Градиент температуры

Температурное поле

ОСНОВНОЙ ЗАКОН ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Контрольные вопросы

1. Назовите элементарные способы переноса тепла.

2. Что такое процесс теплопередачи?

3. Как рассчитать количество теплоты переходящее от одной среды к другой в результате теплопередачи?

4. Что такое конвективный теплообмен?

5. Как определить количество теплоты при теплоотдаче по формуле Ньютона?

6. Охарактеризуйте процесс кондукции (теплопроводности).

7. Какие факторы влияют на интенсивность процессов теплообмена?

 

При различной температуре разных участков тела возникает самопроизвольный процесс переноса тепла от участков с более высокой температурой к участкам с низкой температурой. Возникновение процесса вызывается свойством, которое называется теплопроводностью. Перенос энергии происходит из-за энергетического взаимодействия между молекулами, атомами, электронами. Процесс теплопроводности связан с распределением температуры внутри тела и поэтому необходимо установить понятия температурного поля и градиента температуры.

Температура характеризует тепловое состояние тела, определяя степень его нагретости. И если происходит процесс теплопроводности в теле, значит температура различных участков его отличается. Совокупность значений температуры для всех точек тела в данный момент времени называется температурным полем. Уравнение температурного поля имеет вид:

 

t = f(x,y,z,t), (12.1)

 

где t — температура тела в точке;

x, y, z — координаты точки;

t — время.

Если температура меняется во времени, такое температурное поле называется нестационарным, оно соответствует неустановившемуся нестационарному процессу теплопроводности, а если температура не меняется во времени — температурное поле — стационарное и процесс теплопроводности стационарный (установившийся).

Температура может быть функцией одной, двух или трех координат. Соответственно этому и температурное поле называется одно-, двух-, или трехмерным. У одномерного поля наиболее простой вид уравнения t = f(x). Например, при стационарном процессе теплопроводности через плоскую стенку.

 

При любом температурном поле в теле имеются точки с одинаковой температурой. Геометрическое место точек с одинаковой температурой образует изотермическую поверхность. В одной точке пространства не может быть двух различных температур, и поэтому изотермические поверхности не соприкасаются и не пересекаются. Они или кончаются на границах тела, или образуют замкнутый контур (как, например, в цилиндрическом теле). Изменение температуры в теле наблюдается только в направлениях, пересекающих изотермические поверхности. При этом наиболее резкое изменение температуры наблюдается в направлении нормальном к изотермическим поверхностям. Предел отношения изменения температур (Dt) к минимальному расстоянию между этими изотермами (Dn), при условии, что это расстояние стремится к нулю, называется градиентом температуры.

, град/м, (12.2)

 

Температурный градиент показывает интенсивность изменения температуры, он является вектором, направленным в сторону увеличения температуры.