熱流の計算

ミント画像RF /ゲッティイメージズ

の 熱流 時間の経過とともに熱が伝達される速度です。時間に対する熱エネルギーの割合であるため、 はいユニット の熱流は ジュール毎秒 、またはワット (W)。

熱は、 伝導 、加熱された粒子が隣接する粒子にエネルギーを与えます。科学者は、材料が原子で構成されていることを知る前に、材料を通る熱の流れを研究しており、熱流はこの点で役立つ概念の 1 つです。今日もわかってるけど 熱伝達 個々の原子の動きに関連していることがほとんどの場合、状況をそのように考えようとするのは非現実的であり、役に立ちません。熱の移動。

熱流の数学

熱流は 熱エネルギー 時間の経過とともに、それは微量の熱エネルギーを表していると考えることができます。 dQ ( Q は、熱エネルギーを表すために一般的に使用される変数です)、わずかな時間で伝達され、 dt .変数の使用 ひ 熱流を表すと、次の式が得られます。

ひ = dQ / dt

予備計算または 微積分 、このような変化率は、時間がゼロに近づくにつれて制限を取りたい場合の代表的な例であることに気付くかもしれません.実験的には、熱の変化をより短い時間間隔で測定することで、これを行うことができます。

熱流を決定するために行われた実験では、次の数学的関係が特定されました。

ひ = dQ / dt = kA ( T_ひ - T_ハ ) / L

それは変数の配列のように見えるかもしれません.

• ひ ：熱流
• dQ : 時間の経過とともに少量の熱が伝達される dt
• dt : わずかな時間 dQ 転送されました
• k : 材料の熱伝導率
• あ : 物体の断面積
• T_ひ - T_ハ : 材料の最高温度と最低温度の温度差
• L : 熱が伝わる長さ

独立して考慮すべき方程式の要素が 1 つあります。

( T_ひ - T_ハ ) / L

これは、単位長さあたりの温度差であり、 温度勾配 .

熱抵抗

エンジニアリングでは、熱抵抗の概念をよく使用します。 R 、断熱材が材料全体に熱が伝わるのをどの程度防ぐかを説明します。厚さの材料のスラブの場合 L 、与えられた材料の関係は R = L / k 、結果として次の関係が得られます。

ひ = あ ( T_ひ - T_ハ ) / R