Calcul du courant thermique
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La courant de chaleur est la vitesse à laquelle la chaleur est transférée dans le temps. Puisqu'il s'agit d'un taux d'énergie thermique dans le temps, le OUI unité du courant de chaleur est joule par seconde , ou watt (W).
La chaleur circule à travers les objets matériels à travers le conduction , les particules chauffées transmettant leur énergie aux particules voisines. Les scientifiques ont étudié le flux de chaleur à travers les matériaux bien avant même de savoir que les matériaux étaient constitués d'atomes, et le courant thermique est l'un des concepts qui a été utile à cet égard. Même aujourd'hui, même si nous comprenons transfert de chaleur être lié au mouvement des atomes individuels, dans la plupart des situations, il est peu pratique et inutile d'essayer de penser à la situation de cette manière, et prendre du recul pour traiter l'objet à plus grande échelle est la manière la plus appropriée d'étudier ou de prédire le mouvement de la chaleur.
Mathématiques du courant thermique
Parce que le courant de chaleur représente le flux de énergie thermique au fil du temps, vous pouvez le considérer comme représentant une infime quantité d'énergie thermique, dQ ( Q est la variable communément utilisée pour représenter l'énergie calorifique), transmise sur une durée infime, dt . Utilisation de la variable H pour représenter le courant de chaleur, cela vous donne l'équation :
H = dQ / dt
Si vous avez suivi des cours de pré-calcul ou calcul , vous réaliserez peut-être qu'un taux de changement comme celui-ci est un excellent exemple de cas où vous voudriez prendre une limite lorsque le temps approche de zéro. Expérimentalement, vous pouvez le faire en mesurant le changement de chaleur à des intervalles de temps de plus en plus petits.
Les expériences menées pour déterminer le courant de chaleur ont identifié la relation mathématique suivante :
H = dQ / dt = kA ( JH - JC ) / L
Cela peut sembler un tableau intimidant de variables, alors décomposons-les (dont certaines ont déjà été expliquées) :
- H : courant de chaleur
- dQ : petite quantité de chaleur transférée dans le temps dt
- dt : petit laps de temps pendant lequel dQ a été transféré
- k : conductivité thermique du matériau
- UN : aire de la section transversale de l'objet
- JH - JC : la différence de température entre les températures les plus chaudes et les plus froides dans le matériau
- L : la longueur sur laquelle la chaleur est transférée
Il y a un élément de l'équation qui devrait être considéré indépendamment :
( JH - JC ) / L
Il s'agit de la différence de température par unité de longueur, connue sous le nom de gradient de température .
Résistance thermique
En ingénierie, ils utilisent souvent le concept de résistance thermique, R , pour décrire dans quelle mesure un isolant thermique empêche le transfert de chaleur à travers le matériau. Pour une dalle de matériau d'épaisseur L , la relation pour un matériau donné est R = L / k , ce qui donne cette relation :
H = UN ( JH - JC ) / R