Тхе топлотна струја је брзина којом се топлота преноси током времена. Због брзине топлотне енергије током времена СИ јединица топлотна струја је јоуле у секундиили В (В).
Топлина тече кроз материјалне објекте кроз проводљивост, са загрејаним честицама које своју енергију преносе на суседне честице. Научници су проучавали проток топлоте кроз материјале много пре него што су уопште знали да материјали чине атоме, а топлотна струја је један од концепата који су били од помоћи у овом погледу. И данас, иако се разумемо пренос топлоте да буде повезан са кретањем појединих атома, у већини ситуација је непрактично и бескорисно покушавати размишљати о ситуацији на тај начин, и одступање од лечења објекта у већем обиму је најприкладнији начин за проучавање или предвиђање кретања топлота.
Математика топлотне струје
Зато што топлотна струја представља проток топлотна енергија с временом можете размишљати о томе као о малој количини топлотне енергије, дК (К је променљива која се обично користи за представљање топлотне енергије), која се преноси током малог времена,
дт. Коришћење променљиве Х да представља топлотну струју, ово вам даје једначину:Х = дК / дт
Ако сте узели претказ или рачуница, можда ћете схватити да је таква стопа промене одличан пример када бисте желели да се ограничите како се време приближава нули. Експериментално то можете постићи мерењем промене топлине у мањим и мањим временским интервалима.
Експерименти спроведени за утврђивање топлотне струје идентификовали су следећи математички однос:
Х = дК / дт = кА (ТХ - ТЦ) / Л
То може изгледати као застрашујући низ варијабли, па хајде да их разделимо (неке од њих су већ објасњене):
- Х: топлотна струја
- дК: мала количина топлоте која се преноси током времена дт
- дт: мала количина времена дК је пребачен
- к: топлотна проводљивост материјала
- А: површина попречног пресека објекта
- ТХ - ТЦ: температурна разлика између најтоплијих и најхладнијих температура у материјалу
- Л: дужина преко које се преноси топлота
Постоји један елемент једначине који треба размотрити независно:
(ТХ - ТЦ) / Л
Ово је разлика температуре по јединици дужине, позната и као температурни градијент.
Топлински отпор
У инжењерству често користе концепт топлотног отпора, Р, како би описао колико топлотни изолатор спречава преношење топлоте кроз материјал. За плочу од дебљине материјала Л, однос за дати материјал је Р = Л / к, што резултира овом везом:
Х = А(ТХ - ТЦ) / Р