Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

Теплопроводность через стенку толщины Δx между двумя областями с температурами T и T + ΔT соответственно. Количество теплоты, передаваемое за время Δt, равно

Кирпичная печь Антонио (илл. 4) имеет двойной теплоизолированный свод: его температура несколько выше, чем у рабочей поверхности печи, но для оценки мы примем и ее равной 330 °C (то есть 603 K). При этой температуре свод, как и боковые стенки, испускает электромагнитное, главным образом инфракрасное, излучение (см. главу 3, «Цветовое зрение»). Предполагая, что излучаемая мощность на единицу площади определяется законом Стефана – Больцмана (см. врезку «Закон Стефана – Больцмана»), получим

Q´/(St) = 5,67⋅10^–8 × 603⁴ = 7 500 Вт⋅м ^–2.

Таким образом, в течение 120 секунд, пока пицца находится в печи, она получает на единицу поверхности теплоту Q´/S = 7500 × 120 ≈ 900 кДж⋅м^–2, или 90 Дж⋅см^–2.

Кратко подведем итог: общее количество теплоты Q₀, подаваемое в пиццу, с одной стороны, обеспечивается теплопроводностью, а с другой – излучением, то есть Q₀ = Q + Q´ (илл. 5). Сложив 68 Дж/см² от теплопроводности и 90 Дж⋅см^–2 от излучения, действительно получим 160 Дж/см², то есть несколько меньше значения Q₀/S = 190 Дж/см². Напомним, что наши расчеты очень приблизительны: так, мы пренебрегли нагревом за счет конвекции, а также ролью начинки пиццы.

5. Процессы теплообмена при приготовлении пиццы. Излучение схематично обозначено красными стрелками, теплопроводность – зелеными, перенос водяного пара – голубыми дугами