Prijenos topline. Copyright 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.

Transcription

1 Prijenos topline

2 konvekcija kondukcija radijacija termik kiler luminoznost Najčešći kvar perilice rublja Zašto pregori grijač perilice? Copyright 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.

3 13.1 Strujanje STRUJANJE (konvekcija) Strujanje je proces u kojem se toplina s jednog mjesta na drugo prenosi gibanjem dijelova fluida (zbog razlike gustoća toplijih i hladnijih dijelova). konvekcijske struje konvekcija = prijenos topline strujanjem čestica fluida

4 13.1 Strujanje Konceptualni primjer 1 Radijatorske cijevi i hladnjaci Radijatorske cijevi s vrućom vodom postavljene su na zid blizu poda. Rashladna jedinica hladnjaka postavljena je pri vrhu hladnjaka. Svaki od tih položaja odabran je tako da najviše pogoduje razvoju konvekcijskih struja. Objasnite. konvekcijske struje rashladna jedinica radijatorska cijev

5 13.1 Strujanje Piloti jedrilica koriste termike za uspinjanje. hladnije tlo toplije tlo hladnije tlo termik = stup uzlaznog strujanja zraka

6 13.1 Strujanje Prisilno strujanje cilindri vruća tekućina pumpa ventilator hladna tekućina kiler = hladnjak automobila (njem. Kühler, engl. chiller)

7 13.2 Vođenje VOĐENJE (kondukcija) Vođenje je proces u kojem se toplina s jednog mjesta na drugo prenosi kroz materijal, ali bez gibanja (makroskopskih) dijelova materijala. Jedan od mehanizama vođenja temelji se na titranju atoma ili molekula. Čestice u toplijem dijelu titraju intenzivnije nego čestice u hladnijem dijelu. Objašnjeno međusobnim sudarima: molekule s većim energijama predaju dio svoje energije susjednim molekulama s manje energije. Materijale koji dobro vode toplinu nazivamo toplinskim vodičima, a one koji slabo vode toplinu toplinskim izolatorima. kondukcija = prijenos topline kroz medij bez transporta mase

8 13.2 Vođenje poprečni presjek A toplije tijelo hladnije tijelo toplinski tok Iznos topline Q koji se vođenjem prenese kroz šipku ovisi o nekoliko faktora: 1. trajanju vođenja 2. razlici temperatura krajeva šipke 3. poprečnom presjeku šipke 4. duljini šipke

9 13.2 Vođenje VOĐENJE TOPLINE KROZ MATERIJAL Toplina Q prenesena vođenjem za vrijeme t kroz šipku duljine L poprečnog presjeka A je k AΔT t Q= L toplinska vodljivost Jedinica SI toplinske vodljivosti: J/(s m Co) poprečni presjek A toplije tijelo toplinski tok hladnije tijelo

10 13.2 Vođenje

11 13.2 Vođenje zarobljeni zračni mjehurići Šupljikavi materijali obično su izvrsni toplinski izolatori. sićušne konvekcijske struje

12 13.2 Vođenje Primjer 4 Slojevita toplinska izolacija Jedan je zid kuće pokriven šperpločom. Toplinske vodljivosti zida i šperploče su, redom, 0,030 and 0,080 J/(s m Co), a površina zida je 35 m2. Kolika se toplina izgubi kroz taj zid u jednome satu? šperploča (0,019 m) temperatura međusloja T zid (0,076 m) unutrašnjost (25,0 oc) toplina vanjski dio (4,0 oc)

13 13.2 Vođenje šperploča (0,019 m) Q = Qzid = Q šperploča temperatura međusloja T zid (0,076 m) Q = Q1 = Q2 Najprije treba naći temperaturu međusloja. k 1 A (t 1 2) t k 2 A(t t 2) t = L1 L2 unutrašnjost (25,0 oc) toplina vanjski dio (4,0 oc) 0,030 J /( s m o C) A (25o C T ) t 0,080 J /( s mo C) A (T 4 o C)t = 0,076 m 0,019 m T = 5,8 o C

14 13.2 Vođenje izo-staklo temperatura međusloja T šperploča (0,019 m) zid (0,076 m) termo-fasada unutrašnjost (25,0 oc) vanjski dio (4,0 oc) toplina o 2 o o 0,030 J /(s m C)35 m (25 C 5,8 C)60 60 s 5 Q= = 9,5 10 J 0,076 m

15 13.2 Vođenje cjevasti prostor kroz koji teče rashladna tekućina Konceptualni primjer 5 Zaleđeni hladnjak metalna ploča Toplina se u hladnjaku odvodi hladnom rashladnom tekućinom koja cirkulira kroz cjevasti prostor u metalnoj ploči. Bi li ploča trebala biti aluminijska ili čelična? Hoće li sustav bolje ili lošije raditi kad je prekriven slojem leda? rashladna tekućina toplina toplina metal led

16 Najčešći kvar perilice rublja Zašto pregori grijač perilice? Najčešći kvar perilice rublja Zašto pregori grijač perilice? Copyright 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.

17 13.3 Zračenje ZRAČENJE (radijacija) Zračenje je proces u kojem se toplina (openito, energija) s jednog mjesta na drugo prenosi elektromagnetskim valovima. Materijal koji je dobar apsorber ujedno je i dobar emiter. Materijal koji potpuno apsorbira zračenje nazivamo savršenim crnim tijelom. temperatura raste brzo temperatura raste sporo blok pokriven čađom posrebren blok radijacija = prijenos topline kroz prostor elektromagnetskim valovima

18 13.3 Zračenje Stupanj emisije e je bezdimjenzijski broj između nula i jedan. To je omjer energije koju tijelo emitira i energije koju bi tijelo emitiralo da je savršeni emiter. STEFAN-BOLTZMANNOV ZAKON ZRAČENJA Energija Q koju tijelo - temperature T, površine A i stupnja emisije e emitira za vrijeme t dana je izrazom 4 Q = e σt At Stefan-Boltzmannova konstanta σ = 5,67 10 J s m K 4 L= Q = e σt4 A t luminoznost = snaga zračenja svemirskoga izvora

19 13.3 Zračenje Primjer 6 Zvijezda superdiv Superdivovska zvijezda Betelgeuse ima površinsku temperaturu oko 2900 K, a snaga kojom zrači je oko W. Odredite polumjer te zvijezde uz pretpostavku da je kugla i savršeni emiter. 4 Q = eσt At 2 4r π

20 13.3 Zračenje Q P= t e=1 4 2 P = σ T 4 r π P r = 4 4 πσt 2 1 P r= 2 T 4 πσ W 11 r= = 3 10 m (2900 K) 4 π 5,67 10 J s m K

21 13.4 Primjene TERMOSICA Prijenos topline (vođenjem, strujanjem i zračenjem) sveden je na minimum. čep brtva posrebrene stijenke vruća ili hladna tekućina brtva staklo

22 13.4 Primjene Halogensko kuhalo emitira elektromagnetsku energiju koja prolazi kroz keramički poklopac i apsorbira se izravno u dnu vrča. keramički poklopac halogenska lampa

23 PITANJA ZA PONAVLJANJE 1. Strujanje (konvekcija) 2. Vođenje (kondukcija) 3. Vođenje topline kroz materijal 4. Toplinski izolator 5. Zračenje (radijacija) 6. Stefan-Boltzmannov zakon 7. Savršeno crno tijelo 8. Zaleđeni hladnjak i iglu 9. Termosica 10. Izo-staklo i termo-fasada PITANJA ZA PONAVLJANJE