열은 한 지점에서 다른 지점으로 전달될 수 있는 열 에너지의 척도입니다. 열은 에너지원에서 매체로, 또는 한 매체나 물체에서 다른 매체나 물체로 운동 에너지가 전달되는 것입니다.
열은 일과 에너지와 관련된 위상 변화의 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 열은 또한 시스템의 입자가 소유한 운동 에너지의 척도이기도 합니다. 시스템의 입자의 운동 에너지는 시스템의 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 따라서 열 측정값은 시간에 따라 변합니다.
열전달
더 높은 온도의 시스템이 더 낮은 온도의 시스템과 접촉하게 되면 첫 번째 시스템의 입자에서 두 번째 시스템의 입자로 에너지가 전달됩니다. 따라서 열전달은 더 높은 온도의 물체(또는 시스템)에서 더 낮은 온도의 다른 물체(또는 시스템)로 열이 전달되는 과정으로 정의할 수 있습니다.
열전달 공식
열 전달 공식은 한 시스템에서 다른 시스템으로 전달되는 열의 양을 결정합니다.
Q = c × m × ΔT
어디,
Q는 시스템에 공급되는 열입니다.
m은 시스템의 질량입니다.
c는 시스템의 비열 용량입니다.
ΔT는 시스템의 온도 변화입니다.
비열 용량(c)은 온도가 1K(또는 1°C) 증가할 때 물질의 단위 질량(kg)당 흡수되는 열량(줄)으로 정의됩니다. 단위는 J/kg/K 또는 J/kg/°C입니다.
공식의 유도
허락하다 중 시스템의 질량이 되고 씨 시스템의 비열 용량이 됩니다. 허락하다 ΔT 시스템 온도의 변화입니다.
그러면 공급되는 열량( 큐 )는 질량의 산물이다 중 , 비열 용량 씨 그리고 온도의 변화 ΔT 에 의해 주어진다,
Q = c × m × ΔT
열전달 유형
열 전달에는 세 가지 유형이 있습니다.
- 전도
- 전달
- 방사능
전도
고체 물질을 통한 열 전달을 전도라고 합니다. 전도 과정에 의해 전달되는 열의 공식은 다음과 같이 표현됩니다.
Q = kA(티 더운 -티 추운) t/d
어디,
Q는 전도를 통해 전달되는 열입니다.
k는 재료의 열전도율입니다.
A는 표면적이다.
티더운뜨거운 표면의 온도이다
티추운차가운 표면의 온도이다
시간이 없어
d는 재료의 두께입니다.
전달
액체와 기체를 통한 열 전달을 대류라고 합니다. 대류 과정에 의해 전달되는 열의 공식은 다음과 같이 표현됩니다.
Q = H 씨 에 더운 -티 추운 )
어디,
Q는 대류를 통해 전달되는 열입니다.
시간씨열전달 계수는
A는 표면적이다.
티더운뜨거운 시스템의 온도입니다
자바에서 난수 생성티추운차가운 시스템의 온도입니다
방사능
전자기파를 통해 열이 전달되는 것을 복사라고 합니다. 복사 과정에 의해 전달되는 열의 공식은 다음과 같이 표현됩니다.
Q = σ(T 더운 – 티 추운) 4 ㅏ
어디,
Q는 복사를 통해 전달되는 열입니다.
σ는 스테판 볼츠만 상수입니다.
티 더운 뜨거운 시스템의 온도입니다
티 추운 차가운 시스템의 온도입니다
A는 표면적이다.
스테판 볼츠만 상수(σ)는 다음과 같이 계산됩니다.
σ = 2.p 5 케이 비 4 / 15시간 삼 씨 2 = 5.670367(13) × 10 -8 제이 . 중 -2 . 에스 -1 . 케이 -4
어디,
σ는 스테판 볼츠만 상수입니다.
파이(π) ∼=
케이 비 볼츠만 상수인가
h는 플랑크 상수입니다.
c는 진공에서의 빛의 속도
샘플 문제
문제 1: 질량이 10 kg이고 초기 온도가 200 K인 시스템이 450 K로 가열됩니다. 시스템의 비열 용량은 0.91 KJ/kg K입니다. 이 과정에서 시스템이 얻는 열을 계산하십시오.
해결책:
질문에 따르면,
질량, m = 10kg
비열 용량, c = 0.91 KJ/kg K
초기 온도, T 나 = 200K
최종 온도, T 에프 = 450K
온도 변화, ΔT = 450K – 200K = 250K
열전달 공식을 이용하면,
Q = c × m × ΔT
큐 = 0.91 x 10 x 250
Q = 2275KJ
따라서 시스템이 얻은 총 열은 2275KJ입니다.
문제 2: 철의 비열은 0.45 J/g°C입니다. 온도 변화가 40°C일 때 1200J의 열 전달에 필요한 철의 질량은 얼마입니까?
해결책:
질문에 따르면,
철의 비열, c = 0.45 J/g°C
RDBMS 정규화온도 변화, ΔT = 40°C
전달된 열량, Q = 1200J
열전달 공식을 이용하면,
Q = c × m × ΔT
m = Q /(c x ΔT)
m = 1200 /(0.45 x 40)
m = 66.667g
따라서 1200J의 열 전달에 필요한 철의 질량은 66.667g입니다.
문제 3: 길이 3m, 너비 1.5m, 두께 0.005m의 유리벽으로 분리된 서로 다른 온도의 두 물기둥을 생각해 보세요. 하나의 물기둥은 380K에 있고 다른 하나는 120K에 있습니다. 유리의 열전도율이 1.4 W/mK일 때 전달되는 열의 양을 계산하십시오.
해결책:
질문에 따르면,
유리의 열전도율, k = 1.4 W/mK.
첫 번째 물기둥의 온도, T 핫= 380K
두 번째 물기둥의 온도, T 콜드 = 120K
두 개의 기둥을 분리하는 유리벽의 면적, A = 길이 x 너비 = 3m x 1.5m = 4.5m 2
유리의 두께, d = 0.005m
전도에 대한 열 전달 공식을 사용하면,
Q = kA(T 더운 -티 추운 )t/d
Q = 1.4 x 4.5 (380-120) / 0.005
Q = 327600W
따라서 전달된 열량은 327600W입니다.
문제 4: 매질의 열전달 계수가 8 W/(m인 경우 대류를 통한 열 전달을 계산합니다. 2 K) 그리고 면적은 25m입니다 2 온도차는 20K입니다.
해결책:
질문에 따르면,
열전달 계수, H 씨 = 8W/(m 2 케이)
면적, A = 25m 2
온도 변화, (T 더운 – 티 추운) = 20K
대류에 대한 열전달 공식을 사용하면,
Q = H 씨 에 더운 -티 추운 )
큐 = 8 x 25 x 20
큐 = 4000W
따라서 대류를 통해 전달되는 열량은 4000W입니다.
문제 5: 온도 300K와 430K에서 두 흑체 사이의 복사를 통해 전달되는 열을 계산하고 매체의 면적은 48m입니다. 2 . (스테판 볼츠만 상수가 주어지면 σ = 5.67 x 10 -8 W/(m 2 케이 4 ) ).
해결책:
질문에 따르면,
뜨거운 물체의 온도, T더운= 430K
차가운 몸체의 온도, T추운= 30만
온도 변화, (T더운– 티추운) = 430K – 300K = 130K
면적, A = 48m2
스테판 볼츠만 상수, σ = 5.67 x 10-8W/(m2케이4)
복사에 대한 열전달 공식을 사용하면,
Q = σ(T더운-티감기)4ㅏ
큐 = 5.67 x 10-8x 1304× 48
Q = 777.3W
따라서 복사를 통해 전달되는 열의 양은 777.3와트입니다.