Почему стальной стержень продолжает повышать свою температуру после удаления источника тепла?

У температуры нет механической инерции (в смысле следования законам Ньютона) или импульса; За исключением химической реакции, такой как горение, вы не можете использовать пламя для нагрева любого материала до температуры выше адиабатической температуры пламени , независимо от скорости нагрева. Другими словами, температура никогда не превышает температуру источника нагрева.

Одна из возможностей, как вы заметили, заключается в том, что более холодная область стержня/датчика продолжала нагреваться от более горячей области стержня даже после того, как источник тепла был удален. В этом случае температура продолжала бы расти, но не превышала бы температуру пламени.

Вероятно, это связано с температуропроводностью. $\alpha = \kappa/(\rho c_p)$. Это равно$\frac{\frac{\partial T}{\partial t}}{\nabla ^2 T}$если пренебречь эффектами конвекции и излучения. Эта последняя формула дает некоторое представление. Чем быстрее изменяется температура по сравнению с ее кривизной (или расходимостью градиента Т), тем больше температуропроводность. Итак, из вашего описания все, кажется, указывает на то, что коэффициент температуропроводности металла (стали?) достаточно низок, чтобы гарантировать, что холодная сторона все равно будет иметь повышение температуры даже около$15\ \mathrm{s}$после удаления горячего источника.

Также я не согласен с утверждением, что температура не имеет инерции. Например, тепло от Солнца будет распространяться через земную поверхность таким образом, что можно копать на несколько метров ниже поверхности земли и определять летнее и зимнее время. Но амплитуда колебаний температуры экспоненциально затухает с глубиной. На больших глубинах (примерно выше 20 м или около того) различима только средняя поверхностная температура. Если копнуть достаточно глубоко, то можно узнать среднюю температуру поверхности за сотни лет и даже больше (я помню несколько статей об этом, может позже попробую привести ссылки).

Приведенный выше пример актуален, потому что он показывает, что даже если бы Солнце было внезапно удалено, тепло прошлых лет все равно распространялось бы все глубже и глубже в землю, нагревая более холодные части, даже после того, как источник тепла (Солнце) удален. То же самое, вероятно, происходит из-за того, что вы описываете с нагретым стержнем под пламенем, внезапно удаленным.

Подводя итог, вы заметили особенность кондуктивного теплообмена. Это нормально и может случиться с любым твердым телом. Тот факт, что повышение температуры продолжалось около 15 с после удаления источника тепла, объясняется как геометрией материала, так и его тепловыми свойствами, в частности его температуропроводностью. Материал с той же геометрией, что и у стального стержня, но с более высокой диффузионной способностью, такой как медь, будет демонстрировать более короткое время, и наоборот: материал с более низкой диффузионной способностью, такой как стекло, будет демонстрировать это повышение температуры на более холодной стороне дольше.

После того, как источник тепла удален, стержень сразу же начинает остывать. Однако это означает, что средняя температура бара снижается. Пока существует разница температур, тепло будет продолжать течь от более горячих областей к более холодным.

В некоторых точках указанная температура начинает снижаться, это точка, в которой материал на датчике отдает больше тепла окружающему более холодному материалу, чем получает от более горячих областей.