Šírenie tepla vedením
Prečo má hrniec kovové telo a plastovú rúčku?
Čo sa naučíš
- Porovnám tepelné vodiče a izolanty.
- Použijem ustálený tok k·A·ΔT/L.
Experiment
Ustálený tok medenou tyčou s prierezom 1 cm², dĺžkou 0,2 m a rozdielom 60 K je 12 W. Drevo s k = 0,15 W/(m·K) prenesie len zlomok wattu. Teplota pozdĺž tyče klesá rovnomerne, lebo model nemá bočné straty.
Načítavam simuláciu…
Vyskúšaj
Prenesie meď viac ako 10 W?
Vypočítať tok pri k = 400, A = 0,0001 m², ΔT = 60 K a L = 0,2 m.
- Odhadni tok.
- Nastav meď.
- Porovnaj ho s drevom, ktoré prepneš po pokuse.
Tepelný tok je väčší ako 10 W.
Overenie pochopenia
Rúčka hrnca má byť z materiálu s:
Aký je tok, keď k = 80, A = 0,0001 m², ΔT = 60 K a L = 0,2 m?
Vysvetlenie
Pri medi je tok rádovo watty. Pri dreve alebo polystyréne klesne na tisíciny wattu. Graf teploty je úsečka od horúceho konca k studenému.
Častice odovzdávajú energiu susedom. Látka ako celok sa nesťahuje. Schopnosť viesť teplo opisuje tepelná vodivosť k. Kovy majú veľké k, drevo a penový plast malé, preto ich voláme izolanty. V ustálenom stave bez úniku bokmi je tok P = k·A·ΔT/L.
Pojmy
- Vedenie
- Prenos tepla látkou bez prúdenia samotnej látky.
- Tepelná vodivosť
- Materiálová veličina k. Väčšie k znamená väčší tok pri rovnakom rozdiele teplôt.
Príklad
Kovová lyžička v čaji sparí prsty skôr ako drevená vareška.
Čo sa často mýli
- Izolant teplo nezastaví navždy. Len ho prenáša pomaly.
- Hrubšia vrstva pri rovnakom materiáli tok zmenší.
Čo model zjednodušuje
Jednorozmerný ustálený model. Vodivosti sú orientačné tabuľkové hodnoty, nie meranie tvojej varešky.
Vzorce
Tepelný tok tyčou
Výkon je vodivosť krát prierez krát rozdiel teplôt delený dĺžkou.
- P
- tepelný tok, W
- k
- tepelná vodivosť, W/(m·K)
- A
- prierez, m²
- L
- dĺžka, m
Kedy platí: Ustálený stav, bez úniku tepla bokmi, stále k.