Cálculo de corriente de calor

los corriente de calor es la velocidad a la que el calor se transfiere con el tiempo. Debido a que es una tasa de energía térmica a lo largo del tiempo, la unidad SI de corriente de calor es julio por segundo, o vatios (W).

El calor fluye a través de objetos materiales a través de la conducción, con partículas calentadas que imparten su energía a las partículas vecinas. Los científicos estudiaron el flujo de calor a través de los materiales mucho antes de que supieran que los materiales estaban formados por átomos, y la corriente de calor es uno de los conceptos que fue útil a este respecto. Incluso hoy, aunque entendemos que la transferencia de calor está relacionada con el movimiento de átomos individuales, en la mayoría de las situaciones no es práctico e inútil tratar de pensar en la situación de esa manera, y dar un paso atrás para tratar el objeto a mayor escala es el La forma más apropiada de estudiar o predecir el movimiento del calor..

Matemáticas de la corriente de calor

Debido a que la corriente de calor representa el flujo de energía térmica a lo largo del tiempo, puede pensar que representa una pequeña cantidad de energía térmica., dQ (Q es la variable comúnmente utilizada para representar la energía térmica), transmitida durante un período de tiempo muy pequeño, dt. Usando la variable H para representar la corriente de calor, esto te da la ecuación:

H = dQ / / dt

Si ha tomado precálculo o cálculo, es posible que se dé cuenta de que una tasa de cambio como este es un excelente ejemplo de cuándo querría tomar un límite a medida que el tiempo se acerca a cero. Experimentalmente, puede hacerlo midiendo el cambio de calor a intervalos de tiempo cada vez más pequeños..

Los experimentos realizados para determinar la corriente de calor han identificado la siguiente relación matemática:

H = dQ / / dt = kA (T_H - T_C) / L

Eso puede parecer una matriz intimidante de variables, así que analicemos esas (algunas de las cuales ya se han explicado):

• H: corriente de calor
• dQ: pequeña cantidad de calor transferido a lo largo del tiempo dt
• dt: poco tiempo durante el cual dQ fue transferido
• k: conductividad térmica del material
• UN: área transversal del objeto
• T_H - T_C: la diferencia de temperatura entre las temperaturas más cálidas y más frías del material
• L: la longitud a través de la cual se transfiere el calor 

Hay un elemento de la ecuación que debe considerarse independientemente:

(T_H - T_C) / L

Esta es la diferencia de temperatura por unidad de longitud, conocida como gradiente de temperatura.

Resistencia termica

En ingeniería, a menudo utilizan el concepto de resistencia térmica., R, para describir qué tan bien un aislante térmico evita que el calor se transfiera a través del material. Para una losa de material de espesor L, la relación para un material dado es R = L / / k, resultando en esta relación:

H = UN(T_H - T_C) / R