Problem 10.81 Challenge
หัวข้อ: การถ่ายโอนพลังงาน (Energy Transfer)
บ่อน้ำอุณหภูมิ 0 °C ถูกปกคลุมด้วยชั้นของน้ำแข็งหนา 4.00 cm ถ้าอุณหภูมิของ อากาศคงที่เท่ากับ 10.0 °C จงหาระยะเวลาที่ทำให้น้ำแข็งหนาขึ้นเป็น 8.00 cm (ค่าความร้อนแฝงในการหลอมเหลวของน้ำแข็ง เท่ากับ 3.33×10⁵ J/kg, ความหนา แน่นของน้ำแข็ง เท่ากับ 917 kg/m³ และสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของน้ำแข็ง เท่ากับ 2.00 W/m·°C)?
คำตอบ
\(\Delta t =\frac{ρLx^{2}}{2k\Delta T}= 3.66\times 10^{4} s = 10.2 hr \;\blacksquare\)
\(\Delta t =\frac{ρLx^{2}}{2k\Delta T}= 3.66\times 10^{4} s = 10.2 hr \;\blacksquare\)
ดูวิธีทำ
กำหนดให้ \(ΔT = 10.0 - 0 = 10.0 °C, x_{1} = 4.00 cm, x_{2} = 8.00 cm,\)
\(L = 3.33\times 10^{5} J/kg, ρ = 917 kg/m^{3}\) และ \(k = 2.00 W/m·°C\)
จาก \(P = kA|\frac{dT}{dx}|\)
\(\frac{dQ}{dt}= kA|\frac{dT}{dx}|; P =\frac{dQ}{dt}\)
\(\frac{d(mL)}{dt}= kA\frac{\Delta T}{x}; Q = mL\)
\(L\frac{dm}{dt}= kA\frac{\Delta T}{x}\)
\(Lρ\frac{dV}{dt}= kA\frac{\Delta T}{x}; ρ =\frac{dm}{dV}\)
\(LρA\frac{dx}{dt}= kA\frac{\Delta T}{x}; dV = Adx\)
\(dt =\frac{ρL}{k\Delta T}xdx\)
\(_{t8.00 cm}\)
\(\int dt =\frac{ρL}{k\Delta T}\int xdx\)
\(_{t_{0}4.00 cm}\)
\(_{8.00 cm}\)
\(\Delta t =\frac{ρLx^{2}}{2k\Delta T}= 3.66\times 10^{4} s = 10.2 hr \;\blacksquare\)
\(_{4.00 cm}\)