toplinska struja je brzina kojom se toplina prenosi tijekom vremena. Zbog brzine toplinske energije tijekom vremena SI jedinica toplinske struje je joule u sekundiili W (W).
Toplina teče kroz materijalne predmete kroz kondukcija, pri čemu grijane čestice prenose svoju energiju na susjedne čestice. Znanstvenici su proučavali protok topline kroz materijale mnogo prije nego što su uopće znali da su materijali sastavljeni od atoma, a toplinska struja je jedan od koncepata koji su od pomoći u tom pogledu. I danas, iako se razumijemo prijenos topline biti povezani s kretanjem pojedinih atoma, u većini je situacija nepraktično i beskorisno pokušavati razmišljati o situaciji na taj je način najprikladniji način proučavanja ili predviđanja kretanja kretanja unatrag da se predmet tretira na većoj skali. toplina.
Matematika toplinske struje
Jer toplinska struja predstavlja protok toplinska energija s vremenom možete razmišljati o tome kao o maloj količini toplinske energije, dQ (P je varijabla koja se obično koristi za predstavljanje toplinske energije) koja se prenosi tijekom malog vremena,
dt. Pomoću varijable H da predstavlja toplinsku struju, to vam daje jednadžbu:H = dQ / dt
Ako ste uzeli pretkaz ili račun, mogli biste shvatiti da je takva promjena poput sjajnog primjera kada biste htjeli uzeti ograničenje kako se vrijeme približava nuli. Eksperimentalno, to možete učiniti mjerenjem promjene topline u manjim i manjim vremenskim intervalima.
Eksperimenti provedeni za utvrđivanje toplinske struje identificirali su sljedeći matematički odnos:
H = dQ / dt = kA (TH - TC) / L
To se može činiti kao zastrašujući niz varijabli, pa razmotrimo one (od kojih su neke već objašnjene):
- H: toplinska struja
- dQ: mala količina topline koja se prenosi tijekom vremena dt
- dt: mala količina vremena tijekom koje dQ je prebačen
- k: toplinska vodljivost materijala
- : površina presjeka objekta
- TH - TC: temperaturna razlika između najtoplijih i najhladnijih temperatura u materijalu
- L: dužina preko koje se prenosi toplina
Postoji jedan element jednadžbe koji treba razmotriti neovisno:
(TH - TC) / L
Ovo je temperaturna razlika po jedinici duljine, poznata i kao temperaturni gradijent.
Toplinski otpor
U inženjerstvu često koriste pojam toplinskog otpora, R, kako bi opisao koliko toplinski izolator sprečava prijelaz topline preko materijala. Za ploču od materijala debljine L, odnos je za određeni materijal R = L / kšto rezultira ovom vezom:
H = (TH - TC) / R