Calcularea curentului de căldură

curent termic este viteza cu care se transferă căldura în timp. Deoarece este o rată a energiei termice în timp, unitatea SI a curentului de căldură este joule pe secundă sau watt (W).

Căldura curge prin obiecte materiale prin conducta, particulele încălzite impartindu-și energia particulelor vecine. Oamenii de știință au studiat bine fluxul de căldură prin materiale înainte de a ști chiar că materialele sunt formate din atomi, iar curentul de căldură este unul dintre conceptele care au fost utile în această privință. Chiar și astăzi, deși înțelegem că transferul de căldură este legat de mișcarea atomilor individuali, în majoritatea situațiilor este imposibil și inutil să încerci să gândești situația în acest fel, iar pasul înapoi pentru a trata obiectul la o scară mai mare este cel mai potrivit mod de a studia sau prezice mișcarea căldurii.

Matematica curentului de căldură

Deoarece curentul de căldură reprezintă fluxul de energie termică în timp, vă puteți gândi la acesta ca reprezentând o cantitate minusculă de energie termică, dQ (Q este variabila folosită în mod obișnuit pentru a reprezenta energia termică), transmisă într-un timp minuscul, dt. Utilizarea variabilei H pentru a reprezenta curentul de căldură, aceasta vă oferă ecuația:

H = dQ / dt

Dacă ați pre-calcul sau calcul, s-ar putea să vă dați seama că o rată de schimbare de genul acesta este un exemplu primordial în care ați dori să luați o limită, deoarece timpul se apropie de zero. Experimental, puteți face asta prin măsurarea schimbării de căldură la intervale de timp mai mici și mai mici.

Experimentele efectuate pentru a determina curentul de căldură au identificat următoarea relație matematică:

H = dQ / dt = kA (T_H - T_C) / L

Acest lucru poate părea o serie de variabile intimidante, deci să le descompunem (unele dintre ele au fost deja explicate):

• H: curent termic
• dQ: cantitate mică de căldură transferată într-un timp dt
• dt: cantitate mică de timp peste care dQ a fost transferat
• k: conductivitatea termică a materialului
• A: zona secțiunii transversale a obiectului
• T_H - T_C: diferența de temperatură între cele mai calde și cele mai reci temperaturi din material
• L: lungimea pe care este transferată căldura 

Există un element al ecuației care ar trebui să fie considerat independent:

(T_H - T_C) / L

Aceasta este diferența de temperatură pe lungimea unității, cunoscută sub denumirea de " gradient de temperatură.

Rezistenta termica

În inginerie, folosesc adesea conceptul de rezistență termică, R, pentru a descrie cât de bine un izolator termic împiedică transferul de căldură pe material. Pentru o placă de material cu grosime L, relația pentru un material dat este R = L / k, rezultând această relație:

H = A(T_H - T_C) / R