12 prijenos topline
15
PRIJENOS TOPLINE Izv. prof. dr. sc. Rajka Jurdana
description
PRIJENOS ENERGIJEToplina je energija koja zbog razlike temperature prelazi iz podrucja više temperature upodrucje niže temperature. Postoje tri nacina prijenosa topline: vodenje (kondukcija), strujanje(konvekcija) i zracenje (radijacija).Ako u nekom sredstvu postoji temperaturna razlika, toplinska ce energija vodenjem prelaziti smjesta više temperature prema mjestu niže temperature. Tako se toplina prenosi kroz cvrsta tijela. Ufluidima (tekucinama i plinovima) toplina se obicno prenosi konvekcijom. Za razliku od vodenja gdjese prijenos topline ostvaruje molekularnim gibanjem, a samo sredstvo je na miru, pri prenošenjutopline konvekcijom giba se i samo sredstvo. Zato je konvekcija moguca samo u tekucinama iplinovima. Vodenje topline u fluidima dolazi do izražaja samo ako nije moguc prijenos toplinekonvekcijom.Mogli bismo navesti niz primjera prijenosa topline vodenjem i konvekcijom. Toplinska seenergija iz zagrijane sobe gubi kroz zid ili prozor i odlazi u atmosferu. Proces prijenosa topline tu sesastoji od prijenosa topline strujanjem zraka iz sobe prema zidu (konvekcja), od vodenja topline krozzid i od konvekcije topline iz zida u atmosferu. U posudi s vodom, cije dno zagrijavamo, toplina sekroz vodu prenosi gibanjem dijelova tekucine (konvekcijom). Centralno grijanje, nastanak raznihvjetrova u atmosferi, morskih struja i sl. dalje su primjeri konvekcije.Pri prijenosu topline zracenjem, termicka energija tijela pretvara se u elektromagnetskozracenje koje tijelo emitira u okolni prostor. Energija koja se zracenjem prenosi od jednog mjesta dodrugog bitno ovisi o temperaturi tijela. Svako tijelo ugrijano na neku temperaturu emitira toplinskozracenje ciji sastav i energija bitno ovise o temperaturi tijela. Jedan lijepi primjer prijenosa energijezracenjem je Sunceva energija koja na taj nacin sa Sunca dolazi na Zemljinu površinu
Transcript of 12 prijenos topline
PRIJENOS TOPLINE
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
FIZIČKE VELIČINE ZA OPIS PRIJENOSA TOPLINE
t
QTOPLINSKI TOK
Ws
J
t
QWatt
Sq
GUSTOĆA TOPLINSKOGA TOKA
2m
W
Sq
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
VOĐENJE TOPLINE ILI KONDUKCIJA
- sredstvo kao cjelina miruje, a energija se prenosi s čestice na česticu
- kondukcija se održava dok postoji razlika T
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
OPIS KONDUKCIJE
Fourierov zakon
x
T
T1
T2
T1 >T2
x
Promjena T duž ravnog vodiča
tSx
TQ
Toplina se iz područja veće u područje manje T prenosi prema zakonu:
gradijent temperature
vrijeme
površina presjeka vodičaToplinskavodljivost
- minus označava prijenos od toplijeg prema hladnijem dijelu vodiča
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
STRUJANJE TOPLINE (MIJEŠANJE ) ILI KONVEKCIJA
- fluid temperature T u gibanju
- postoji ploha čvrstog tijela temperature T1
s kojom je fluid u kontaktu i s koje vođenjem prima toplinu
)( fpc TThq Gustoća toplinskog toka
Temperatura fluida
Temperatura ploheKonvekcijskikoeficijent
Određuje se eksprimentalno, ovisi o fluidu i plohi
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
ZRAČENJE ILI RADIJACIJA
- prijenos bez(materijalnog) kontakta
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
ZRAČENJE ILI RADIJACIJA
Toplinsko ili infracrveno (IR) zračenje elektromagnetnog spektra
Valne duljine: 750 nm - 1mm
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
APSOLUTNO CRNO TIJELO
- svako tijelo zrači toplinu- energija zračenja je povezana sa stupnjem molekulskog gibanja
u
a
APSORPCIJSKI FAKTOR
u
r
REFLEKSIJSKI FAKTOR Reflektirani tok zračenja
Upadni tok zračenja
Apsorbirani tok zračenja
Upadni tok zračenja
ZAKON OČUVANJA ENERGIJE 1
APSOLUTNO CRNO TIJELO : (hipotetsko) tijelo koje apsorbira svo upadno zračenje
0,1
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
GUSTOĆA TOKA ENERGIJE ZA ZRAČENJE (RADIJACIJSKA EGZITANCIJA)
SM e
Energetski tok emitiran u poluprostor 2 steradijana
Površina ravne plohe koja emitira zračenje
Spektar zračenje krutih tijela je kontinuiran te je
M
d
dMM SPEKTRALNA GUSTOĆA TOKA ENERGIJE
0
dMM UKUPNA SPEKTRALNA GUSTOĆA TOKA ENERGIJE
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
SPEKTAR ZRAČENJA CRNOG TIJELA
ctM
nm/
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
STEFAN - BOLTZMANNOV ZAKON
ZAKONI ZRAČENJA
Stefan–Boltzmannova konstanta
4TM ct Gustoća toka zračenjacrnog tijela
SIVO TIJELO - (aproksimacija) ne upija svu energiju upadnogzračenja, a (poput crnog tijela) podjednako emitira i apsorbira sve valne duljine (ali djelomično i odbija)
EMISIVNOST cte
e
Emitirani tok zračenja sivog tijela
Emitirani tok zračenja crnog tijela
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
WIENOV ZAKON
m T = b
ctM
nm/
konstanta Wienova pomaka b = 2,898 · 10-3 K m
Wienov zakon pomaka
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
KIRCHOFFOV ZAKON
CT u toplinskoj ravnoteži:
- crno tijelo (CT) u zatvorenoj i izoliranoj posudi toplinska ravnoteža
Tok energije od CT prema stijenkama posudejednak toku energije od posude prema CT
cta
cte
4TM ct Stefan–Boltzmannov zakon
Gustoća toka energijeS
M e
4TScta
cte
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
KIRCHOFFOV ZAKON
rau
Sivo tijelo (podjednako apsorbira i emitira, ali djelomično reflektira upadno zračenje)
ae
Apsorbirani tok
u
a
ua
cte
e
Emisivnost ct
ee
cta
cte
Crno tijelo (toplinska ravnoteža)
ε =
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
TOPLINSKI OTPOR
Električni naboj q
Električna struja I
Razlika potencijala U
Električni otpor R
Toplina Q
Toplinski tok
Razlika temperatura T
Toplinski otpor
Što se prenosi
Brzina prijenosa
Uzrok prijenosa
Otpor prijenosa
- definira se analogijom s električnim otporom
T
R
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka
Jurd
ana
Šep
ić
FIZ
IKA
1
