14. Отдача теплоты нагретым телом

Существует 3 вида передачи теплоты:

1. Теплопроводность;

2. Конвекция;

3. Тепловое излучение.

Теплопроводность – это свойство материала передавать теплоту от более нагретых мест к менее нагретым.

П ередача теплоты может происходить:

А) Внутри одного тела;

Б) Между 2-мя сопряжёнными материалами;

В) Между 2-мя телами, разделённые 3-им.

Количество теплоты, проходимое в единицу времени «t» от более нагретому участку к менее нагретому:

1Дж=1Н 1м

где: -- коэффициент теплопроводности, численно равен количеству теплоты, проходящей через площадку 1м² в течении 1-ой секунды при передаче теплоты на 1К;

-- толщина стенки;

S – площадь соприкосновения, сечение, через которое передаётся тепло.

– [ Вт/(м² К) ].

Конвекция – передача теплоты в окружающую среду.

естественная искусственная

При конвекции движение газа (жидкости) может быть ламинарным или турбулентным. При ламинарном движении частицы охлаждают среду, двигаясь параллельно. Переход от ламинарного движения к турбулентному происходит при некоторой критической скорости. Охлаждение при турбулентном режиме намного эффективнее.

Количество теплоты, переданное конвекцией за время «t» (формула Лысого):

где: К_к – коэффициент теплопередачи конвекции, [ Вт/(м² К) ].

F – поверхность теплопередачи, [м²].

Тепловое излучение

В наибольшей степени тепловую энергию переносит инфракрасные лучи.

.

В наименьшей степени – световые лучи (0,4 – 0,8) мкм.

Физические свойства тепловых и световых лучей сходны: распространяются со скоростью света, претерпевают преломление и отражение при встрече с поверхностью.

Абсолютно чёрное тело – всё поглощает.

Абсолютно белое – отражает.

Абсолютно чёрное тело обладает max возможностью излучения. По свойствам к нему приближается: ламповая сажа, матовая чёрная краска, асбошифер.

Количество теплоты, излучённой с поверхности нагретого тела за время «t»:

-- постояная излучения, приводится в справочниках;

Q₁ – температура нагретого нагретого тела;

Q₂ – температура тела, на которое падают лучи.

Для удобства расчетов вводят понятие коэффициента отдачи:

К_m -- [ Вт/(м² К) ].

К_m – определяет количество теплоты, которое отдаётся в окружающую среду всеми видами теплопередачи с 1м² поверхности теплоотдачи при разницы температуры нагретого тела и окружающего пространства в 1К.

.

15. Нагрев и охлаждение однородного проводника во времени при продолжительном режиме работы

Выделяема в проводнике энергия равна: . Часть этой энергии идёт на нагрев проводника, а часть отводится в окружающую среду. Таким образом, для удобства:

– энергия, затраченная на нагревание проводника;

– энергия, отводимая в окружающее пространство.

где: G – масса проводника;

С – удельная теплоёмкость проводника, [Дж/(кг К)].

-- превышение температуры проводника по отношению к окружающей среде, [°C, К].

-- коэффициент теплопроводности, [Вт/(м² К)].

Уравнение теплового баланса является исходно упрощённой. При этом учитывают 3 возможных режима нагрева электрических аппаратов:

1. При постоянстве тока:

I=I₀=const

где: « » -- температурный коэффициент сопротивления.

Такой режим характерен для силовых цепей электрических аппаратов, так как ток в цепи определяется нагрузкой.

2. При постоянстве напряжения:

U=const;

где: -- температура.

Такой режим характерен в катушках электрических аппаратов.

3. При постоянстве мощности потерь:

I=I₀=const; R=R₀=const

.

для устройств, у которых сопротивление мало зависит от температуры.

Зависимость при условии P=const (т.е. постоянства мощности потерь). Решение уравнения теплового баланса для данного случая даёт следующий результат:

1. Если начальная температура ₀=0 °С, то уравнение имеет вид:

где: – температура проводника при продолжительном нагреве;

₀ – начальная температура проводника.

2. Если ₀ не равно 0, значит:

₀

T – велечина имеющая размерность времени – называется тепловой постоянной времени нагрева.

где: F – площадь охлаждения.

Физическая величина «T» представляет собой то время, за которое проводник нагреется до при отсутствии теплоотдачи в окружающую среду.

Кривая «1» показывает нагрев проводника, имеющего .

Кривая «2» показывает нагрев проводника, имеющая .

Кривые «1,2» достигают установившейся температуры за одинаковое время, которое приблизительно равно (3…5)T.

Кривая охлаждения «3» является зеркальным отображением кривой нагревания «2».