열전달 공식
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.
티 더운 뜨거운 표면의 온도이다
티 추운 차가운 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.
시간 씨 열전달 계수는
A는 표면적이다.
티 더운 뜨거운 시스템의 온도입니다
티 추운 차가운 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
온도 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, T 더운 = 430K
차가운 몸체의 온도, T 추운 = 30만
온도 변화, (T 더운 – 티 추운 ) = 430K – 300K = 130K
면적, A = 48m 2
스테판 볼츠만 상수, σ = 5.67 x 10 -8 W/(m 2 케이 4 )
복사에 대한 열전달 공식을 사용하면,
Q = σ(T 더운 -티 감기)4 ㅏ
큐 = 5.67 x 10 -8 x 130 4 × 48
Q = 777.3W
따라서 복사를 통해 전달되는 열의 양은 777.3와트입니다.
