Методы изучения физических явлений

На основе представлений современной физики явления при­роды вообще и теплопроводности в частности, возможно описать и исследовать на основе феноменологического и статистического мето­дов.

Феноменологический метод – игнорирует микроскопическую структуру вещества, рассматривает его как сплошную среду. Этот метод исследования дает возможность установить некоторые общие соотношения между параметрами, которые характеризуют рассмат­риваемое явление в целом. Феноменологические законы носят весьма общий характер. Роль конкретной физической среды учиты­вается коэффициентами, которые определяются из опыта. (Пример -закон Ома I = U/R).

Другой путь – статистический метод изучения физических явле­ний основан на изучении внутренней структуры вещества. Среда рассматривается как некоторая физическая система, состоящая из большого числа молекул, ионов или электронов с заданными свой­ствами и законами взаимодействия. Основная задача этого метода – получение макроскопических характеристик по заданным микро­скопическим свойствам среды.

В основу исследования процессов теплопроводности положен феноменологический метод. Его достоинством является то, что он позволяет сразу установить общие связи между параметрами, харак­теризующими процесс. А недостатком является то, что точность ме­тода зависит от точности экспериментального определения коэффи­циентов теплопроводности, теплоемкости и т.д.

Температурное поле

Явление теплопроводности – процесс распространения энер­гии при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела, имеющих различные температуры. Теплопроводность обусловлена движением микрочастиц вещества.

В газах перенос энергии осуществляется за счет диффузии мо­лекул и атомов, а в жидких и твердых телах - диэлектриках – путем упругих волн. В металлах перенос энергии осуществляется за счет свободных электронов. Хорошие электрические провод­ники хорошо проводят тепло – медный таз.

Процесс теплопроводности, как и другие виды теплообмена, имеет место при условии разности температуры в различных точках тела.

Поэтому аналитическое исследование теплопроводности сво­дится к изучению пространственно-временного изменения темпера­туры. Пример: охлаждение заготовки.

T = f(x,y,z,t) – температурное поле

Температурное поле – это совокупность значений темпера­туры во всех точках пространства для каждого момента времени.

T = f₁(x,y,z,t); ¶T/¶t = 0 стационарное