エネルギーの移動は、世界で最も観測されている現象の 1 つです。エネルギーは作り出すことも破壊することもできないため、ある形から別の形へと変化します。熱は、私たち全員が日常生活で目にする一種のエネルギーです。また、人々が使い方を学ぶ主要なタイプのエネルギーでもあります。
直列のすべての物質またはスラブの熱伝導は、熱エネルギーがある物質から別の物質にどのように移動するかを教えてくれます。熱の伝導によってロッドが加熱され、熱が伝達された物質は熱を失います。
この伝導がどのように行われるかを見てみましょう.
熱伝導
熱の伝導には、素粒子の直接衝突による、ある物質から別の物質への熱の伝達が含まれます。
エネルギーの一種として、熱は内部エネルギーを増加させます。内部エネルギーの増加により、原子が動力学的に励起され、体内の振動が増加します。体のある点で分子が振動すると、隣接する分子も励起されます。
このようにして、分子の 1 つのセットからの振動は、体の反対側の端に到達するまで、次の分子に伝達されます。これにより、全身の一般的な内部エネルギーが増加し、その結果、体温も上昇します。
定常状態
熱の伝導により、熱を受ける体の温度も上昇します。伝導は、フレームに入る熱量がフレームから出る熱量と等しい化学反応に似ています。
このように発生する伝導は、定常伝導として知られています。これは、フレーム内の領域全体の温度分布が完全に一定であるというユニークなタイプの伝導です。熱の伝導は、フレームの両端間の温度差の瞬間的な最終結果です。伝導の定常状態では、伝導を引き起こす温度差はもはや存在しません。これにより、フレームの温度の空間分布が一定になります。
これが意味することは、体の一部を無作為に選び、その断面の温度が熱の流れに対して正常な点である場合、その温度は一定になるということです。偏導関数は、体で発生する変化のアイデアを与えてくれます。空間に関する熱の偏導関数はゼロ以外の値またはゼロの値を生成する可能性がありますが、温度の変化を示す時間に関する熱の偏導関数はゼロになります。
伝導の定常状態は、フレーム内の電流に似ています。フレームに入る熱は熱流と見なすことができ、直流の伝導に関するすべての従来の仮定を適用することができます。温度差は伝導の駆動力であり、電圧に似ています。ここで、フレームの熱伝導率はコードの抵抗のようなものです。入ってくる熱は、導体を流れる電流と同じです。
シリーズのスラブ
互いに直列に配置された 2 つのスラブ間の熱伝導を理解しましょう。互いに直列に配置された 2 つのスラブ、スラブ A とスラブ B があるとします。 T1 をスラブ A の片側の温度、T2 を 2 つのスラブの境界面の温度、T3 をスラブ B の端の温度とします。k1 をスラブ A の熱伝導率、k2 をスラブ A の熱伝導率とします。スラブ B の熱伝導率。L1 と L2 をそれぞれスラブ A とスラブ B の長さとします。 R1 と R2 をスラブ A とスラブ B の熱伝導率とします。
定常伝導であるため、スラブの温度は変化しません。両方のスラブの熱流入を計算して、直列のスラブが持つ効果を理解できます。 Q をスラブの総流入量とし、Q1 と Q2 をそれぞれスラブ A とスラブ B への熱の流入とします。
システムに入る熱量は Q であり、それは定常状態の伝導であるため、システムから出る熱量も Q です。両方のスラブが直列になっているため、同じ量の熱がスラブ A とスラブにも入るはずです。スラブ B. したがって、
Q =Q1 =Q2 =Q
Q =T/R ここで、R はシステムの全熱伝導率、
Q1 =T/R1 および Q2 =T/R2
次に、
Q =(T3 – T1)/R =(T2 – T1)/R1 =(T3 – T2)/R2
Q =(T3 – T1)/R
つまり
R =R1 + R2
したがって、定常状態の伝導で直列に接続された 2 つのスラブの場合、2 つのスラブの熱伝導率は、電気回路で直列に接続された 2 つの抵抗器の接続と同様に加算されます。
結論
熱伝導は、素粒子の直接衝突によるある点から別の点への熱伝達の概念を中心に展開します。原子内の電子の移動と微細な粒子の衝突は、伝導プロセスを通じて熱が伝達される主要な方法です。
熱伝導は、物体の両端の温度差の直接的な結果です。伝導の定常状態では、この伝導の原動力である温度差はもはや存在しません。これにより、体の温度場または体の温度の空間分布が一定になります。
定常状態の伝導で直列に接続された 2 つのスラブの場合、2 つのスラブの熱伝導率は、電気回路で直列に接続された 2 つの抵抗器と同様に加算されます。
