Теоретичні відомості. Тепловіддача – один із видів теплообміну між поверхнею тіла та оточуючим середовищем.

Тепловіддача – один із видів теплообміну між поверхнею тіла та оточуючим середовищем.

Розрізняють три механізми обміну тепловою енергією між тілами та всередині тіл:

- теплопровідність (кондукція) – механізм передачі теплоти у твердому непрозорому тілі, який базується на русі вільних зарядів та коливанні вузлів кристалічної гратки;

- конвекція– передача теплоти у рідкому або газоподібному середовищі разом з рухом самого середовища;

- теплове випромінювання – механізм, що базується на випромінюванні і розповсюдженні електромагнітних хвиль так званого теплового або інфрачервоного діапазону довжин ( 0,76 – 100 мкм) і має місце як у прозорих середовищах, так і у вакуумі.

Кількісні параметри процесів теплообміну для перелічених трьох його механізмів відповідно описуються:

а) законом теплопровідності Фур’є:

q_т = - λ , (1)

де q_т – густина теплового потоку (Вт/м²); – коефіцієнт теплопровідності матеріалу тіла (Вт/К∙м); – градієнт температури.

б) законом конвективного теплообміну (закон Ньютона-Ріхтера):

q_к= , (2)

де – коефіцієнт тепловіддачі (Вт/К∙м²); – різниця між температурами поверхні твердого тіла і потоку рідини чи газу, що його омиває. При примусовому обдуванні (омиванні) тіла конвекція називається вимушеною.

в) законом Стефана-Больцмана:

q_в= R=А (3)

де – стала Стефана-Больцмана; А – коефіцієнт, який характеризує поглинальну здатність тіла з температурою Т. Для абсолютно чорного тіла А = 1. Для реальних (сірих) тіл він є меншим за одиницю.

Якщо враховувати можливість теплообміну як конвекцією, так і випромінюванням, то для повної кількості тепла, яке втрачає тіло,

q= q_к+ q_в= ( ) = , (4)

де – коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням; – сумарний коефіцієнт тепловіддачі.

У більшості практичних задач розрахунку теплообміну перелічені механізми мають місце одночасно – це так звані задачі складного теплообміну.

Часто в таких випадках для інженерних розрахунків використовують рівняння (4), де сумарний коефіцієнт тепловіддачі знаходиться експериментально. Такий підхід можна застосовувати лише у випадку невисоких температур тіл, що обмінюються теплотою, і невеликих різниць температур.

Прилади і обладнання: джерело постійного струму; амперметр; вольтметр; тонкий диск з мідним нагрівачем на поверхні; повітродувка; датчик температури; мілівольтметр, анемометр.