В некоторых случаях количества тепла, приобретаемого или отдаваемого телом, при прочих равных условиях приблизительно пропорционально поверхности тела и разности между его температурой и температурой окружающей среды. Поэтому для практических расчетов установившегося (постоянного во времени) теплового потока, подводимого (или отводимого) к твердой поверхности от обтекающих ее жидкости или газа, исторически установилась формула
Q = aDT F t, (B)
Где DТ = Т ст – Т - разность между средними температурами поверхности F и потока жидкости (газа), К; t - время, с. Множитель пропорциональности между величиной и произведением DTFt, обозначаемый буквой a, называется коэффициентом теплоотдачи и имеет размерность Вт/ (м2* К).
Как будет ясно из дальнейшего, формула (В) отнюдь не отражает действитеной зависимости теплового потока от температуры, физических свойств и размеров тел, находящихся в тепловом взаимодействии. По существу, эта формула является только некоторым формальным приемом, переносящим все трудности расчета теплопередачи на определение коэффициента, который обычно в меньшей степени зависит от размеров поверхности теплообмена и от температурного напора, чем тепловой поток Q.
При расчетах тнплопередачи от одной жидкой среды к другой, отделенной от первой твердой стенкой, в расчетной практике пользуются выражением, аналогичным формуле (В), но множитель пропорциональности обозначаеют буквой k и называют коэффициентом теплопередачи:
Q = kDTFt
Здесь DТ = Т1 – Т 2 - разность между средними температурами потока жидкости (газа), отдающего тепло, и потока жидкости (газа), воспринимающего это тепло, К.
Термическое сопротивление
Рассматривая DT величину как разность температурных уровней, можем представить формулу (В) в виде, аналогичном закону сопротивления для электрического тока, а именно:
Q = DТFt/R*a
где R* a= 1/ a - сопротивление теплообмену между твердой поверхностью и омывающей ее жидкостью (газом), м2*К/Вт.
Аналогично этому можно переписать и формулу (В)
Q = DTFt/R*k
где R*k = 1/k - сопротивление теплопередаче от одной жидкости к другой через разделяющую их твердую стенку, м2*К/Вт.
Величины R* называютсятермическими сопротивлениями. Удобство их введения в расчет теплопередачи заключается в том, что термическое сопротивление сложной системы представляет собой простую сумму частных термических сопротивлений, т.е.
R*k = 1/ k = (SR* ai) (1 £ i £ n).
В соотвествии с этим общий коэффициент теплопередачи выражается через коэффициенты теплоотдачи различных частей системы более сложно, а именно:
k = (SR* ai) –1 (1 £ i £ n).
Величина q = aDT, имеющая размерность Вт/м2, называется плотностью теплового потока. Плотность теплового потока является мерой тепловой напряженности поверхности нагрева.
Теплоемкость тела.
Количество теплоты, которое нужно передать какому-нибудь телу, чтобы повысить его температуру на 10С, называется теплоемкостью этого тела. При остывании на 10С тело отдает такое же количество теплоты. Для нагревания тела не на 10С, а, например, на 100 нужно сообщить телу в 10 раз большее количество теплоты; при остывании на 100 тело отдает это же количество теплоты. Таким образом, теплоемкость тела пропорциональна массе тела и зависит от вещества, из которого оно состоит.Нагревая тело путем теплопередачи, мы увеличиваем его внутреннююэнергию. Кроме того, вследствие расширения при нагревании совершается работа против сил, препятствующих расширению. Силы эти – силы внешнего давления и силы молекулярного притяжения, весьма значительные для твердых тел и жидкостей и ничтожные для газов. На совершение работы при расширении требуется дополнительная энергия, т.е. необходима дополнительная передача теплоты.В случае твердых тел расширение всегда ничтожно мало, следовательно, очень мала и эта дополнительная энергия и ею можно пренебречь. Для газов, заключенных в твердую оболочку, расширение отстуствует и дополнительная энергия равна нулю. В этих случаях можно сказать, что теплоемкость тела равна увеличению его внутренней энергии при повышении температуры на 10. В случае жидкостей или газов, нагреваемых в таких условиях, то они могут свободно расширяться, работой, совершаемой при расширении, пренебречь нельзя.
4.ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Явление теплообмена и теплового расширения широко применяются в технике. На этих двух явлениях основаны приборы, предназначенные для измерения температуры – термометры. Приборы, основанные на измерении электромагнитного излучения нагретых тел, называются пирометрами.
Следовательно, пирометры – термометры излучения.
Классифицируя термометры по принципу действия их чувствительных элементов, можно отметить следующие типы, получившие наибольшее распространение:
- термометры, основанные на тепловом расширении жидкостей, газов и твердых тел;
- электрические терморезистивные термометры;
- термоэлектрические термометры;
- пирометры и др.
На явлении теплообмена основано действие тепловых преобразователей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических
Величин. «Энергоатомиздат». Л., 1983.-320 с.,ил.
2. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики.»Наука». М., 1966.-575 с.
3. Сивухин Д.В. Термодинамика и молекулярная физика. «Наука». М.,
1975.-687 с.
4. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. «»Наука» М.,
1977.- 942 с.
5. Боднер В. А. Приборы первичной информации. «Машиностроение»,
1981.-344 с., ил.