3 Soojusjuhtivus
Järgnevaga on Sulle toodud teooria seoses toa kütmisega. Miks meil on tarvis tuba kütta? Millised protsessid toimuvad meie toas kütmise käigus? Millised füüsikalised suurused on määravad toa kütmisel?
Oma tuba on meil tarvis kütta siis kui välisõhu temperatuur on madalam või oluliselt madalam võrreldes toas soovitud õhu temperatuuriga. On ilmselge, et läbi välisseinte, sageli ka lae kaudu, toimub soojuse ülekandumine toast väliskeskkonda (kui toa õhutemperatuur on kõrgem kui väljas). Ülekanne on vastupidine kui välisõhu temperatuur on kõrgem kui toas. Sellist soojusülekannet seinas nimetatakse soojusjuhtivuseks.
Soojusjuhtivus
Soojusjuhtivus on soojusülekanne makroskoopiliselt paigal seisvas kehas. Soojusjuhtivus esineb nii gaasides, vedelikes kui ka tahkistes. Soojusjuhtivuse tingimuseks on temperatuuride erinevus süsteemi eri osades. Molekulide põrgete tulemusel toimub soojusliikumise kineetilise energia ümberjagunemine kuni temperatuuride võrdsustumiseni.
Soojusjuhtivust saab arvuliselt iseloomustada ajaühikus ühikulist ristlõiget läbiva soojushulgaga (siseenergia hulgaga). Soojushulk on siseenergia hulk, mis kandub soojusvahetuse teel ühelt kehalt teisele. Füüsikatunnist teame, et ajaühikus tarbitud energiahulk (soojushulk) pole midagi muud kui tarbitav võimsus. Järelikult määrab seina soojusjuhtivus ära meie toa soojusvajaduse.
Ülesanne 3.1
Selleks, et veenduda, kas mõistsid äsja loetud teooriat on Sulle väike kontrollharjutus.
Nüüd Sa tead, mida kujutab endast soojusjuhtivus. Tead sedagi, et arvuliselt iseloomustab soojusjuhtivust ajaühikus ühikulist ristlõiget läbinud soojushulk. Et see soojushulk läheb läbi materjali, nimetatakse seda sageli soojusvooks. Samal põhjusel nimetatakse ühes ajaühikus läbi materjalikihi minevat soojushulka sageli võimsusvooks.
Konkreetselt maja välisseina läbiva võimsusvoo N jaoks kehtib järgmine valem:
[latex]N = (K * S * \Delta T) / d[/latex].
Valem 1
Suurus N (1 W) iseloomustab valemis ajaühiku jooksul seina ristlõiget läbinud soojushulka ehk võimsust, mida välissein “läbi laseb”. Suurus K (1 W / (m*K)) on seinamaterjali soojusjuhtivustegur, mille määravad ära välisseinas kasutatavad materjalid. ΔT (1 K) on õhutemperatuuride erinevus toas ja väljas. Suurus d (1 m) on välisseina paksus.
Järgnevates ülesannetes saad Sa kontrollida, kas mõistad valemit 1 õigesti.
Ülesanne 3.2
Esmalt uurime võimsusvoo N ja soojusjuhtivusteguri K vahelist seost. Vali välja õige väide.
Ülesanne 3.3
Nüüd, mil Sa tead, millises seoses on toa seina läbiva võimsusvoo N ja seina materjali soojusjuhtivustegur K, lahenda järgmine ülesanne, milles Sa pead välja valima 2 vale väidet.
Ülesanne 3.4
Jätkame valemi 1 uurimist. Nüüd on vaatluse all võimsusvoo N ja välisseina pindala vaheline sõltuvus. Vali alljärgnevast loendist välja õige seos.
Ülesanne 3.5
Teades võimsusvoo N ja välisseina pindala S vahelist sõltuvust vali iga järgneva väite puhul, kas see on õige või vale.
Ülesanne 3.6
Nüüd uurime valemis 1 võimsusvoo N ja välisõhu ning toatemperatuuri erinevuse (temperatuuri muut) ΔT vahelist seost. Selleks vali alljärgnevast loendist välja õige väide .
Ülesanne 3.7
Teades võimsusvoo N ja temperatuuri muudu ΔT vahelist seost vali iga järgneva väite puhul, kas see on õige või vale.
Ülesanne 3.8
Valemi 1 viies suurus on välisseina paksus. Nüüd uurimegi võimsusvoo N ja välisseina paksuse d vahelist seost. Vali alljärgnevast loendist välja õige väide.
Ülesanne 3.9
Teades võimsusvoo N ja välisseina paksuse d vahelist seost vali iga järgneva väite puhul, kas see on õige või vale.