Tấm cảm biến dòng nhiệt đo được gì mà nhiệt kế một điểm chưa cho biết?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Một tấm cảm biến dòng nhiệt có thể dùng chênh nhiệt giữa hai phía của lớp vật liệu đã biết đáp ứng để suy năng lượng đi qua mỗi đơn vị diện tích trong mỗi giây. Dãy cặp nhiệt điện biến chênh nhiệt nhỏ ấy thành điện áp đo được. Đây là phép đo khác đọc một nhiệt độ tại một chỗ.
Nhiệt độ là trạng thái, dòng nhiệt là sự truyền năng lượng
Một bề mặt có thể được giữ gần nhiệt độ không đổi trong khi liên tục nhận năng lượng ở một phía và truyền năng lượng ra phía khác. Giống mực nước trong bể có thể ổn định dù nước vẫn đi vào và ra, nhiệt độ không đổi không chứng minh dòng năng lượng bằng không.
Đại lượng thường đọc ở cảm biến này có đơn vị W/m²: công suất truyền qua một đơn vị diện tích. Nó không phải joule trên mét vuông, vì đại lượng sau chưa thể hiện tốc độ theo thời gian.
Lớp đo tạo một chênh nhiệt nhỏ
Trong điều kiện gần ổn định, nhiệt đi qua lớp có trở nhiệt sẽ tạo chênh nhiệt giữa hai phía. Nhiều cặp nhiệt điện nối thành thermopile cộng tín hiệu để nhận được điện áp hữu ích.
Hệ số hiệu chuẩn nối điện áp đầu ra với nhiệt thông trong miền làm việc. Một đầu đo nhiệt điện đơn lẻ không tự thành cảm biến nhiệt thông nếu thiếu hình học, đường truyền nhiệt và quan hệ quy đổi phù hợp.
Ví dụ: nhiệt đang qua một bức tường
Một tấm đo mỏng gắn đúng có thể ghi nhiệt thông cục bộ qua vùng tường đó. Tuy nhiên, kết quả tại một vị trí không tự đại diện toàn bộ căn phòng. Cầu nhiệt, cửa sổ, thời tiết và sự thay đổi theo thời gian còn ảnh hưởng diễn giải.
Tiếp xúc kém hoặc chính tấm đo làm thay đổi đường truyền nhiệt cũng gây sai khác. Một phép đo tốt cần thời gian đáp ứng, cách gắn và điều kiện biên thích hợp, thay vì chỉ chọn tấm càng dày càng dễ đo.
Hiểu lầm: hai vật cùng nhiệt độ mặt ngoài thì chắc chắn đang mất cùng công suất nhiệt. Cần biết dòng năng lượng, diện tích và các điều kiện trao đổi liên quan.
Ghi nhớ: nhiệt kế cho biết nóng lạnh tại chỗ; cảm biến nhiệt thông cho biết năng lượng truyền qua vùng đo nhanh chậm thế nào.
Đọc thêm
- Nhiệt kế nhiệt điện đo nhiệt độ bằng điện áp như thế nào?
- Vì sao lớp khí giữa hai tấm kính giúp cửa sổ hạn chế truyền nhiệt?