Home

Wat is geleiding?

We hebben warmtegeleiding al gedefinieerd bij het leren over warmteoverdracht.
Warmtegeleiding is de overdracht van warmte van het hetere deel van het materiaal naar het koudere deel, zonder dat de deeltjes daadwerkelijk bewegen.
Tijdens het proces van warmtegeleiding wordt warmte-energie alleen overgedragen op de opeenvolgende moleculen. Tijdens dit proces verlaten de moleculen in het geheel niet hun gemiddelde positie. Dus bij geleiding dragen deeltjes van het medium warmte over zonder de gemiddelde positie te verlaten.
Warmtegeleiding vindt niet plaats in vloeistoffen en vaste stoffen. Dit gebeurt omdat moleculen van zowel gassen als vloeistoffen willekeurig of in een bepaalde richting bewegen.

Hoe werkt warmteoverdracht door geleiding

Wanneer een uiteinde van een metalen staaf wordt verhit, beginnen de moleculen aan dit uiteinde steeds sneller te vibreren. Deze deeltjes aan het hete uiteinde hebben een grotere kinetische energie van trilling in vergelijking met de deeltjes die niet direct aan hitte worden blootgesteld. Deze sneller bewegende deeltjes/moleculen botsen met hun naburige moleculen.

Tijdens de botsing dragen ze een deel van hun energie over aan de naburige moleculen. Zo geven sneller bewegende of vibrerende moleculen de warmte-energie door aan naburige moleculen. Deze dragen op hun beurt weer wat van hun energie over aan de moleculen in hun buurt. Aldus wordt de energie door moleculaire botsing overgedragen van het hete uiteinde van het voorwerp naar het koude uiteinde. De overdracht van warmte gaat door totdat de twee uiteinden van het voorwerp dezelfde temperatuur hebben. Op deze manier wordt de energie van de thermische beweging doorgegeven van het ene molecuul naar het volgende, waarbij hun gemiddelde positie vast blijft.
Vaste stoffen die gemakkelijk warmte geleiden, zijn goede warmtegeleiders. Bijvoorbeeld zilver, koper enz. Alle metalen zijn goede warmtegeleiders.
Stoffen die warmte niet gemakkelijk geleiden, worden slechte warmtegeleiders genoemd. Bijvoorbeeld hout, stof, lucht, papier enz.Over het algemeen zijn goede geleiders van warmte ook goede geleiders van elektriciteit.

Elke voorbeelden van geleiding

• In de winter lijkt de metalen deurkruk kouder dan de houten deur. Dit komt omdat de metalen deurkruk een goede warmtegeleider is en de warmte van ons lichaam naar de deurkruk stroomt. Het voelt dus koud aan
• Kookgerei is voorzien van houten handgrepen. Dit komt omdat houten handvatten geen warmtegeleiding van heet keukengerei naar de hand toestaan.
• Een nieuw dekbed is warmer dan een oud dekbed omdat een nieuw dekbed meer lucht in de poriën bevat dan een oud dekbed.
• Een koelkast is voorzien van geïsoleerde wanden om de kans te verkleinen dat warmte van buitenaf de koelkast binnenstroomt.

Belangrijke begrippen in verband met geleiding

(1) De stationaire toestand van een stof:-

Om de stationaire toestand van een stof te begrijpen, beschouwen we een massieve metalen staaf. We verhitten nu één uiteinde van de metalen staaf. Op deze manier heeft het ene uiteinde van de staaf een hogere temperatuur en het andere uiteinde van de staaf een lagere temperatuur.Uit de discussie over de overdracht van warmte door geleiding weten we dat de warmte-energie alleen wordt overgedragen op de opeenvolgende moleculen. Laten we de massieve metalen staaf in verschillende segmenten verdelen zoals hieronder in de figuur

Als de metalen staaf niet geïsoleerd is, gaat warmte verloren aan de atmosfeer door convectie en straling. Dit kan worden voorkomen door niet-geleidend materiaal rond de staaf te plaatsen.

Als we beginnen de staaf aan het eind P van warmte te voorzien, dan krijgt elk deel van de staaf warmte van het aangrenzende vorige deel. Dat wil zeggen dat sectie C warmte krijgt van sectie B en sectie B warmte van sectie A.
Overweeg opnieuw secties A, B en sectie C. Nu krijgt sectie B warmte van sectie A. Een deel van de ontvangen warmte wordt geabsorbeerd, waardoor de temperatuur van sectie B stijgt. Een deel van de ontvangen warmte stroomt naar de atmosfeer. Het resterende deel van de warmte wordt overgedragen aan het aangrenzende deel C. In deze toestand stijgt de temperatuur van elke doorsnede van de staaf. neemt toe met de tijd. Dit is de transiente of veranderlijke toestand van warmtegeleiding.

Als de metalen staaf niet geïsoleerd is, gaat warmte verloren aan de atmosfeer door convectie en straling. Dit kan worden voorkomen door niet-geleidend materiaal rond de staaf te plaatsen.

Met het verstrijken van de tijd en de voortdurende toevoer van warmte, wordt een toestand bereikt waarin de temperatuur van elke sectie uniform wordt. In deze toestand wordt door geen enkel deel van de staaf warmte geabsorbeerd.

Deze toestand van de staaf, waarin de temperatuur van elke doorsnede van de staaf constant wordt en er geen warmte meer wordt geabsorbeerd in enig deel, wordt de stationaire toestand genoemd.

Het is belangrijk hier op te merken dat
(1) De verschillende doorsneden van de metalen staaf een verschillende temperatuur hebben, maar dat de temperatuur van elke doorsnede constant blijft met het verstrijken van de tijd.

(2) De temperatuur daalt naarmate ik verder van het hete uiteinde verwijderd ben. Warmteverlies aan de atmosfeer kan worden voorkomen door de metalen staaf te bedekken met een isolerend materiaal. In dit geval vindt in een stationaire toestand de totale warmteoverdracht plaats door geleiding. Van de hete en (hogere temperatuur) van de staaf naar de koude kant (lagere temperatuur).

(2) Isotherm oppervlak :-

Het oppervlak van een stof waarvan alle deeltjes of moleculen dezelfde temperatuur hebben wordt een isotherm oppervlak genoemd.

Figuur 5 hieronder toont twee isotherme oppervlakken $P$ en $Q$. Hier is de temperatuur van alle punten op oppervlak $P$ gelijk. De temperatuur van oppervlak $P$ is niet dezelfde als de temperatuur van oppervlak $Q$.

(3) Temperatuurgradiënt :-

De snelheid waarmee de temperatuur verandert met de afstand in de richting van de warmtestroom wordt temperatuurgradiënt genoemd

Laat de onderstaande figuur

Voorstaande figuur toont twee isotherme oppervlakken P en Q. Oppervlak P heeft een temperatuur $(T+Delta T)$ en oppervlak Q heeft een temperatuur $T$.

De gedeelten $P$ en $Q$ in bovenstaande figuur zijn isotherme oppervlakken. Laat $Delta x$ de normale afstand tussen deze twee oppervlakken zijn.Nu is de temperatuur van doorsnede $P$ groter dan de temperatuur van doorsnede $Q$. Zij $(T+Delta T)$ de temperatuur van doorsnede $P$ en $T$ de temperatuur van doorsnede $Q$; dan wordt de temperatuurgradiënt geschreven als
begin{align} \text{grad.} T & = \frac{Temperatuurverandering}}{Normale afstand}} & = {T-(T+Delta T)}{\Delta x} \ & =-\frac{\Delta T}{\Delta x} \ \end{align}De temperatuurgradiënt is de positieve grootheid in de richting van toenemende temperatuur. Omdat warmte altijd van een hogere temperatuur naar een lagere temperatuur stroomt. De temperatuurgradiënt in de richting van de warmtestroom heeft een negatieve waarde.

(4) De warmtestroomsnelheid :-

De hoeveelheid warmte die per tijdseenheid vanuit een isotherm gebied in de richting van de warmtestroom wordt overgedragen, wordt de warmtestroomsnelheid genoemd. Deze wordt aangeduid met $H$. Hij staat ook bekend als warmtestroom.
Als $Q$ de hoeveelheid warmte is die in tijd t wordt overgedragen, dan
$H=\frac{Q}{T}$ Eenheden zijn $Kcal{s ^{ – 1}} $ , $J{s ^{ – 1}}$ en $cal{s ^{ – 1}}$

(5) De specifieke warmtestroom:-

De snelheid van de warmtestroom per oppervlakte-eenheid wordt de specifieke warmtestroom genoemd. Deze wordt aangeduid met $q$.$q=\frac{H}{A}$
Eenheden zijn $Kcal.{m^{ – 2}}{s^{ – 1}}$, $K{m^{ – 2}}{s^{ – 1}}$ en $Cal.cm^{ – 2}{s^{ – 1}}$

link naar deze pagina door de volgende tekst te kopiëren
Lees ook

Noten
• Warmteoverdracht
• Warmtegeleiding
• Thermische geleidbaarheid
• Thermische weerstand en geleiding
• Convectiewarmteoverdracht
• Straling en zwartelichaamsstraling
• De wet van Stefan Boltzmann
• Natuur van thermische straling &De verplaatsingswet van Wien
• De wet van Kirchoff
• De afkoelingswet van Newton
• Opdrachten
  • Warmte Transfer Problems
  • Heat Transfer Multiple Choice Questions
• Revision Notes
  • Heat Transfer revision sheet