lämpövirta on nopeus, jolla lämpö siirtyy ajan myötä. Koska se on lämpöenergian määrä ajan myötä, SI-yksikkö lämpövirta on joule sekunnissatai wattia (W).
Lämpö virtaa materiaaliesineiden läpi johtuminen, lämmitettyjen hiukkasten avulla, jotka antavat energiansa vierekkäisille hiukkasille. Tutkijat tutkivat lämmön virtausta materiaalien läpi hyvissä ajoin ennen kuin he edes tiesivät, että materiaalit koostuivat atomeista, ja lämpövirta on yksi käsitteistä, joista oli hyötyä tässä suhteessa. Jo tänään, vaikka ymmärrämme lämmönsiirto liittyä yksittäisten atomien liikkeeseen, useimmissa tilanteissa on epäkäytännöllistä ja hyödytöntä yrittää ajatella tilannetta tällä tavalla ja asteittainen palaaminen käsittelemään kohdetta suuremmassa mittakaavassa on sopivin tapa tutkia tai ennustaa kuumenna.
Lämpövirran matematiikka
Koska lämpövirta edustaa lämpöenergia ajan myötä voit ajatella sitä edustavan pienen määrän lämpöenergiaa, dQ (Q on muuttuja, jota käytetään yleisesti edustamaan lämpöenergiaa), joka välitetään pienen ajan kuluessa,
dt. Muuttujan käyttö H lämpövirran esittämiseksi saadaan yhtälö:H = dQ / dt
Jos olet ottanut pre-calculus tai laskenta, saatat huomata, että tällainen muutosnopeus on erinomainen esimerkki siitä, kun haluat ottaa rajan ajan lähestyessä nollaa. Kokeellisesti voit tehdä sen mittaamalla lämmönmuutoksen pienemmillä ja pienemmillä aikaväleillä.
Lämpövirran määrittämiseksi tehdyt kokeet ovat tunnistaneet seuraavan matemaattisen suhteen:
H = dQ / dt = kA (TH - TC) / L
Se voi tuntua pelottavalta joukolta muuttujia, joten jaotellaan ne (joista jotkut on jo selitetty):
- H: lämpövirta
- dQ: pieni määrä lämpöä siirretään ajan kuluessa dt
- dt: pieni aika, jonka kuluessa dQ siirrettiin
- K: materiaalin lämmönjohtavuus
- : esineen poikkileikkauspinta-ala
- TH - TC: lämpötilaero materiaalin lämpimimpien ja viileimpien lämpötilojen välillä
- L: pituus, jonka läpi lämpö siirtyy
Kaavassa on yksi osa, jota tulisi tarkastella itsenäisesti:
(TH - TC) / L
Tämä on lämpötilaero pituusyksikköä kohti, joka tunnetaan nimellä lämpötilagradientti.
Lämmönkestävyys
Suunnittelussa he käyttävät usein lämpövastuksen käsitettä, R, kuvaamaan kuinka hyvin lämpöeriste estää lämmön siirtymisen materiaalin poikki. Materiaalilevylle, jonka paksuus on L, tietyn materiaalin suhde on R = L / K, mikä johtaa tähän suhteeseen:
H = (TH - TC) / R