Calcul du courant de chaleur

le courant de chaleur est la vitesse à laquelle la chaleur est transférée dans le temps. Parce que c'est un taux d'énergie thermique au fil du temps, l'unité SI du courant thermique est le joule par seconde, ou watt (W).

La chaleur circule à travers les objets matériels à travers la conduction, les particules chauffées transmettant leur énergie aux particules voisines. Les scientifiques ont étudié le flux de chaleur à travers les matériaux bien avant même de savoir que les matériaux étaient constitués d'atomes, et le courant de chaleur est l'un des concepts qui ont été utiles à cet égard. Même aujourd'hui, bien que nous comprenions que le transfert de chaleur est lié au mouvement d'atomes individuels, dans la plupart des situations, il est peu pratique et inutile d'essayer de penser la situation de cette manière, et prendre du recul pour traiter l'objet à plus grande échelle est le moyen le plus approprié pour étudier ou prévoir le mouvement de la chaleur.

Mathématiques du courant de chaleur

Parce que le courant de chaleur représente le flux d'énergie thermique au fil du temps, vous pouvez le considérer comme représentant une infime quantité d'énergie thermique, dQ (Q est la variable couramment utilisée pour représenter l'énergie calorifique), transmise sur une durée infime, dt. Utilisation de la variable H pour représenter le courant de chaleur, cela vous donne l'équation:

H = dQ / dt

Si vous avez pris le pré-calcul ou le calcul, vous pourriez vous rendre compte qu'un taux de changement comme celui-ci est un excellent exemple de moment où vous voudriez prendre une limite lorsque le temps approche de zéro. Expérimentalement, vous pouvez le faire en mesurant le changement de chaleur à des intervalles de temps de plus en plus petits.

Les expériences menées pour déterminer le courant de chaleur ont identifié la relation mathématique suivante:

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

Cela peut sembler un tableau intimidant de variables, alors décomposons-les (dont certaines ont déjà été expliquées):

• H: courant de chaleur
• dQ: petite quantité de chaleur transférée sur une période dt
• dt: peu de temps pendant lequel dQ a été transféré
• k: conductivité thermique du matériau
• UNE: surface en coupe de l'objet
• T_H - T_C: la différence de température entre les températures les plus chaudes et les plus froides du matériau
• L: la longueur sur laquelle la chaleur est transférée 

Il y a un élément de l'équation qui devrait être considéré indépendamment:

(T_H - T_C) / L

Il s'agit de la différence de température par unité de longueur, connue sous le nom de gradient de température.

Résistance thermique

En ingénierie, ils utilisent souvent le concept de résistance thermique, R, pour décrire dans quelle mesure un isolant thermique empêche la chaleur de traverser le matériau. Pour une dalle de matériau d'épaisseur L, la relation pour un matériau donné est R = L / k, résultant dans cette relation:

H = UNE(T_H - T_C) / R