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熱伝導性と熱伝達は、材料を熱がどのように動くかを説明する物理と工学の基本的な概念です。これらの原則を理解することは、設計の構築から電子の冷却に至るまで、さまざまな用途に不可欠です。この記事は熱伝導の根本的な側面に掘り起こし、熱伝達の計算に洞察を提供します。
熱伝導率とは?
熱伝導は、物質が熱を伝導させる方法を示す材料プロパティです。温度勾配を与えたユニット領域の材料のユニット厚さを介して熱が転送される速度として定義されます。熱伝導率が高いほど、材料は熱伝導性が向上します。
要因 熱伝導性に影響を与える
- 材質構成:熱伝導能力が異なる材料
- 温度:熱伝導性は温度と変わることができます。
- 密度: デンザー材料は頻繁により高い熱伝導性を持っています。
- 湿気の内容:湿気の存在は熱特性を変えることができます。
熱伝達のタイプ
導電、対流、放射線の3つの主要なメカニズムによって熱伝達が起こります。各方法は、異なる特性とアプリケーションを持っています。
アクション
Conduction]は、材料自体の運動なしで固体材料を介して熱の転送です。材料内の温度勾配があり、熱が熱電領域からクーラー領域に流れ込むことを引き起こした場合に発生します。 伝導による熱伝達率は、Fourierの法を使用して計算することができます。
アクション
Convection]は、液体やガスの動きによって熱の転送を含みます。 それは自然にすることができます(従量力にデュー)または強制的に(ファンやポンプを使用して)。 対流による熱伝達率は、ニュートンの冷却法を使用して計算することができます。
放射線放射線
放射]は、電磁波の形で熱の転送です。伝導と対流とは異なり、放射線は熱を転送するために媒体を必要としません。 幹線 - ボルツマン法は、放射線による熱伝達率を計算するために使用されています。
熱伝達の計算
熱伝達を計算するには、関与する材料の特定の条件と特性を理解することが含まれます。 以下は、熱伝達計算で使用されるいくつかの基本的な式です。
フーリエの指揮法
フーリエの法則は、材料を介して熱伝達率(Q)が温度と面積(A)の負の勾配に比例していると述べています。
- Q = -kA(dT/dx)
所在地:
- ]Q = 熱伝達率(W) ] [
- k = 熱伝導率(W/m・K)[ ] [
- ]A =領域(m2)
- ]] [[FLT/dT/dx =温度勾配(K/m·K:8] [FLT] [[FLT: ]]
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ニュートンの冷却法
ニュートンの冷却法は、対流による熱伝達率を記述します。
- Q = hA(Ts - Tf)
所在地: [
- ]Q = 熱伝達率(W) ]
- h = 対流熱伝達係数(W/m2・K) [
- ]A = 面積(m2) ]]
- ]Ts = 表面温度(K) LT[FLT:
]] [[FLT:[FLT:[FLT]]] [[FLT:[FLT:[F]]]]][FLT:[[FLT]][[[[[[[FLT]]]][[FLT:[[[[[[[[FLT]]]]]]][[[FLT]]]][[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[FLT]]]]]]]]]]]]
- Q = εσA(T4 - Ts4) の
- ]Q = 熱伝達率(W)[ ]]
- ε = 表面の放射率 ] [
- ]] = ステファン・ボルツマン定数((5.67 x 10−8 W/m2・K4)
- [[FLT:A = ]]]]
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熱伝導性および熱伝達の適用
熱伝導性および熱伝達の計算の原則はさまざまな分野で、下記のものを含んでいる適用されます:
- 建築・建設:断熱材は、熱伝導性に基づいて選定され、エネルギー効率を高めます。
- 電子機器:ヒートシンクと冷却システムは、電子機器の熱を管理するように設計されています。
- 大気: 宇宙船の再エンタリングのために熱保護システムは重要である。
- 製造:溶接や鋳造などの加工は、精密な熱伝達計算が必要です。
コンテンツ
熱伝導性および熱伝達の計算を理解することは、さまざまな分野にわたって働くエンジニアおよび科学者にとって不可欠です。 議論された原則を適用することによって、専門家は効率的に熱を管理し、実用的な適用の安全そして性能を保障するシステムを設計できます。
シュファン・ボルツマン法律事務所
シュファン・ボルツマン法は、放射線による熱伝達率を計算するために用いられます。
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