Най- топлинен ток е скоростта, с която топлината се предава във времето. Тъй като това е скорост на топлинна енергия с течение на времето, SI единица на топлинен ток е джаул в секундаили ват (W).
Топлината тече през материални обекти през проводимост, като нагретите частици предават енергията си на съседните частици. Учените проучиха потока на топлината през материалите много преди дори да разберат, че материалите са съставени от атоми, а топлинният ток е една от концепциите, които бяха полезни в това отношение. Дори и днес, макар да разбираме пренос на топлина да е свързано с движението на отделни атоми, в повечето ситуации е непрактично и безполезно да се опитваме да мислим за ситуацията по този начин и отстъпването назад към третирането на обекта в по-голям мащаб е най-подходящият начин за проучване или прогнозиране на движението на топлина.
Математика на топловия ток
Тъй като топлинният ток представлява потока на топлинна енергия с течение на времето можете да мислите за това като за малко количество топлинна енергия,
DQ (Q е променливата, която обикновено се използва за представяне на топлинна енергия), предавана за малко време, DT. Използване на променливата Н за да представите топлинен ток, това ви дава уравнението:Н = DQ / DT
Ако сте предприели предварително смятане или смятане, може да осъзнаете, че скорост на промяна като тази е отличен пример за това, когато бихте искали да вземете лимит, когато времето наближи нула. Експериментално можете да направите това чрез измерване на промяната на топлината на по-малки и по-малки интервали от време.
Експериментите, проведени за определяне на топлинния ток, са установили следната математическа връзка:
Н = DQ / DT = кА (TН - T° С) / L
Това може да изглежда като смущаващ масив от променливи, така че нека разделим тези (някои от които вече са обяснени):
- Н: топлинен ток
- DQ: малко количество топлина, предавана за известно време DT
- DT: малко време, за което DQ беше прехвърлен
- к: топлопроводимост на материала
- А: площ на напречното сечение на обекта
- TН - T° С: температурната разлика между най-топлите и най-хладните температури в материала
- L: дължината, през която се предава топлината
Има един елемент от уравнението, който трябва да се разглежда независимо:
(TН - T° С) / L
Това е температурната разлика на единица дължина, известна като температурен градиент.
Термична устойчивост
В инженерството те често използват концепцията за термично съпротивление, т.е. R, за да опишете колко добре термоизолаторът предотвратява пренасянето на топлина през материала. За плоча от материал с дебелина L, връзката за даден материал е R = L / к, което води до тази връзка:
Н = А(TН - T° С) / R