Hvad er varmestrøm i fysik?

Det varmestrøm er den hastighed, hvormed varme overføres over tid. Fordi det er en hastighed på varmeenergi over tid, SI-enhed af varmestrøm er joule per sekundeller watt (W).

Varme strømmer gennem materielle genstande gennem ledning, med opvarmede partikler, der bibringer deres energi til nabopartikler. Forskere studerede strømmen af ​​varme gennem materialer, inden de engang vidste, at materialerne var sammensat af atomer, og varmestrøm er et af de begreber, der var nyttige i denne henseende. Selv i dag, selvom vi forstår varmeoverførsel at være relateret til bevægelse af individuelle atomer, i de fleste situationer er det upraktisk og uhensigtsmæssigt at prøve at tænke på situationen på den måde og at gå tilbage for at behandle objektet i større skala er den mest passende måde at studere eller forudsige bevægelsen af varme.

Fordi varmestrøm repræsenterer strømmen af varmeenergi over tid kan du tænke på det som repræsenterer en lille mængde varmeenergi, dQ (Q er den variabel, der ofte bruges til at repræsentere varmeenergi), transmitteret i løbet af en lille mængde tid,

H = dQ / dt

Hvis du har taget forudregning eller calculus, er du måske klar over, at en ændringshastighed som dette er et godt eksempel på, når du ønsker at tage en grænse, når tiden nærmer sig nul. Eksperimentelt kan du gøre det ved at måle varmeændringen med mindre og mindre tidsintervaller.

Eksperimenter for at bestemme varmestrømmen har identificeret følgende matematiske sammenhæng:

H = dQ / dt = kA (T_H - T_C) / L

Det kan virke som en skræmmende række variabler, så lad os nedbryde dem (nogle af dem er allerede blevet forklaret):

• H: varmestrøm
• dQ: lille mængde varme overført over en tid dt
• dt: lille mængde tid dQ blev overført
• k: termisk ledningsevne for materialet
• EN: objektets tværsnitsareal
• T_H - T_C: temperaturforskellen mellem de varmeste og koldeste temperaturer i materialet
• L: den længde, hvorefter varmen overføres

Der er et element i ligningen, der skal overvejes uafhængigt:

(T_H - T_C) / L

Dette er temperaturforskellen pr. Længdenhed, kendt som temperaturgradient.

I teknik bruger de ofte begrebet termisk modstand, R, for at beskrive, hvor godt en termisk isolator forhindrer varme i at overføres over materialet. Til en plade af materiale med tykkelse L, er forholdet for et givet materiale R = L / k, hvilket resulterer i dette forhold:

H = EN(T_H - T_C) / R