tepelný proud je rychlost, kterou se teplo přenáší v průběhu času. Protože se jedná o rychlost tepelné energie v průběhu času, Jednotka SI tepelného proudu je joule za sekundunebo watt (W).
Teplo protéká hmotnými předměty skrz vedenís vyhřívanými částicemi, které dodávají energii sousedním částicím. Vědci studovali tok tepla skrze materiály mnohem dříve, než vůbec věděli, že materiály byly vytvořeny atomy, a tepelný proud je jedním z konceptů, které byly v tomto ohledu užitečné. I dnes rozumíme přenos tepla být ve spojení s pohybem jednotlivých atomů, ve většině situací je nepraktické a neužitečné pokusit se o situaci přemýšlet tímto způsobem, a krok zpět zacházet s objektem ve větším měřítku je nejvhodnější způsob, jak studovat nebo předpovídat pohyb teplo.
Matematika tepelného proudu
Protože tepelný proud představuje průtok tepelná energie postupem času si o tom můžete představit, že představuje malé množství tepelné energie, dQ (Q je proměnná běžně používaná k reprezentaci tepelné energie), přenášená po malé množství času,
dt. Pomocí proměnné H reprezentovat tepelný proud, dává vám rovnici:H = dQ / dt
Pokud jste užili předváhu nebo počet, můžete si uvědomit, že míra změny, jako je tato, je příkladem toho, kdy byste chtěli vzít limit, když se čas blíží nule. Experimentálně to můžete udělat změřením změny tepla v menších a menších časových intervalech.
Experimenty prováděné za účelem stanovení tepelného proudu identifikovaly následující matematický vztah:
H = dQ / dt = kA (TH - TC) / L
Může se to zdát jako zastrašující řada proměnných, takže rozdělme ty (některé z nich již byly vysvětleny):
- H: tepelný proud
- dQ: malé množství tepla přenášeného v čase dt
- dt: malé množství času, během kterého dQ byl převeden
- k: tepelná vodivost materiálu
- A: průřezová plocha objektu
- TH - TC: teplotní rozdíl mezi nejteplejší a nejchladnější teplotou v materiálu
- L: délka, po které se teplo přenáší
Existuje jeden prvek rovnice, který by měl být posuzován nezávisle:
(TH - TC) / L
Jedná se o teplotní rozdíl na jednotku délky, známý jako teplotní gradient.
Teplotní odolnost
Ve strojírenství často používají koncept tepelného odporu, R, popsat, jak dobře tepelný izolátor brání přenosu tepla přes materiál. Pro desku z materiálu o tloušťce L, vztah k danému materiálu je R = L / k, což má za následek tento vztah:
H = A(TH - TC) / R