Przewodzenie i transport ciepła

W modelu przewodzenia przez płaską warstwę porównujemy dwa stany ustalone. Jednocześnie podwojono pole powierzchni i grubość. Materiał oraz różnica temperatur powierzchni pozostały takie same. Jak zmieni się moc? A co, gdy podwojono tylko grubość?

Dalsze części: b) Jak należy zmienić grubość, aby przy trzykrotnie większym polu i dwukrotnie większej różnicy temperatur zachować moc? c) Dlaczego nie wolno zastąpić λ ciepłem właściwym materiału?

Warstwa o λ=0,040 W/(m·K) i powierzchni 12 m² ma przewodzić najwyżej 60 W przy różnicy temperatur powierzchni 25 K. Wyznacz minimalną grubość w jednowymiarowym modelu stanu ustalonego. Nie uwzględniaj konwekcji, promieniowania ani mostków.

Dalsze części: b) Sprawdź moc dla d = 0,15 m i d = 0,25 m. c) Jak zmieniłaby się minimalna grubość przy tej samej granicy 60 W, gdyby pole wynosiło 6 m²?

Dwie warstwy o polu 1 m² stykają się bez dodatkowego oporu. Pierwsza, od strony 30°C, ma d₁=0,05 m i λ₁=0,05 W/(m·K). Druga, od strony 0°C, ma d₂=0,10 m i λ₂=0,20 W/(m·K). W stanie ustalonym oblicz moc i temperaturę styku.

Dalsze części: b) Zamień kolejność warstw przy tych samych temperaturach granicznych. Czy zmieni się moc i jaka będzie nowa temperatura styku? c) Naszkicuj oba liniowe profile temperatury.

Płaska warstwa ma λ=0,040 W/(m·K), A=10 m² i d=0,10 m. Temperatury jej powierzchni różnią się stale o 20 K. W stanie ustalonym oblicz moc przewodzenia i energię przepływającą w ciągu 2 godzin. Pomijamy inne mechanizmy i opory kontaktu.

Dalsze części: b) Jak zmienią się moc i energia w tym samym czasie po zwiększeniu grubości do 0,20 m, przy tych samych pozostałych danych? c) Wyznacz opór cieplny obu warstw rozpatrywanych osobno.

W przezroczystym naczyniu obserwujemy unoszenie się cieplejszej zabarwionej wody. Czym ten sposób transportu różni się od przewodzenia w nieruchomym metalowym pręcie?

Dalsze części: b) Czy samo rozmywanie barwnika w nieruchomej wodzie dowodzi konwekcji? c) Jak rozróżnić przepływ porcji cieczy od przewodzenia w pręcie?

Kropla barwnika powoli rozprzestrzenia się w spokojnej wodzie. Jak odróżnić możliwy udział dyfuzji od konwekcji?

Dalsze części: b) Zaproponuj zmianę warunków ograniczającą konwekcję. c) Czy wyraźna barwna struga unosząca się w jednym kierunku wystarczy do uznania obrazu za samą dyfuzję?

Metal i drewno leżą długo w pokoju o temperaturze 20°C. Metal wydaje się chłodniejszy w dotyku. Czy z tego wynika niższa temperatura metalu?

Dalsze części: b) Jak sprawdzić temperatury obu przedmiotów bez opierania się wyłącznie na dotyku? c) Czy większy kawałek metalu o tej samej temperaturze musi mieć taką samą energię wewnętrzną jak mniejszy?