题目
通过三层平壁的定态热传导,各层界面间接触均匀,第一层两侧温度为120℃和80℃,第三层外表面温度为40℃,则第一层热阻R1和第二、三层热阻R2 、R3的大小为( )A. R1> (R2 +R3)B. R1 C. 无法确定D. R1=(R2 +R3)
通过三层平壁的定态热传导,各层界面间接触均匀,第一层两侧温度为120℃和80℃,第三层外表面温度为40℃,则第一层热阻R1和第二、三层热阻R2 、R3的大小为( )
A. R1> (R2 +R3)
B. R1 < (R2 +R3)
C. 无法确定
D. R1=(R2 +R3)
题目解答
答案
D. R1=(R2 +R3)
解析
考查要点:本题主要考查热传导中的热阻串联规律,需要理解热阻在串联情况下的叠加关系,以及定态条件下各层热流量相等的特点。
解题核心思路:
- 热阻公式:热阻 $R = \frac{\Delta T}{Q}$,其中 $\Delta T$ 是温度差,$Q$ 是热流量。
- 串联热阻叠加:在定态条件下,热量通过各层平壁时热流量 $Q$ 相同,总热阻为各层热阻之和。
- 温度差分配:各层的温度差与热阻成正比,通过温度差关系可推导热阻关系。
破题关键点:
- 第一层的温度差为 $120^\circ \text{C} - 80^\circ \text{C} = 40^\circ \text{C}$,第二、三层的总温度差为 $80^\circ \text{C} - 40^\circ \text{C} = 40^\circ \text{C}$。
- 由于热流量 $Q$ 相同,温度差与热阻成正比,因此 $R_1 = R_2 + R_3$。
步骤1:明确热阻公式与串联关系
热阻公式为 $R = \frac{\Delta T}{Q}$,在串联情况下,总热阻 $R_{\text{总}} = R_1 + R_2 + R_3$,且各层热流量 $Q$ 相等。
步骤2:计算各层温度差
- 第一层温度差:$\Delta T_1 = 120^\circ \text{C} - 80^\circ \text{C} = 40^\circ \text{C}$
- 第二、三层总温度差:$\Delta T_{2+3} = 80^\circ \text{C} - 40^\circ \text{C} = 40^\circ \text{C}$
步骤3:比较热阻大小
由于 $Q$ 相同,温度差与热阻成正比:
- $R_1 = \frac{\Delta T_1}{Q} = \frac{40}{Q}$
- $R_2 + R_3 = \frac{\Delta T_{2+3}}{Q} = \frac{40}{Q}$
因此 $R_1 = R_2 + R_3$。