Wissenschaft

Was ist Wärmestrom in der Physik?

Der Wärmestrom ist die Geschwindigkeit, mit der Wärme über die Zeit übertragen wird. Da es sich um eine Wärmeenergierate über die Zeit handelt, beträgt die SI-Einheit des Wärmestroms Joule pro Sekunde oder Watt (W).

Wärme fließt durch materielle Objekte durch die Leitung. wobei erhitzte Partikel ihre Energie an benachbarte Partikel abgeben. Wissenschaftler untersuchten den Wärmefluss durch Materialien, lange bevor sie überhaupt wussten, dass die Materialien aus Atomen bestehen, und Wärmestrom ist eines der Konzepte, die in dieser Hinsicht hilfreich waren. Selbst heute, obwohl wir verstehen, dass Wärmeübertragung mit der Bewegung einzelner Atome zusammenhängt, ist es in den meisten Situationen unpraktisch und nicht hilfreich, zu versuchen, die Situation auf diese Weise zu betrachten, und einen Schritt zurückzutreten, um das Objekt in größerem Maßstab zu behandeln am besten geeignete Methode, um die Bewegung von Wärme zu untersuchen oder vorherzusagen.

 

Mathematik des Wärmestroms

Da der Wärmestrom den Fluss der Wärmeenergie über die Zeit darstellt, können Sie sich vorstellen , dass er eine winzige Menge an Wärmeenergie darstellt, dQ ( Q ist die Variable, die üblicherweise zur Darstellung von Wärmeenergie verwendet wird), die über eine winzige Zeitdauer übertragen wird, dt . Wenn Sie die Variable H verwenden , um den Wärmestrom darzustellen, erhalten Sie die folgende Gleichung:

H=dQ / dt

Wenn Sie Vor- oder Kalkül genommen haben. stellen Sie möglicherweise fest, dass eine solche Änderungsrate ein hervorragendes Beispiel dafür ist, wann Sie ein Limit nehmen möchten, wenn sich die Zeit Null nähert. Experimentell können Sie dies tun, indem Sie die Wärmeänderung in immer kleineren Zeitintervallen messen.

Experimente zur Bestimmung des Wärmestroms haben die folgende mathematische Beziehung identifiziert:

H=dQ / dt=kA ( T HT C ) / L

Das mag wie eine einschüchternde Reihe von Variablen erscheinen, also lassen Sie uns diese aufschlüsseln (von denen einige bereits erklärt wurden):

  • H : Wärmestrom
  • dQ : geringe Wärmemenge, die über einen Zeitraum von dt übertragen wird
  • dt : kleine Zeitspanne, über die dQ übertragen wurde
  • k : Wärmeleitfähigkeit des Materials
  • A : Querschnittsfläche des Objekts
  • T HT C : Der Temperaturunterschied zwischen den wärmsten und kühlsten Temperaturen im Material
  • L : Die Länge, über die die Wärme übertragen wird

Es gibt ein Element der Gleichung, das unabhängig betrachtet werden sollte:

( T HT C ) / L

Dies ist die Temperaturdifferenz pro Längeneinheit, die als Temperaturgradient bezeichnet wird .

 

Wärmewiderstand

In der Technik verwenden sie häufig das Konzept des Wärmewiderstands R , um zu beschreiben, wie gut ein Wärmeisolator verhindert, dass Wärme über das Material übertragen wird. Für eine Materialplatte mit der Dicke L ist die Beziehung für ein gegebenes Material R=L / k , was zu dieser Beziehung führt:

H=A ( T HT C ) / R

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