И понятие о тепловых сопротивлениях

Электрическая аналогия тепловых процессов

Графики изменения нагрузки и перегревов проводника

Однородное тело, которое мы рассматривали в § 2.1,имеет два тепловых свойства - при поступлении в него энергии оно, во-первых, накапливает энергию в себе, повышая свою температуру, а во-вторых – отдает часть

полученной энергии в охлаждающую среду. Нет ли сочетания аналогичных свойств у электрических аппаратов, частей электрической цепи?

Что накапливает энергию в электрической цепи и за счет этого повышает свой (присущий ему) энергетический показатель? Это – электроемкость. Она получает электрический заряд q и вследствие этого повышает разность потенциалов на своих обкладках Dj. Как известно, потенциал – энергетический показатель электрической цепи. Размерность электрической емкости

[ C ] = Кулон/Вольт = Фарада.

Этому параметру полностью идентичен тепловой параметр – теплоемкость C, размерность которой

[ C ] = Джоуль/градус,

причем градус (точнее – температура) - именно присущий процессу нагрева энергетический показатель.

По участку электрической цепи протекает электрический ток I, вызываемый разностью потенциалов j₂ - j₁ и ограничиваемый величиной электрического сопротивления R.

Но и при нагреве однородного тела можно найти процесс, в той или иной степени аналогичный электрическому току. Это – процесс отдачи тепла от тела к охлаждающей среде с коэффициентом теплоотдачи A, то

есть тепловой поток, вызываемый разностью температур

тела J_т и охлаждающей среды J_ос.

Электрическое сопротивление R находится в знаменателе закона Ома, и с ростом сопротивления ток уменьшается. Коэффициент теплоотдачи A является сомножителем во втором слагаемом выражения (2-6), то есть в рассматриваемой аналогии A является тепловой проводимостью.

По аналогии с выражением Закона Ома для элект-рической цепи

j₂ - j₁

I = ------------ (2-22)

R

можно написать такое же выражение и для тепловых цепей

J₂ - J₁

Q = ------------ = (J₂ - J₁) A, (2-23)

R_т

где Q - тепловой поток в Ваттах, а J₂, J₁ - температуры в градусах начала и конца участка тепловой цепи, т. е. тела

(J₂=J_т) и охлаждающей среды (J₁=J_ос);

R_т - тепловое сопротивление участка цепи между точ-ками 1 и 2, градус/Ватт.

В случае однородной плоской стенки тепловой поток через единицу поверхности этой стенки определяется законом Фурье – основным законом теплопроводности

q = (J₂ - J₁)l/d = DJ l/d, (2-24)

где DJ -разность температур на поверхностях стенки;

d -толщина стенки;

l -коэффициент теплопроводности, Вт/(м град).

Если перейти к тепловому потоку через какое-то сечение S

Q = q S = S DJ l/d = DJ/R_т, (2-25)

где R_т -тепловое сопротивление стенки, то есть участка тепловой цепи длиной d и сечением S

d

R_т = ----------. (2-26)

Дата добавления: 2014-12-26