Máy Tính Truyền Nhiệt là gì?
Công cụ này ước tính lượng nhiệt dẫn qua một vật liệu rắn — chẳng hạn như bức tường, ô cửa kính hay tấm kim loại — dựa trên định luật Fourier về dẫn nhiệt ở trạng thái ổn định. Kết quả gồm cả tốc độ truyền nhiệt (công suất, tính bằng watt) và tổng nhiệt năng truyền qua trong một khoảng thời gian bạn chọn (tính bằng joule và kilojoule). Đây là công cụ vật lý mang tính phổ quát và có thể dùng ở bất kỳ đâu.
Cách sử dụng
Nhập độ dẫn nhiệt của vật liệu k (W/m·K), diện tích mặt cắt ngang A (m²) mà nhiệt truyền qua, chênh lệch nhiệt độ ΔT (K hoặc °C) giữa hai mặt vật liệu, độ dày d (m) và thời gian t tính bằng giây. Vì công thức chia cho độ dày nên giá trị này bắt buộc phải lớn hơn 0.
Giải thích công thức
Tốc độ truyền nhiệt là \(\dot{Q} = \frac{k \cdot A \cdot \Delta T}{d}\). Nhân với thời gian sẽ ra tổng nhiệt năng
$$Q = \frac{k \cdot A \cdot \Delta T \cdot t}{d}$$Độ dẫn nhiệt càng cao, diện tích càng lớn hoặc chênh lệch nhiệt độ càng nhiều thì nhiệt truyền càng mạnh, trong khi độ dày càng lớn lại làm giảm dòng nhiệt. Lưu ý rằng với một chênh lệch nhiệt độ, giá trị \(\Delta T\) tính theo kelvin và theo celsius là như nhau.
Ví dụ minh họa
Một bức tường bằng sợi thủy tinh có \(k = 0{,}04\) W/m·K, diện tích 10 m², \(\Delta T = 20\) K, độ dày 0,1 m. Tốc độ =
$$0{,}04 \times 10 \times 20 / 0{,}1 = 80 \text{ W}$$Trong 1 giờ (3600 s),
$$Q = 80 \times 3600 = 288\,000 \text{ J} = 288 \text{ kJ}$$Câu hỏi thường gặp
Nên dùng đơn vị nào? Dùng hệ đơn vị SI xuyên suốt: W/m·K, m², kelvin, mét, giây. Kết quả sẽ tính bằng watt và joule.
ΔT có bắt buộc tính theo kelvin không? Một chênh lệch nhiệt độ có cùng giá trị dù tính theo kelvin hay celsius, nên dùng đơn vị nào cho ΔT cũng được.
Công cụ này chỉ dùng cho trạng thái ổn định? Đúng vậy — nó giả định ΔT không đổi và dẫn nhiệt một chiều, bỏ qua giai đoạn nóng lên ban đầu cũng như đối lưu và bức xạ.
