Теплоотдача

Теплоотдача – это теплообмен между поверхностью твёрдого тела и соприкасающейся с ней средой – теплоносителем (жидкостью, газом). Теплоотдача осуществляется конвекцией, теплопроводностью, лучистым теплообменом.

Конвекция – перенос теплоты в газах, жидкостях или сыпучих средах потоками вещества. Естественная (свободная) конвекция возникает в поле силы тяжести (гравитационном поле) при нагреве снизу текучих или сыпучих веществ. Нагретое вещество (как более лёгкое) по закону Архимеда перемещается относительно менее нагретого вещества в направлении, противоположном направлению силы тяжести.

Теплопроводность – это перенос энергии, осуществляемый в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией. Теплопроводность (или коэффициент теплопроводности) - λ связывает между собой плотность теплового потока (P -мощность, S – площадь изотермической поверхности, перпендикулярной направлению потока) и градиент температуры в направлении, обратном направлению потока -gradT:

.

Лучистый теплообмен – перенос энергии от одного тела к другому, обусловленный процессами испускания, распространения, рассеяния и поглощения электромагнитного излучения. Существенное отличие лучистого теплообмена от конвекции и теплопроводности заключается в том, что он может протекать и в пустоте.

Интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплообмена λ_ТО, определяемым как количество теплоты, переданное в единицу времени через единицу поверхности при разности температур между поверхностью и средой-теплоносителем в 1К:

.

Коэффициент теплообмена зависит от условий теплообмена и при неизменности последних – постоянен. Поэтому чем больше разность температур между нагретым телом и средой-теплоносителем, тем большая тепловая мощность отводится.

При нагреве тела электрическим током его температура возрастает, и выделяемая мощность в виде тепла начинает передаваться в окружающую среду. В естественном режиме (при постоянстве λ_ТО) нагрев тела электрическим током происходит до такой температуры, постоянно выделяемая электрическая мощность не сравнится с отводимой тепловой мощностью, которая растёт при повышении температуры тела.

 

 

4.5. Теплоёмкость

В общем случае теплоёмкость - это количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус (1⁰С или 1⁰К); точнее – отношение количества теплоты (энергии), поглощаемой телом при бесконечно малом изменении его температуры к этому изменению (дифференциальная форма).

На практике теплоёмкостью материала обычно называют его удельную теплоёмкость.

Удельная теплоемкость – это количество энергии (теплоты), необходимое для повышения температуры единицы массы на 1 К. Теплоёмкость обозначается маленькой латинской буквой с.

где m – масса в кг или молях; W – поглощаемая энергия, Дж; T - температура, К.

Размерность удельной теплоемкости –

.

Теплоёмкость твердых веществ имеет один порядок. У металлов и сплавов её значения в основном лежат в пределах (200…1000) Дж/кг∙К, а у неметаллических технических материалов – (500…2000) Дж/кг∙К.