انتقال حرارت

انتقال حرارت هدایتی

انتقال حرارت

تعداد بازدید: 27542
کد مطلب: 3689
تاریخ انتشار: 10:18 16 فروردين 1391
تاریخ آخرین ویرایش : 16:07 10 دي 1391
 
 

انتقال حرارت هدایتی در اثر تماس فیزیکی جسم سرد با جسم گرم تر رخ می دهد. به عنوان مثال در پخت غذا که حرارت از طریق تماس مستقیم ماده ی غذایی با ظرف داغ به آن منتقل می شود، اتقال حرارت هدایتی رخ می دهد. در اشل میکروسکوپی، انتقال حرارت به یک جسم، باعث افزایش دامنه ی ارتعاش مولکول ها و اتم های آن می شود. انتقال حرارت هدایتی نیز در اثر ارتعاش اتم ها و مولکول های پر انرژی تر و برخورد آنها با اتم ها و مولکول های کم انرژی تر و در نتیجه انتقال بخشی از انرژی به آنها، رخ می دهد. این نوع انتقال حرارت بیشتر درون اجسان صلب یا بین اجسام صلبی که با هم در تماس هستند رخ داده و کمتر در مورد سیالات (به خصوص گازها) اتفاق می افتد. هدایت در سیالات از طریق برخورد و نفوذ مولکولهای پرانرژی تر در بین مولکول های کم انرژی تر رخ می دهد. اما در جامدات،  به صورت ترکیبی از لرزش مولکولها و انتقال الکترون های آزاد بین آنها رخ می دهد. در شروع هدایت، از آنجا که گرادیان دمایی قابل توجه می باشد، لذا دمای جسم به صورت تابعی از زمان تغیر می کند. به این بخش از هدایت، هدایت گذرا می گویند. اما با گذشت زمان، گرادیان دمایی درون جسم ثابت شده و متغیر نمی باشد. به عبارت دیگر سیستم به حالت تعادل می رسد. در حالت تعادل، انرژی حرارتی خروجی از یک سطح مقطع، دقیقاً برابر با انرژی ورودی به آن می باشد. به این بخش از هدایت، هدایت پایا می گویند.



قابل ذکر است مطالعه و تحلیل هدایت گذرا از پیچیدگی زیادی برخوردار بوده و اغلب نیازمند روش های عددی یا تئوری های تقریب زنی است.

 

اگر ثابت این تناسب را K در نظر بگیریم (که به جنس دیواره بستگی دارد)، خواهیم داشت:

 

 

که به این معادله، معادله ی انتقال حرارت فوریه می گویند. در این رابطه، K نرخ انتقال حرارت در راستای x و dT/dx گرادیان دمایی در همان راستا می باشد.

اگر فرم سه بعدی این معادله را در نظر بگیریم به صورت زیر بیان می شود: