосредственной передачи энергии теплового движения молекул и атомов соседним частицам в-ва путем упругих колебаний кристаллической решетки.  

В металлах теплопроводность осуществляется главным образом в следствии движения свободных электронов, а роль упругих колебаний  здесь второстепенна . Аналитическое и численное исследование процессов теплопроводности сводится обычно к изучению пространственно-временного распределения температуры в теле , т.е. к такой функции    которая  по сути явл. математической записью температурного поля.

Температурным полем тела или системы тел называется совокупность значения температуры взятое по его объему в любой рассматриваемый момент времени.

Если температурное поле изменяется во времени его наз. нестационарным и если оно постоянно – стационарным.

-стационарно

двухмерная задача:

одномерная: .

Температурное поле относит к классу потенциальных полей .

Если в рассматриваемом поле соединить линиями или поверхностями все точки имеющие одинаковую температуру то можно получить изотермическую поверхность.

Изотермическую поверхность – это геометрическое тесто точек имеющее одинаковую температуру.

Особенности изотермической поверхности.

Т.к. одна и та же температура тела не может иметь одновременно два значения температуры, то изотермические поверхности не пересекаются  и заканчиваются на поверхности тела либо целиком располагается внутри тела

Температурный градиент.

                                

                    

                                  

                        

В теле рассматриваемая температура может изменятся только в направлении пересекающихся изотермической поверхности если взять отношение  ,

l – расстояние между термическими поверхностями то     

будет когда выберем нормаль к изотермической поверхности   

  максимально значения перепада температур на единицу расстояния между изображенными поверхностями.

Если мы возьмем

                                

Градиент температур – это вектор  направленный к изотермической поверхности в сторону возрастания температур и равный численно производной от температуры по этому направлению. Часто  - также называют градиентом температур. В общем случае вектор градиента температур расположен в пространстве произвольно и его можно разложить по составляющим в направлении оси координат

Вектор плотности теплового потока.

- плотность теплового потока под  понимаем некую элементарную площадку перпендикулярную к направлению переноса теплоты.

- элементарная площадка перпендикулярна к направлению переноса теплоты.

- тепловой  поток переносимы через эту площадку.

Так как площадь  каким то образом ориентирована в пространстве то q – это вектор направление которого перпендикулярно к той  поверхности которой она определяется.

Если тепловой поток отнести к единице изотермической поверхности ,с другой стороны из второго  закона термодинамики этот вектор должен быть направлен от изотермы с большим значением температуры к изотерме с меньшим значением температуры то есть в сторону уменьшения температуры  и  направлены в положительные стороны .

Так как  , а  - это тепловой поток вызванный разностью температур то между  и  должна существовать физическая связь которая описана законом Фурье.

Закон Фурье.

Физическую между  и  предположил Био в 1804 г. он высказал гипотезу согласно которому количество теплоты проходит через любую изотермическую поверхность тела в направлении другой изотермической поверхности разности температуры и обратно пропорционально расстоянию между изотермической поверхностью

-коэффициент теплопроводности если учесть ,что

то выражение можно записать

- выражение закона Фурье

“-“ учитывает направление  и

В этом выражении присутствует коэффициент теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности  с чисто математической  позиции представляет собой коэффициент пропорциональности предназначен для уравнивания левой и правой частей закона Фурье.

 ,

Исходя из размерности можно сформулировать :

- это тепловой поток передаваемый через единицу поверхности если в теле имеется градиент температур 1К на 1м длины тела.

С физической позиции  - это теплофизическая характеристика вещества то  есть для различных веществ при одинаковых градиентах температур поверхности этих тел и одинаковом времени будут определятся только величиной .

может изменятся в широких пределах одного и того же материала причем характер этого изменения может определятся многими факторами : агрегатное состояние вещества , наличие примесей и кроме того на  влияет температура тела .

 метала  

При повышении температуры для чистых металлов  уменьшается ,а для сплавов наоборот.

 твердых тел (диэлектрики)

они все являются пористыми материалами.

Теплопроводность не сплошных тел принято характеризовать  

некого однородного тела через который при одинаковой форме , размерах и температурах на границе проходит то же количество теплоты ,что и через данное пористое  тело.

Для влажного материала  выше чем для сухого и воды в отдельности.

для жидкости 0.1…0.7 с ростом температуры для всех жидкостей  уменьшается (кроме воды и глицерина).

для газа 0.01…0.1 (водород и гелий) все газы похожи друг на друга по теплофизическим свойствам кроме водорода и гелия их  выше намного чем у остальных газов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35464. Безопасность ИС 978 KB
  Цифровые системы закрытия речи. харки системы Закрытие в аналоговых каналах Аналоговый скремблер ЗС закрытый сигнал ОС открытый сигнал АО аналоговая обработка АПд АПр Аналоговый передатчик приемник Аналоговые скремблеры Аналоговым скремблированием называется преобразование исходного речевого сигнала с целью минимизации признаков речевого сообщения в результате которого этот сигнал становится неразборчивым и неузнаваемым. Цифровые системы связи. В качестве возможных нежелательных воздействий на системы должны рассматриваться: 1.
35465. Реформы Н.С. Хрущёва 30.08 KB
  Многие реформы являлись реакцией на сиюминутную ситуацию и преследовали цель быстро изменить ситуацию к лучшему. Непродуманные, подчас не подкрёпленные необходимыми финансовыми и материальными средствами, новшества просто навязывались сверху. Поэтому проводить подобный курс можно было лишь с использованием старой командно-административной системы управления
35466. Проектирование информационных систем 701 KB
  Суть: описание обработки потоков данных с определением их переходов от функции к функции хранения внешних обменов. Любая реализация накопления и хранения данных. Построение модели: 1 определение общих данных 2 построение контекстной диаграммы м. 4 Описание: составляются спецификации действий и данных.
35467. Основные параметры микропроцессоров. Типы микропроцессоров 130.5 KB
  Дополнительные инструкции в небольших количествах вводились во многих МП 286 486 Pentium Pro и т. Но существенное изменение состава инструкций произошло в МП 386 этот состав далее принят за базовый Pentium MMX Pentium III Pentium 4. отличающиеся от базовой модели разрядностью шин тактовой частотой надежностью работы габаритами потреблением энергии амплитудой напряжения и другими параметрами; микропроцессоры Pentium Pentium II Pentium III имеют много различных модификаций некоторые из них будут названы ниже; число...
35468. Разновидности системных плат 247 KB
  Системные платы Системная или материнская motherboard MB плата это важнейшая часть компьютера содержащая основные электронные компоненты машины. С помощью материнской платы осуществляется взаимодействие между большинством устройств машины. Существует две основные разновидности конструкции системной платы СП: на плате жестко закреплены все необходимые для работы микросхемы сейчас такие платы используются лишь в простейших домашних компьютерах называемых одноплатными; непосредственно на системной плате размещается лишь...
35469. Системы телеобработки данных 51 KB
  Под техническими средствами телеобработки понимается совокупность технических средств системы обеспечивающих ввод данных в систему передачу данных по каналам связи сопряжение каналов связи с компьютером обработку данных и выдачу результатных данных абоненту. Наряду с техническими средствами для осуществления режима телеобработки у компьютера должно иметься и достаточно сложное программное обеспечение выполняющее такие функции как: обеспечение работы компьютера в различных режимах телеобработки; управление сетью телеобработки данных;...
35470. Классификация и архитектура информационно-вычислительных сетей 30 KB
  Основное назначение информационновычислительных сетей ИВС обеспечение эффективного предоставления различных информационновычислительных услуг пользователям сети путем организации удобного и надежного доступа к ресурсам распределенным в этой сети. Эффективность решения указанных задач обеспечивается: распределенными в сети аппаратными программными и информационными ресурсами; дистанционным доступом пользователя к любым видам этих ресурсов; возможным наличием централизованной базы данных наряду с распределенными базами данных; ...
35471. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ (ТВС) 199.5 KB
  Абонентская система AC это совокупность ЭВМ программного обеспечения периферийного оборудования средств связи с коммуникационной подсетью вычислительной сети выполняющих прикладные процессы. Для ТВС принципиальное значение имеют следующие обстоятельства: ЭВМ находящиеся в составе разных абонентских систем одной и той же сети или различных взаимодействующих сетей связываются между собой автоматически в этом заключается основная сущность протекающих в сети процессов; каждая ЭВМ сети должна быть приспособлена как для работы в...
35472. Модель взаимодействия открытых систем 113 KB
  Указанные задачи решаются с помощью системы протоколов и стандартов регламентирующих нормализованные процедуры взаимодействия элементов сети при установлении связи и передаче данных. Протокол это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети охватывающий основные процедуры алгоритмы и форматы взаимодействия обеспечивающие корректность согласования преобразования и передачи данных в сети. Говоря на разных языках люди могут не понимать друг друга также и сети использующие разные протоколы.