Identifikátor materiálu: ICT 2 54

Transkript

1 Identifikátor ateriálu: ICT 2 54 Registrační číslo projektu Název projektu Název příjece podpory název ateriálu (DUM) Anotace Autor Jazyk Očekávaný výstup Klíčová slova Druh učebního ateriálu Druh interaktivity Cílová skupina Stupeň a typ vzdělávání Typická věková skupina Celková velikost; název souboru CZ.1.07/1.5.00/ Vzděláváe pro život SOU plynárenské Pardubice Mechanika - Teroechanika Sdílení tepla Sdílení tepla Ing. Jan BRANDA Čeština Žák si osvojí teorii sdílení tepla sdílení tepla, vedení, proudění, sálání Pracovní list, cvičení Aktivita Žák střední vzdělání s výuční liste / střední vzdělání s aturitní zkouškou od 15 do 26 let / 1.; 2.; 3.; 4. ročník do 500 kb; ICT-2-53.doc Praeny a literatura: MIČKAL, Karel. Technická echanika II: pro střední odborná učiliště. Vyd. 3., nez. Praha: Inforatoriu, 1998c1990, 118 s. ISBN MIČKAL, Karel. Sbírka úloh z technické echaniky pro střední odborná učiliště a střední odborné školy: pro střední odborná učiliště a střední odborné školy. 5. nezěn. vyd. Praha: Inforatoriu, 1998, 265 s. ISBN X. Studijní ateriál: Mechanika III (2.díl, Teroechanika tekutin), M.H. 2004, SPŠ Uherské Hradiště. Dílo sí být dále šířeno pod licencí CC BY-SA ( Materiály jsou určeny pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízení. Jakékoliv další využití podléhá autorskéu zákonu. Všechna neocitovaná autorská díla jsou díle autora. Všechny neocitované kliparty jsou součástí prostředků výukového sw MS Word. ICT-2-54 Teroechanika Sdílení tepla 1

2 Teroechanika Sdílení tepla základní pojy Sdílení tepla: Přenos tepla (konvekce, kondukce, sálání). Teplo přechází vždy z látky s vyšší teplotou na látku s nižší teplotou (druhá věta terodynaiky). V úlohách ze sdílení tepla se určuje teplotní pole a tepelné toky. Teplotní pole: je prostor, v jehož každé ístě je definována zcela určitá terodynaická teplota. Rozeznáváe: Teplotní pole nestacionární kdy v dané ístě prostoru se teplota ění v čase. Teplotní pole stacionární kdy v dané ístě prostoru se teplota neění v čase. Tepelný tok: (také tepelný výkon) je nožství tepla, které prochází danou plochou za jednotku času. d 1 = [ J. s = W d podíl zěny tepla [J a zěny času [s. Hustota tepelného toku: popisuje tepelný tok, který projde plochou jednotkové velikosti, stojící kolo k jeho sěru. ICT-2-54 Teroechanika Sdílení tepla 2

3 d q = [ W. ds podíl zěny tepelného výkonu [W a zěny plochy S [ 2. Vedení tepla (tzv. kondukce) Vedení tepla se děje jen ezi bezprostředně spolu sousedícíi částicei (a to v pevných, kapalných i plynných látkách) λ [W. -1.K -1 součinitel tepelné vodivosti, je funkcí druhu látky a teploty) q λ = ( ts 1 ts2) [ W. l Proudění tepla (tzv. konvekce), přestup tepla Uskutečňuje se v tekutinách (kapalinách a plynech) v důsledku jejich pohybu. ICT-2-54 Teroechanika Sdílení tepla 3

4 q q = α ( t ts ) [ W. chlazení tekutiny = α ( t s t ) [ W. ohřev tekutiny α [W. -2.K -1 součinitel přestupu tepla (závisí na rychlosti tekutiny a jejích fyzikálních vlastnostech, na tvaru a sěru obtékání povrchu. t t S teplota tekutiny teplota stěny Záření tepla (tzv. sálání) Při sdílení tepla sálání je tepelná energie z jednoho tělesa vyzařována (eitována) a druhý tělese je pohlcována (absorbována). Přenos tepla se uskutečňuje prostřednictví elektroagnetického záření (vlnění), které vzniká v důsledku tepleného stavu tělesa. Nejsou potřeba zprostředkující částice. Znázorněni elektroagnetického spektra ICT-2-54 Teroechanika Sdílení tepla 4

5 Pro záření byla odvozena řada zákonů. (pozn.: Tyto zákony vyústily v kvantovou fyziku). Při dopadu celkového tepelného toku na povrch je tělese část energie pohlcena (absorbce) A, část se od povrchu odrazí (reflexe) R a část tělese projde (diaterita) D. Toto lze ateaticky vyjádřit: = A + R + D Po vydělení výrazu = A + R + D celkový tepelný toke, dostanee: = A + R + D =1 kde poěrná tepelná pohltivost je A = ε, poěrná tepelná odrazivost je D = D R = R, poěrná tepelná průteplivost je. Pro tuhá tělesa je D = 0, pak A + R = 1. Těleso s D = 0 a R = 0 á ε = 1 = ε 0 a pohltí celou dopadající energii a nazývá absolutně černé těleso. U skutečných těles je poěrná pohltivost ε enší než 1, a takové těleso nazýváe šedý tělese. Poje: Absolutně černé těleso - AČT (vytvořený poje) absorbuje (pohlcuje) všechno záření a současně je při dané teplotě nejlepší zářič. Ostatní tělesa (skutečná) se nazývají šedá. Sdělený tepelný tok vztažený na plochu se nazývá sálavost tělesa. q = [ W. S. ICT-2-54 Teroechanika Sdílení tepla 5

6 Sálavost dokonale černého nebo šedého tělesa vyjadřuje Stefanův - Boltzannův zákon, který zní: Intenzita záření tělesa je přío úěrná čtvrté ocnině teploty povrchu tělesa. T q = C [ W Množství tepla t, které vyzáří těleso s povrche S 1 a teplotou T 1 do okolí s teplotou T 2 za čas, se zjistí ze vztahu: t = C. S 1. [( T 1 /100) 4 - ( T 2 /100) 4. [J kde C součinitel sálání [W. -2.K -4 C ε. C č = ε. 5,7 C č součinitel sálání pro AČT (C č = 5,7 [W. -2.K -4 ) ε - součinitel poěrné tepelné pohltivosti; je vždy enší než 1 Platí pro vztah S 1 «S 2 (plocha sálajícího tělesa je nohe enší než plocha okolí). ICT-2-54 Teroechanika Sdílení tepla 6

7 Tabulka Součinitelé sálání a poěrné tepelné pohltivosti Materiál / povrch Eisivita e Technické povrchy Absolutně černé těleso 1 Ušlechtilý kov, vysokého lesku 0,02 až 0,05 Neušlechtilý kov, vysokého lesku 0,025 až 0,07 Hliník 0,05 Nikl Leštěný 0,05 Chro 0,07 Kovy Ocel Měď Čistě leptaná 0,06 Pocínovaná, leštěná 0,06 Surová, válcovaná s okujei 0,75 až 0,80 Pocínovaná 0,25 Tažená, lesklá 0,03 Oxidovaná 0,76 Mosaz Leštěná 0,05 Hlinikový bronz 0,35 až 0,45 Povrchové úpravy Eailový lak Bílá 0,86 až 0,97 Olejová barva 0,9 až 0,98 Lak Černý lesklý 0,89 Obecně 0,86 až 0,97 Lak na otopná tělesa Jakékoli barvy 0,92 až 0,94 Obkladačky Bílé 0,88 Šaot 0,6 až 0,72 Oítka 0,92 až 0,95 Papír 0,89 Tapety 0,89 Ostatní povrchy Lidská kůže 0,83 Saze 0,83 Hliníkové nátěry 0,35 Nátěry topných těles (na barvě nezáleží) 0,925 Voda, led, sklo 0,94 Oítka 0,95 Dřevo, papír 0,90 Beton 0,91 ICT-2-54 Teroechanika Sdílení tepla 7