The toplotni tok je hitrost prenosa toplote skozi čas. Ker gre za čas toplotne energije, SI enota toplotnega toka je joule na sekundoali W (W).
Toplota skozi materialne predmete teče skozi prevodnost, pri čemer segreti delci oddajo svojo energijo sosednjim delcem. Znanstveniki so preučevali pretok toplote skozi materiale precej prej, preden so sploh vedeli, da so materiali sestavljeni iz atomov, toplotni tok pa je eden od konceptov, ki je bil v tem pogledu koristen. Tudi danes, čeprav se razumemo prenos toplote biti povezan z gibanjem posameznih atomov, v večini primerov je nepraktično in nekoristno poskušati razmišljati o situaciji na ta način je najustreznejši način za preučevanje ali napovedovanje gibanja toplota.
Matematika toplotnega toka
Ker toplotni tok predstavlja pretok toplotna energija sčasoma si lahko omislite, da predstavlja majhno količino toplotne energije, dQ (V je spremenljivka, ki se običajno uporablja za predstavljanje toplotne energije), ki se prenaša v majhnem času, dt. Uporaba spremenljivke H da predstavljate toplotni tok, vam daje enačbo:
H = dQ / dt
Če ste vzeli predhodno računanje oz računanje, se lahko zavedate, da je takšna sprememba primera primeren primer, ko bi želeli omejiti čas, ko se čas približa ničli. Eksperimentalno lahko to storite z merjenjem spremembe toplote v manjših in manjših časovnih intervalih.
Poskusi, ki so izvedeni za določitev toplotnega toka, so ugotovili naslednje matematično razmerje:
H = dQ / dt = kA (TH - TC) / L
To se morda zdi zastrašujoč niz spremenljivk, zato razčlenimo te (nekatere od njih smo že pojasnili):
- H: toplotni tok
- dQ: majhna količina toplote, ki se skozi čas prenese dt
- dt: majhen čas, v katerem dQ je bilo preneseno
- k: toplotna prevodnost materiala
- A: površina preseka predmeta
- TH - TC: temperaturna razlika med najtoplejšimi in najbolj hladnimi temperaturami v materialu
- L: dolžina, čez katero se prenaša toplota
Eden element enačbe je treba obravnavati neodvisno:
(TH - TC) / L
To je temperaturna razlika na enoto dolžine, znana kot temperaturni gradient.
Toplotna upornost
V inženirstvu pogosto uporabljajo koncept toplotne odpornosti oz. R, opisati, kako dobro toplotni izolator preprečuje prehajanje toplote po materialu. Za ploščo iz materiala debeline L, razmerje za dani material je R = L / k, zaradi česar nastane to razmerje:
H = A(TH - TC) / R