Способы передачи тепла.

Существует три способа передачи тепла нагретым телом: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание.

Теплопроводность – свойство тел передавать тепло от более нагретых мест к менее нагретым. Путем теплопроводности тепло передается через твердые, жидкие и газообразные тела. Количество тепла dQ, проходящее в единицу времени dt через элементарную площадку dS от более нагретого участка тела к менее нагретому, пропорционально градиенту температуры dθ/dx в направлении, перпендикулярном площадке и зависит от теплопроводящих свойств материала, т.е.

, (36)

где – коэффициент теплопроводности.

Знак (–) показывает, что передача тепла идет от мест более нагретых к менее нагретым.

Коэффициент теплопроводности численно равен количеству тепла, проходящему через площадку в 1 м² изотермической поверхности в течение 1 с при градиенте температуры в 1 ^оC/м.

Конвекция. Нагретое тело, помещенное в газ или жидкость, отдает свое тепло частичкам газа или жидкости, которые, нагреваясь, становятся легче и поднимаются вверх, а на их место поступают более холодные частички. Интенсивность охлаждения зависит от скорости движения частиц охлаждающей среды. Если движение частиц охлаждающей среды создается только за счет нагрева их у поверхности горячего тела, то такая конвекция называется естественной конвекцией.

Если движение частиц создается принудительно, например, при помощи вентиляторов, насосов, то такая конвекция называется искусственной. Количество тепла, отдаваемого поверхностью нагретого тела в единицу времени за счет конвекции, определяют по формуле

, (37)

где K_ток – коэффициет теплоотдачи конвекцией, Вт/^oC∙см²; – температура нагретой поверхности, ^оC; – температура охлаждающей среды; S – площадь поверхности охлаждения, м².

Лучеиспускание. Это процесс отдачи тепла, при котором тепловая энергия, превращаясь в лучистую, передается от нагретого тела в окружающую среду. Источником лучистой энергии является любое тело, у которого температура отлична от абсолютного нуля. Поглощение лучистой энергии телом зависит от длины волны и состояния его поверхности. Тело, поверхность которого поглощает все падающие на нее лучи, называется абсолютно черным телом. При нагревании оно обладает максимальной способностью излучения энергии. Излучательная способность других тел сравнивается с абсолютно черным телом как с эталоном. Количество тепла, отдаваемого при излучении с поверхности нагретого тела в 1с, может быть определено по формуле

, (38)

где K_тол – коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, Вт/^оС⁴∙м².

Отдача тепла нагретым телом обычно происходит одновременно путем теплопроводности, конвекции и лучеиспускания. При этом трудно определить, какая часть тепла передается в окружающую среду тем или иным способом. В практических расчетах количество тепла, отводимого с поверхности нагретого тела всеми видами теплоотдачи можно определить по формуле Ньютона

, (39)

где K_то – эквивалентный коэффициент теплоотдачи, учитывающий отдачу тепла всеми способами.

Эквивалентный коэффициент теплоотдачи при небольших температурах изменяется незначительно. Поэтому при приближенных расчетах коэффициент теплоотдачи можно принимать постоянным.