GRE Subject Test · GRE Physics · נושא 34
שתי שכבות קיר בסדרה מעבירות את אותו שיעור חום יציב, אך ירידות הטמפרטורה שלהן אינן חייבות להיות שוות.
תנאי קבלה: 4.
| English | עברית |
|---|---|
| thermal resistance/ˈθɜːml rɪˈzɪstəns/ | התנגדות תרמית |
| latent heat/ˈleɪtənt hiːt/ | חום סוחר |
| heat rate/hiːt reɪt/ | קצב זרימת חום |
להולכה יחיד-ממדית יציבה דרך לוח אחיד, חוק פורייה נותן זרימת חום q_x=−κ dT/dx. עם מוליכות קבועה κ, שטח A, אורך L והפרש טמפרטורות מחם לקר ΔT, שיעור החום הוא Qdot=κAΔT/L. מגדירים התנגדות תרמית R_th=L/(κA), הנמדדת ב-K/W; ירידת הטמפרטורה היא Qdot R_th. שכבות בסדרה ללא מקורות פנימיים מעבירות את אותו Qdot וההתנגדויות שלהן מתחברות. מסלולים מקבילים באותה טמפרטורת קצה יש להם שיעורי חום המתחברים, ולכן ההתנגדויות השונות מתחברות. זרימת חום היא שיעור ליחידת שטח, W/m², ואינה חייבת להתאים בין שכבות בעלות שטח שונה. התנגדות מגע בממשק ודליפת חום צריכים להיות כלולים אם מצוינים.
קיבולת חום C=dQ/dT תלויה במסלולטרמודינמי ואינה זהה לחום ספציפי c למסה. עבור חומר ללא מעבר שלב, Q=∫mc(T)dT, או mcΔT כאשר c קבוע. בקלורימטר מבודד, סכום שינויי האנרגיה של כל האובייקטים, כולל המיכל אם רלוונטי, שווה לאפס. במעבר שלב בטמפרטורת האיזון שלו, אנרגיה נוספת יכולה לשנות את שבר הפאזה ולא את הטמפרטורה: Q=mℓ משתמש בחום סמוי ℓ ב-J/kg. תחילה ספק את החום המרגיש כדי להגיע למעבר, ולאחר מכן הוצא תקציב לחום סמוי. אל תשתמש בממוצע משוקלל פשוט של טמפרטורה לחזות טמפרטורה בלתי אפשרית כאשר היתוך או הקפאה הם חלק מהתהליך.
למוט המתפשט בחופשיות ולשינוי טמפרטורה קטן, ΔL≈αL₀ΔT עם מקדם התפשטות ליניארית α. לגוף מוצק איזוטרופי עם עיוות קטן, כל מימד מקבל גורם 1+αΔT, כך שהיחסים הם ΔA/A≈2αΔT ו-ΔV/V≈3αΔT. חור מתפשט עם החומר הסביבתי כאילו האזור החסר בו התפשט גם כן. יחסים אלו מניחים מקדם כמעט קבוע וללא הגבלה מכנית; גבישים אניסטרופיים דורשים מקדמים כיווניים. אם מוט אלסטי נמנע משינוי ארוכו, העיוות המכני מבטל את העיוות התרמי. עם מתיחה חיובית, σ≈−YαΔT במהלך חימום, כאשר Y הוא מודול יאנג. הערכת עיוות קטן זו דורשת תגובה אלסטית ללא הכנסה או קריעה.
הולכה מעבירה אנרגיה דרך גרדינט טמפרטורה, קונבקציה מובילה אותה עם חומר זז, וקרינה תרמית יכולה לעבור בוואקום. לפנימשטח בטמפרטורה T מול סביבה גדולה בטמפרטורה T_env, דגם פשוט של גוף אפור נותן קצב רדיאטיבי נקי εσ_SB A(T⁴−T_env⁴). השתמש בקלविנים מוחלים בהערכות הרביעיות הללו, ולא בערכי Celsius. גוף תכלולי (lumped body) שהטמפרטורה הפנימית שלו נשארת קרובה לאחידה יכול לעמוד ב-C dT/dt=−hA(T−T_env) תחת קירור נייטון עם h קבוע. אז עודף הטמפרטורה דועה עם τ=C/(hA), ולא כל הטמפרטורה (Celsius או קלविנים) דועה לאפס. קירוב זה דורש גרדינטים פנימיים קטנים מספיק; גוף מוגבל על ידי הולכה זקוק לדגם טמפרטורה מרחבי.
שני לוחות בסדרה מעבירים את אותו שיעור חום יציב. יהיו ההתנגדויות 0.08 ו-0.24 K/W. טמפרטורות הגבול הן 60 ו-20 מעלות צלזיוס.
*אותו זרם חום חוצה את שני הלוחות; הלוח עם התנגדות תרמית גבוהה יותר נושא את הירידה הגדולה יותר
שמור על W נפרד מ-W/m², כלול את הקלורימטר או האנרגיה הסתירה כשצריך, ואין להשתמש באורך הרחבה חופשית יחד עם הנחות עומס מוגבל.
התנגדות תרמית: הפרש טמפרטורות ליחידת שיעור העברת חום יציב, נמדדת ב-K/W.
חום סמוי: אנרגיה המועברת במהלך מעבר שלב בטמפרטורת המעבר; חום סמוי ספציפי הוא ליחידת מסה.
לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.
טוען נושאים…