热流是热量随时间传递的速率。因为它是热能随时间变化的速率,所以热流的国际单位制是焦耳每秒,或瓦特(W)。
热量通过传导流经物质对象,加热的粒子将其能量传递给相邻的粒子。科学家们在知道材料是由原子组成之前就已经研究了材料中的热流,而热流是在这方面很有帮助的概念之一。即使在今天,尽管我们理解热传递与单个原子的运动有关,但在大多数情况下,试图以这种方式考虑这种情况是不切实际的,也是无济于事的。退一步,在更大范围内处理物体,是研究或预测热运动的最合适方式。
因为热流表示热能随时间的流动,所以可以将其视为表示在一小段时间内传输的一小段热能dQ(Q是通常用于表示热能的变量),dt。使用变量H表示热流,可得出以下方程式:
H = dQ / dt
如果你学过微积分或微积分,你可能会意识到,像这样的变化率是一个很好的例子,当时间接近零时,你会想要一个极限。在实验上,你可以通过测量越来越小的时间间隔内的热量变化来做到这一点。
为确定热流而进行的实验确定了以下数学关系:
H = dQ / dt = kA (TH - TC) / L
这似乎是一个令人生畏的变量数组,因此让我们将其分解(其中一些已经解释过):
方程中有一个元素应该单独考虑:
(TH - TC) / L
这是单位长度的温差,称为温度梯度。
在工程中,他们经常使用热阻R的概念来描述隔热材料如何有效地防止热量在材料上传递。对于厚度为L的材料板,给定材料的关系为R=L/k,由此产生此关系:
H = A(TH - TC) / R
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