Inspectie termografica

TERMOGRAFIA

IN INFRAROSUTipuri de transfer de caldura

conductia, convectia si radiatia

Prof. Alexandrina Mihai

Curs 5

Remember

Căldură – formă de mişcare a materiei, care constă în agitaţia

termică a atomilor fluidelor sau în vibraţia dezordonată a atomilor

unui solid şi care produce ridicarea temperaturii; se exprimă printr-o

mărime scalară de aceeaşi natură cu energia mecanică, cu energia

electromagnetică etc., numită cantitate de căldură, energie termică

sau energie calorică.

Temperatură (a unui corp) – o mărime caracteristică a nivelului

energetic al acelui corp. Nivelul energetic este dat de agitaţia

atomică sau moleculară a corpului. O semnificaţie intuitivă a acestei

noţiuni este dată de senzaţia de cald şi de rece.

Curs 5 Intrebari si raspunsuri din curs 4

Intrebari:

1. Ce efecte are incalzirea sau racirea unei substante?

2. Ce se intelege prin “caldura latenta” ?

3. Care sunt transformarile de faza de speta I?

4. Ce se intelege prin punct triplu al unei substante?

5. Care capacitate termica e mai mare a apei sau a pamantului?

6. Care sunt transformarile de faza de speta I asociate cu cedare de cadura?

7. Care sunt transformarile de faza de speta I asociate cu absorbtie de caldura?

8. Care este relatia care descrie alungirea (dilatarea) prin incalzire?

9. Care este relatia care descrie variatia rezistentei electrice in functie de incalzire?

10.Cum variaza viteza de oxidare in functie de caldura?

11.Ce se intelege prin efectul Joule? Care este relatia de calcul a caldurii?

12.Ce este incandescenta?

13.Ce se intelege prin efect Seebeck?

14.Ce aplicatii uzuale are efectul Seebeck?

15.Ce se intelege prin efect Peltier?

16.Ce aplicatii uzuale are efectul Peltier?

17.Ce se intelege prin efect Thomson?

Curs 5 Intrebari si raspunsuri din cursul 4

1. Incalzirea sau racirea unei substantei determina: variatii de temperatura, variatii de marime, variatii de rezistenta

electrica, variatii de viteza de oxidare sau alte reactii, variatii forta electromotoare / tensiune, incandescenta, variatii

de presiune si/sau volum.

2. Căldura latentă este o expresie care se referă la cantitatea de energie eliberată sau absorbită de către o substanță

chimică în timpul unei transformări de fază fără schimbare de temperatură, cum ar fi topirea zăpezii, fierberea apei.

3. Trecerea dintr-o stare de agregare în alta este o transformare de faza de speta I,

4. Punctul triplu al unei substanțe este în termodinamică un punct determinat prin o anumită temperatura și o anumită

presiune, la care trei din fazele de materie ale respectivei substanțe (de exemplu, fazele solida, lichida si gazoasa) pot

coexista liber și simultan, aflate la echilibtru termodinamic.

5. Apa are capacitate termica ridicata. Capacitatea termica a pamantului este mult mai mica decat cea a apei.

6. Desublimare,condensare, solidificare.

7. Sublimare, vaporizare, topire.

8. L = L0 (1 + α T), L0 este lungimea initiala a unei bare supuse unei incalziri, caracterizate de o diferenta de

temperatura, , α – coeficient de dilatare pe grad K.

9. Relatia care descrie acest fenomen este: R = R0. (1 + αe.T), R0 este rezistenta electrica initiala, αe – este

coeficientul de crestere a rezistentei electrice si are aceea unitate de masura ca si coeficientul de dilatare liniara, [1/K].

10. Viteza de oxidare creste odata cu incalzirea.

11. Efectul termic (denumit și efect Joule-Lenz) este reprezentat de disiparea căldurii într-un conductor traversat de un

curent electric. Q = R . I2 . T, unde: Q este caldura degajata, I este intensitatea curentului electric, R este rezistenta

electrica, t este timpul.

12. Incandescenta - Stare a unui corp care, datorită temperaturii ridicate, emite lumină (şi radiaţii infraroşii) .

13. Efectul Seebeck este conversia directa a diferentei de temperatura in electricitate.

14. Principalele aplicatii ale efectului Seebeck este constructia termocuplurilor – instr. de masurat temperatura.

15. Efectul Peltier consta in degajarea sau absorbtia de caldura la jonctiunea dintre doi conductori diferiti, cand prin

aceasta circula un curent electric.

16. Principalele aplicatii ale ef. Peltier sunt in domeniu racirii – mini frigidere sau senzori termici.

17. Efectul Thomson - dacă un conductor este parcurs de curent electric, iar capetele lui au temperaturi diferite, atunci în

conductor, pe lângă căldura Joule care întotdeauna încălzeşte conductorul, se degajă sau se absoarbe (în functie de

material).

Transferul de căldură - fenomen complex, reprezentat de

schimbul de energie termică între: două corpuri solide, două

regiuni ale aceluiaşi corp, două fluide, ca rezultat al existenţei

unei diferenţe de temperatură (potenţial termic) între

acestea.

Existenţa unui potenţial termic determină transferul

spontan de energie de la corpul cu temperatura mai

ridicată la corpul cu temperatura mai scăzută.

Transferul căldurii se face în trei feluri:

conducţie, convecţie şi radiaţie.

La nivel microscopic, energia termică (căldura) înseamnă

energia cinetică a particulelor unui material.

Cu cât este mai mare agitaţia termică (vibraţia şi mişcarea

liniară a particulelor), cu atât este mai ridicată temperatura.

Curs 5 Transfer de caldura – aspecte generale (1)

Conducţie

Convecţie

Radiaţie


O plită încinsă emite

radiaţii electromagnetice?

Propriul corp, este un

emiţător de raditii in

domeniul infraroşu.

Imagini preluate de pe Internet

Corpul uman emite, radiatie

termica, unde electromagnetice

cu lungimea de undă de

aproximativ 10 micrometri.

Ceea ce vedem este rezultatul transformării aparatului din

imaginea in infraroşu într-o imagine vizibila, in banda spectrala

denumita lumină (înţelegând prin lumină radiaţie electromag-

netică din spectrul vizibil).


Asocierea unui domeniu de

temperaturi cu o culoare este

o conventie concretizata

intr-o paleta de culori.

De ce figura unui copil apare

cu un camp termic diferit?

Temperaturile la suprafata

sunt diferite si emisivitatea

este diferita

O fotografie a unui copil realizată de NASA, în infraroşu,

Cantitativ, transferul de căldură decurge conform principiului

conservării energiei, principiu exprimabil pentru sistemele izolate

prin următoarea ecuaţie generală de bilanţ termic: Q cedat = Q primit

Intr-un sistem izolat, în regim staţionar, cantitatea de căldură cedată de

corpul cu temperatura mai ridicată este egală cu cantitatea de căldură

primită de corpul cu temperatura mai scăzută. (Valabil în cazul absenţei

din sistem a unor surse de căldură: reacţii chimice sau nucleare.)

În cazul sistemelor neizolate, ecuaţia de mai sus capătă forma:

Q cedat = Q primit + Q pierderi

Qpierderi = cantitatea de căldură schimbată cu mediul înconjurător


Remember:

Principiul întâi al termodinamicii În

cazul în care energiile transferate sunt

energia internă şi cea mecanică, ecuaţia

ƩdEi =0 devine: dQ=dU+dL, “căldura

schimbată de sistem cu mediul exterior

este dată de suma variaţiei energiei

interne şi a lucrului mecanic efectuat în

interacţiunea dintre sistem şi mediu”

Zonele rosii si

galbene din

imagine indica

zonele prin care

se pierde caldura.

Zone problema:

ferestrele si

peretii de beton

insuficient izolati.

Conducţia este transferul căldurii dintre două

materiale care intră în contact unul cu celălalt. Energia cinetică moleculară a unui material (sau zona dintr-

un material) se transferă unui alt material (sau altei zone din

acesta) cu energie cinetică mai mică prin intermediul

coliziunilor particulelor constituente.

Conductia este cel mai important tip de transfer

de caldura prin materiale solide.

Mânerul ibricului cu care facem ceaiul de dimineaţă,

dacă nu este făcut dintr-un material cu indice scăzut de

conductibilitat termică ori nu este izolat termic, se va

încălzi repede şi vom avea nevoie de un prosop pentru

a ridica ibricul de pe aragaz.

Unele substanţe sunt bune conducătoare de

căldură, ca de exemplu: argintul, oţelul, fierul,

cuprul, pe când altele sunt bune izolatoare, ca

lemnul, hârtia ori aerul.

Transfer de caldura (1) Conductia (1)

Dacă într-un punct dat al unui material este depozitată o anumită

cantitate de energie (de exemplu, prin impactul unui impuls laser),

atunci, un anumit număr de particule vor începe să preia mai multe

mişcări, să se agite mai intens, ceea ce conduce la o creştere a

temperaturii locale.

Treptat, surplusul local de agitaţie va difuza în întregul material şi

temperatura va tinde să se omogenizeze la o valoare superioară

celei ce exista înainte de impactul razei laserului.

Acest fenomen se numeşte conducţie.

Teoriile moderne privind conducţia termică introduc conceptul de fonon,

analog celui de foton în teoria radiaţiei electromagnetice, cele două

noţiuni fiind definite astfel:

• foton, particulă elementară a radiaţiei electromagnetice care

posedă energie şi impuls şi nu poate exista în stare de repaus;

• fonon, particulă fictivă asociată vibraţiilor care se propagă prin

masa unui corp cristalin, frecvenţa fiind comparabilă cu cea a

sunetelor.


Condiţiile generale de desfăşurare a proceselor de conducţie termică

se referă la stabilirea următoarelor elemente:

• materialul este omogen sau eterogen;

• materialul este izotrop sau anizotrop;

• materialul conţine sau nu surse interioare de căldură cu o distribuţie dată;

• regimul termic este constant sau tranzitoriu;

• propagarea căldurii are loc uni, bi sau tri-direcţional.


Exemple:

- din punct de vedere al omogenitatii, care material poate fi considerat

omogen si care neomogen: structura sandvis, bara din cupru, peretele unei

case, usa confectionata din fagure?

- izotrop sau anizotrop: sticla, compozit cu fibre, lemn, bara din otel forjat?

- cu surse interioare de caldura sau fara: un bloc de locuinte, corpul unei

fiinte vii, cuptor electric, cuptor cu microunde, un autoturism, un frigider?

- regim termic constant sau tranzitoriu: caloriferul, o cana cu cafea fierbinte,

corpul uman, fierul de calcat in priza si scos din priza?

- propagarea caldurii este uni, bi sau tri-directionala: printr-un cablu electric,

placa metalica, caramida?

În cazul corpurilor solide nemetalice (dielectrice) conducţia

termică are loc prin vibraţia termică a reţelei cristaline,

considerată ca o suprapunere de unde acustice elastice.

Astfel, între două feţe cu temperaturi diferite ale aceluiaşi cristal,

energia termică este transferată, de la faţa caldă spre cea rece,

în mod similar propagării energiei electromagnetice în spaţiu,

prin intermediul fotonilor.

La corpurile solide metalice şi semiconductoare, conducţia se

desfăşoară prin două procese diferite:

• transfer de energie cu ajutorul fononilor, prin oscilaţii ale

reţelei cristaline;

• transfer de energie prin intermediul electronilor liberi (de

valenţă), care pot fi consideraţi ca un gaz monoatomic

perfect.

Ponderea cu care intervin electronii de valenţă în conducţia

termică este de 10…30 ori mai mare decât cea a fononilor.


În cazul corpurilor lichide şi gazoase, conducţia se realizează,

de asemenea, prin două procese:

• ciocniri elastice din aproape în aproape între molecule sau

atomi, poziţia reciprocă a acestora în spaţiu rămânând

aceeaşi;

• deplasări ale electronilor liberi.

Transferul de căldură prin conducţie este specific

corpurilor solide.

În mediile nesolide (lichide şi gaze) conducţia intervine cu o

anumită pondere, dar predomină un alt mecanism de

transfer termic: convecţia.


Gradientul de temperatură exprimă variaţia de temperatură într-

un punct din spaţiu, la un moment dat. Gradientul de temperatură

reprezintă un vector normal la suprafaţa izotermă, egal numeric

cu derivata temperaturii în raport cu normala la suprafaţă:

grad T = [K/m]n

T

n

T

n

0lim


Propagarea prin conductie a caldurii

printr-o suprafata elementara de aria

dA, între doua suprafete izoterme,

dupa directia versorului normalei la

Izoterma, n . Se observa ca vectorul

q are sens contrar cu versorul n si

grad q iar propagarea caldurii are loc

de la suprafata cu temperatura mai

mare (T + dT) la suprafata cu

temperatura mai mica (T). Marimile ce caracterizeaza transferul de

caldura între doua suprafete izoterme.

grad T

T + dT

T Tq

Fluxul de căldură (termic), Φ, reprezintă cantitatea de căldură

care trece printr-un mediu sau de la un corp la altul, printr-o

anumită suprafaţă, în unitatea de timp:

[J/s = W ]

unde: Q - cantitatea de căldură transferată, J;

- intervalul de timp de transfer al căldurii, în s.

Densitatea fluxului termic (fluxul unitar de căldură) reprezintă

fluxul de căldură raportat la suprafaţa de schimb de căldură:

[W/m2]

în care: A este aria suprafeţei de schimb de căldură, în m2.

τ

A

Q

Aq


τ

Q

Conductivitatea termică , [W/m.K] a unui material

reprezintă cantitatea de căldură transferată prin conducţie în

unitatea de timp, prin unitatea de suprafaţă, la un gradient

termic de 1 K/m.

Materialul , W/(m.K)

Gaze la pres. atmosferică

Materiale izolante

Lichide nemetalice

Materiale de construcţii

Metale lichide

Aliaje

Metale pure

0,006…0,22

0,02…0,2

0,04…0,55

0,03…3

8…140

14…300

7…500

Materialele cu o

conductivitate termică

ridicată se numesc

conductoare, iar cele

cu o conductivitate

termică scăzută se

numesc izolante.

Intre cele două limite

există o gamă

întreagă de situaţii

intermediare.


In legătură cu conductivitatea termică se pot face următoarele

precizări:

• conductivitatea termică a materialelor metalice sau

nemetalice cristaline este mai mare decât cea a

materialelor amorfe (în materialul amorf undele

termoacustice sunt puternic atenuate);

• metalele pure au conductivitatea termică mai mare decât

aliajele; prin urmare, prezenţa elementelor de aliere sau a

impurităţilor are ca efect scăderea drastică a conductivităţii;

• conductivitatea termică a metalelor este mai mare decât

cea a nemetalelor, datorită contribuţiei electronilor liberi la

schimbul de căldură;

• pentru acelaşi material, conductivitatea termică este mai

mare în stare solidă decât în lichidă.


Difuzivitatea termică, a = /.c [m2/s] a unui material este

raportul dintre conductivitatea termica si caldura specifica

volumetrica

Materialul a, [m2/s]

Aer

Aluminiu

Otel

Sticla

Lemn

Apa

Cupru

Ciment

PVC

200 x10-7

1000 x10-7

40 x10-7

4,3 x10-7

21,5 x10-7

1,4 x10-7

1115 x10-7

6,5 x10-7

0,8 x10-7

Difuzivitatea termică a reprezintă o

proprietate fizică a materialelor.

Mărimea a apare în procesele termice

tranzitorii şi caracterizează variaţia în timp

a temperaturii.

Difuzivitatea termică este o măsură

a inerţiei termice a unui corp.

Cu cât viteza de variaţie a temperaturii unui

corp este mai mare cu atât difuzivitatea sa

termică este mai ridicată, respectiv inerţia

termică mai coborâtă.


Lichidele şi gazele au o difuzivitate termică coborâtă şi deci o

inerţie termică ridicată, în timp ce metalele posedă o difuzivitate

termică mare, respectiv o inerţie termică redusă.

Legea lui Fourier, reprezintă ecuaţia de bază a conducţiei

termice unidirecţionale printr-un material cu conductivitatea

termică λ. Pe baza legii lui Fourier se pot stabili ecuaţiile

diferenţiale ale conducţiei termice.

Transferul de căldură prin conducţie are la bază relaţia stabilită

de Fourier în 1822, denumita legea lui Fourier care exprimă

faptul că fluxul de căldură printr-un material, în cazul unui

transfer de căldură unidirecţional, are forma:

în care: este fluxul de căldură transferat prin conducţie, în W;

q - fluxul termic unitar, în W/m2; - conductivitatea termică a

materialului, în W/(m.K); A - aria suprafeţei izoterme de transfer

termic, perpendiculara pe direcţia de propagare a căldurii, m2;

dT/dx - gradientul termic, în K/m.

x

TA

d

d. [W]; [W/m2],

x

T

Aq

d

dλ


q este densitatea de flux termic [W/m2];

- grosimea peretelui [m];

- conductivitatea termica [W/m.K];

A - aria suprafeţei izoterme de transfer

termic, situată perpendicular pe direcţia

de propagare a căldurii [m2];

q

T2T(x)

Aq T1

x

grad T = (T1 -T2) /


Un perete plan de grosime constantă , cu conductivitatea

termică şi aria suprafeţei laterale A, temperaturile feţelor T1 si

T2 constante. Prin integrarea ecuaţiei (după separarea

variabilelor, pentru T1 > T2) se obţine:

0

2

1

λdd

T

T

TxA

/21

TTT

Aq

Semnul minus din partea dreaptă a ecuaţiei indică faptul

că temperatura scade în direcţia de propagare a căldurii.

q

grad T = (T1 -T2) /

T2T(x)

Aq

T1

x


condR

TTTq 21

δ/λ

/= Rcond este denumita rezistenta

la conductie pentru un perete plan

intr-un singur strat.

Se face in mod uzual o anologie cu sitemele

electrice, astfel: legea lui Ohm este: U = R.I

T este echivalentul tensiunii, [V]

q este echivalentul intensitatii curentului [A]

In cazul in care fluxul termic strabate mai

multe straturi atunci rezistentele se

insumeaza asemanator rezistentelor electrice.

1 2 3 4

R = Rcond1 + Rcond2 + Rcon3 + Rcond 4


Exemplu de calcul

Presupunem un perete cu grosimea , = 0,2 m

Materialul din care e confectionat peretele este un izolator

cu conductivitatea termica, = 0,04 W/m.K

Suprafata peretelui , A = 10 m2

Temperatura din exterior este de 0 0C (273,15 K)

Temperatura din interior este de 20 0C (293,15 K),

adica T este 20 K

= x A x (T1 – T2)/

= 0,04 x 10 x 20)/ 0,2 = 40 W

Ceea ce inseamna ca, pentru a mentine in interior o tempera-

tura constanta de 20 0C (in timp ce in exterior temperatura este

de 0 0C) este necesar ca sistemul de incalzire sa furnizeze un

flux constant de caldura de 40 W.


Transferul de caldura prin conductie se poate efectua in doua

feluri:

• regim stationar, cand sunt conditii stabile, caldura care iese

din sistem este compensata de caldura care intra, temperatura

ramanand constanta;

• regim tranzitoriu cand caldura care iese sau intra nu este

compensata si temperatura variaza (incalzire, racire).

Temperatura

Timp

Incalzire

Racire

Transferul de caldura prin

conductie este dependent

de existenta sau lipsa

surselor interne de caldura

Convecţia termică – procesul de transfer al căldurii prin

acţiunea combinată a conducţiei termice, a acumulării de

energie internă şi a mişcării de amestec. Convecţia este cel

mai important mecanism de schimb de căldură între o

suprafaţă solidă şi un fluid, între care există contact direct şi

mişcare relativă.

A

Ts

Tf

fluidsolid

- este fluxul de căldură transferat

prin convecţie;

- coeficientul de schimb de căldură

prin convecţie sau coeficientul de

convecţie, în (W/ m2 K);

Tf,T -temperatura fluidului, respectiv,

a suprafeţei peretelui, în K;

T - diferenţa de temperatură între

fluid şi perete;

A - aria suprafeţei

Transfer de caldura (2) Convectia (1)

Exemple comune ale transferului căldurii prin convecţie: un curent de aer ce

trece pe deasupra unei rezistenţe electrice încălzite sau răcirea unui motor de

maşină.

Cel mai comun exemplu îl reprezintă mişcarea aerului din atmosferă.

Convecţia forţată are loc când este utilizată o formă de energie

mecanică (de exemplu, ventilatoare şi pompe) pentru a asigura

curgerea fluidului de-a lungul peretului solid.

Convecţia liberă (naturală) - când forţele mişcării browniene de

agitare datorate gradienţilor de densitate sunt singura cauză a

deplasărilor macroscopice ale fluidelor. Gradienţi de densitate

sunt ei înşişi dependenţi de gradienţii de temperatură din fluid.

Rezolvarea matematică este foarte complicată, deoarece

este necesară luarea în considerare şi cuplarea, pe de o

parte, a legilor mecanicii fluidelor şi, pe de altă parte, a legilor

conservării energiei.


Transferul de căldură prin convecţie (de exemplu, de la un

perete mai cald la un fluid mai rece) are loc în câteva etape:

• trecerea căldurii prin conducţie termică de la suprafaţa

peretelui la particulele de fluid adiacente acestuia;

• creşterea temperaturii şi a energiei interne a particulelor din

stratul de fluid de lângă perete, denumit strat limită;

• deplasarea particulelor cu energie mai mare către zone de

fluid cu temperaturi mai scăzute;

• amestecarea cu alte particule; în acest mod particulele cu

energie mai mare transmit o parte din energia lor celorlalte

particule.

Convecţia este un proces complex de transfer combinat de

energie, masă şi impuls.

Energia este înmagazinată în particulele de fluid şi transportată ca rezultat

al mişcării acestora. Pentru a studia transferul convectiv de căldură este

necesară cunoaşterea caracteristicilor de curgere a fluidului.


Relaţia de bază a transferului de căldură prin convecţie a fost propusă

de Newton în 1701 şi permite calculul căldurii schimbate între un fluid

şi suprafaţa unui perete:

= A(Tf – Ts)= AT [W]; q = / A = T [W/m2],

unde: este fluxul de căldură transferat prin convecţie;

q’ - densitatea de flux termic;

- coeficientul de schimb de căldură prin convecţie sau coeficientul de

convecţie, denumit uneori şi conductanţă termică convectivă sau

coeficient de schimb de căldură prin suprafaţă, în W/(m2.K);

Tf , Ts – temperatura fluidului (la o distanţă suficient de mare de

suprafaţă), respectiv, temperatura suprafeţei peretelui, în K;

T – diferenţa de temperatură între fluid şi perete;

A - aria suprafeţei de schimb de căldură a peretelui.

Adoptarea diferenţei de temperatură, Tf – Ts, presupune că

temperatura fluidului este mai mare decât cea a suprafeţei solide.

Valorile coeficientului de convecţie variază foarte mult de la un

fluid la altul şi depinde, de asemenea, de temperatură.



În tabel se prezintă valorile coeficientului pentru câteva medii

fluide frecvent întâlnite în practică.

Fluidul şi procesul de convecţie , W/( m2.K)

Aer, convecţie liberă

Aer sau abur supraîncălzit, convecţie forţată

Ulei, convecţie forţată

Apă, convecţie forţată

Apă la temperatura de fierbere

Abur, la temperatura de condensare

6…30

30…500

60…1800

300…40000

3000…60000

6000…120000

Rezistenţa termică la schimbul de căldură prin

convecţie Rconv se exprimă prin raportul dintre

diferenţa de temperatură şi densitatea de flux

termic. Rconv = T/qα

1convR [ m2.K/W].

Coeficientul de convecţie se obţine adesea din corelaţii implicând numere

adimensionale, în concordanţă cu scopul urmărit: Nu, Re, Gr, Pr.

- Criteriul Nusselt (Nu) realizează legătura dintre caracteristicile

dispozitivului luat în considerare: coeficientul de convecţie ,

conductivitatea termică a fluidului şi mărimea (diametrul unei ţevi

cilindrice, grosimea unei plăci plane etc.).

- Criteriul Reynolds (Re) caracterizează natura curgerii, laminară sau

turbulentă, în cazul convecţiei forţate în cazul convecţiei libere, numărul

Reynolds este înlocuit de criteriul Grashof (Gr), care este reprezentativ

în procesele de convecţie liberă şi caracterizează acţiunea reciprocă a

forţelor ascensionale şi a forţelor determinate de viscozitatea fluidului.

- Numărul Prandtl (Pr) este raportul dintre viscozitatea cinematică a

fluidului şi difuzivitatea termică a:

Cele mai simple relaţii care dau valorile lui Nu au următoarele forme:

convecţia forţată: Nu = b.Rem.Prn;

convecţia liberă Nu = b.Grm.Prn ,

în care: b, m şi n sunt coeficienţi numerici.

Valorile lui sunt cuprinse între 2 şi 200 W.m-1.K-1 în cazul gazelor şi

între 100 şi 2000 W.m-1.K-1 în cazul lichidelor.



Intrebari:

1. Cum se explica fenomenul transferului de caldura?

2. Care sunt cele 3 moduri de baza de transfer de caldura?

3. Corpul uman emite sau nu radiatie electromagnetica?

4. Cum se produce transferul termic intr-un sistem izolat intre doua corpuri cu

temperaturi diferite?

5. Ce se intelege prin conductie termica?

6. Cum se produce conductia termica in materiale nemetalice (dielectrice)?

7. Cum se produce conductia in cazul materialelor metalice si semiconductoare?

8. Ce este gradientul de temperatura?

9. Cum este definit fluxul termic si in ce unitati se masoara?

10.Cum este definita densitatea fluxului termic?

11.Ce este conductivitatea termica?

12.Conductivitatea termica este mai mare pentru metale pure sau pentru aliaje?

13.Ce este difuzivitatea termica si in ce unitati se masoara?

14.Cum este formulata legea lui Fourier?

15. Cum este definita rezistenta la conductie (analogie cu rezistenta electrica)?

16. Ce se intelege prin regim stationar si tranzitoriu in transferul termic?

17. Ce se intelege prin convectie termica?

18. Ce se intelege prin: convectie libera si convectie fortata?

Raspunsuri

1. Cum se explica fenomenul transferului de caldura?

Existenţa unui potenţial termic determină transferul spontan de energie de la corpul cu

temperatura mai ridicată la corpul cu temperatura mai scăzută.

2. Care sunt cele 3 moduri de baza de transfer de caldura?

Transferul căldurii se face în trei feluri: conducţie, convecţie şi radiaţie.

3. Corpul uman emite sau nu radiatie electromagnetica?

Corpul uman emite, radiatie termica, unde electromagnetice cu lungimea de undă de

aproximativ 10 micrometri.

4. Cum se produce transferul termic intr-un sistem izolat intre doua corpuri cu

temperaturi diferite?

Intr-un sistem izolat, în regim staţionar, cantitatea de căldură cedată de corpul cu temperatura

mai ridicată este egală cu cantitatea de căldură primită de corpul cu temperatura mai scăzută.

5. Ce se intelege prin conductie termica?

Conducţia este transferul căldurii dintre două materiale care intră în contact unul cu celălalt.

Energia cinetică moleculară a unui material (sau zona dintr-un material) se transferă unui alt

material (sau altei zone din acesta) cu energie cinetică mai mică prin intermediul coliziunilor

particulelor constituente.

6. Cum se produce conductia termica in materiale nemetalice (dielectrice)?

În cazul corpurilor solide nemetalice (dielectrice) conducţia termică are loc prin vibraţia termică a

reţelei cristaline, considerată ca o suprapunere de unde acustice elastice.

Astfel, între două feţe cu temperaturi diferite ale aceluiaşi cristal, energia termică este

transferată, de la faţa caldă spre cea rece, în mod similar propagării energiei electromagnetice

în spaţiu, prin intermediul fotonilor.


Curs 5 Intrebari si raspunsuri din cursul 5 continuare

7. Cum se produce conductia in cazul materialelor metalice si semiconductoare?

La corpurile solide metalice şi semiconductoare, conducţia se desfăşoară prin două procese

diferite: transfer de energie cu ajutorul fononilor, prin oscilaţii ale reţelei cristaline; transfer de

energie prin intermediul electronilor liberi (de valenţă), care pot fi consideraţi ca un gaz

monoatomic perfect.

8. Ce este gradientul de temperatura?

Gradientul de temperatură exprimă variaţia de temperatură într-un punct din spaţiu, la un moment

dat. Gradientul de temperatură reprezintă un vector normal la suprafaţa izotermă, egal numeric cu

derivata temperaturii în raport cu normala la suprafaţă:

9. Cum este definit fluxul termic si in ce unitati se masoara?

Fluxul de căldură (termic), Φ, reprezintă cantitatea de căldură care trece printr-un mediu sau de la

un corp la altul, printr-o anumită suprafaţă, în unitatea de timp: Φ = Q/ si se masoara in W.

10. Cum este definita densitatea fluxului termic?

Densitatea fluxului termic (fluxul unitar de căldură) reprezintă fluxul de căldură raportat la

suprafaţa de schimb de căldură.

11. Ce este conductivitatea termica?

Conductivitatea termică , [W/m.K] a unui material reprezintă cantitatea de căldură transferată

prin conducţie în unitatea de timp, prin unitatea de suprafaţă, la un gradient termic de 1 K/m.

12. Conductivitatea termica este mai mare pentru metale pure sau pentru aliaje?

Metalele pure au conductivitatea termică mai mare decât aliajele; prin urmare, prezenţa

elementelor de aliere sau a impurităţilor are ca efect scăderea drastică a conductivităţii.

13. Ce este difuzivitatea termica si in ce unitati se masoara?

Difuzivitatea termică, a = /.c [m2/s] a unui material este raportul dintre conductivitatea termica si

caldura specifica volumetrica. Difuzivitatea termică este o măsură a inerţiei termice a unui corp.

14. Cum este formulata legea lui Fourier?

Legea lui Fourier reprezintă ecuaţia de bază a conducţiei termice unidirecţionale printr-un

material cu conductivitatea termică λ. Exprimă faptul că fluxul de căldură printr-un material, în

cazul unui transfer de căldură unidirecţional, are forma:

15. Cum este definita rezistenta la conductie (analogie cu rezistenta electrica)?

/= Rcond este denumita rezistenta la conductie pentru un perete plan intr-un singur strat.

16. Ce se intelege prin regim stationar si tranzitoriu in transferul termic?

Transferul de caldura prin conductie se poate efectua in doua feluri: regim stationar, cand sunt

conditii stabile, caldura care iese din sistem este compensata de caldura care intra, temperatura

ramanand constanta; regim tranzitoriu cand caldura care iese sau intra nu este compensata si

temperatura variaza (incalzire, racire).

17. Ce se intelege prin convectie termica?

Convecţia termică – procesul de transfer al căldurii prin acţiunea combinată a conducţiei

termice, a acumulării de energie internă şi a mişcării de amestec. Convecţia este cel mai

important mecanism de schimb de căldură între o suprafaţă solidă şi un fluid, între care există

contact direct şi mişcare relativă.

18. Ce se intelege prin: convectie libera si convectie fortata?

Convecţia forţată are loc când este utilizată o formă de energie mecanică (de exemplu,

ventilatoare şi pompe) pentru a asigura curgerea fluidului de-a lungul peretului solid. Convecţia

liberă (naturală) - când forţele mişcării browniene de agitare datorate gradienţilor de densitate

sunt singura cauză a deplasărilor macroscopice ale fluidelor. Gradienţi de densitate sunt ei înşişi

dependenţi de gradienţii de temperatură din fluid.

Curs 5 Intrebari si raspunsuri din cursul 5 continuare

x

TA

d

d. [W]; [W/m2],

x

T

Aq

d

dλ

Inspectie termografica

Documents

Transcript of Inspectie termografica