И понятие о тепловых сопротивлениях

 

 

Однородное тело, которое мы рассматривали в § 2.1,имеет два тепловых свойства - при поступлении в него энергии оно, во-первых, накапливает энергию в себе, повышая свою температуру, а во-вторых – отдает часть

полученной энергии в охлаждающую среду. Нет ли сочетания аналогичных свойств у электрических аппаратов, частей электрической цепи?

Что накапливает энергию в электрической цепи и за счет этого повышает свой (присущий ему) энергетический показатель? Это – электроемкость. Она получает электрический заряд qи вследствие этого повышает разность потенциалов на своих обкладках Dj.Как известно, потенциал – энергетический показатель электрической цепи. Размерность электрической емкости

[C]= Кулон/Вольт = Фарада.

Этому параметру полностью идентичен тепловой параметр – теплоемкость C, размерность которой

[C]= Джоуль/градус,

причем градус (точнее – температура) - именно присущий процессу нагрева энергетический показатель.

По участку электрической цепи протекает электрический ток I,вызываемый разностью потенциалов j2 - j1 и ограничиваемый величиной электрического сопротивления R.

Но и при нагреве однородного тела можно найти процесс, в той или иной степени аналогичный электрическому току. Это – процесс отдачи тепла от тела к охлаждающей среде с коэффициентом теплоотдачиA,то

есть тепловой поток, вызываемый разностью температур

 

 

тела Jт и охлаждающей среды Jос.

Электрическое сопротивление Rнаходится в знаменателе закона Ома, и с ростом сопротивления ток уменьшается. Коэффициент теплоотдачи Aявляется сомножителем во втором слагаемом выражения (2-6), то есть в рассматриваемой аналогии Aявляется тепловой проводимостью.

По аналогии с выражением Закона Ома для элект-рической цепи

j2 - j1

I = ------------(2-22)

R

можно написать такое же выражение и для тепловых цепей

J2 - J1

Q = ------------ = (J2 - J1) A,(2-23)

Rт

где Q- тепловой поток в Ваттах, а J2, J1- температуры в градусах начала и конца участка тепловой цепи, т. е. тела

(J2=Jт) и охлаждающей среды (J1=Jос);

Rт- тепловое сопротивление участка цепи между точ-ками 1 и 2, градус/Ватт.

 

В случае однородной плоской стенки тепловой поток через единицу поверхности этой стенки определяется законом Фурье – основным законом теплопроводности

 

q = (J2 - J1)l/d = DJ l/d,(2-24)

где DJ -разность температур на поверхностях стенки;

d -толщина стенки;

l -коэффициент теплопроводности, Вт/(м град).

Если перейти к тепловому потоку через какое-то сечение S

Q = q S = S DJ l/d = DJ/Rт,(2-25)

 

где Rт -тепловое сопротивление стенки, то есть участка тепловой цепи длиной d и сечением S

d

Rт = ----------.(2-26)