Теплопровідність – доповідь
У звичайнісінькій квартирі знаходиться безліч об’єктів і пристроїв, які допоможуть продемонструвати деякі фізичні явища і закони, причому з найрізноманітніших розділів цієї науки – від класичної механіки до квантової фізики і початків теорії відносності.
Наприклад, чому вікно в квартирі, яка відділяє її від морозного повітря всього двома тонкими стеклами, зберігає тепло? Причина полягає в особливому властивості речовини – теплопровідності.
Теплообмін, або теплопередача, – це фізичний процес, при якому тепло переноситься від теплого об’єкта до холодного (або від теплої частини одного об’єкта до холодної). Теплопередача може відбуватися при безпосередньому контакті двох об’єктів (теплопровідність), перемішуванні газів або рідин (конвекція) і випромінюванні тепла.
Теплопровідність – здатність матеріалу передавати через свій обсяг тепловий потік, що виникає внаслідок різниці температур на протилежних поверхнях предмета. Дане явище пояснюється тим, що кінетична енергія атомів і молекул, яка визначає температуру тіла, переноситься з більш нагрітих частин предмета до його менш нагрітих частинах.
Різні матеріали проводять теплоту по-різному: одні швидше (наприклад, метали), інші повільніше (теплоізоляційні матеріали). Повітря – дуже поганий провідник тепла, якщо тільки він не рухається. А ось переміщення повітря допомагає тепла переходити від одного тіла до іншого, в чому легко переконатися, потримавши руку над полум’ям (тільки не слід підносити її близько до вогню!). Тому такі речовини або пристрої, всередині яких утримується повітря, чудово зупиняють витік тепла. Про них можна сказати, що вони хороші тепло-ізолятори. Саме такими є наші вікна.
Віддається нашим тілом тепло нагріває верхні шари холодного предмета. Але якщо він має високу теплопровідність (як метал), то енергія швидко розтікається по всьому його об’єму, зростання температури виявляється незначним, і перетікання тепла триває – ми відчуваємо, що предмет залишається холодним.
Висока теплопровідність металів пояснюється наявністю в них вільних електронів – тих самих, що забезпечують електропровідність металів. Електрони в металах, на відміну від атомів, не залишаються на місці, а швидко переміщаються по всьому об’єму тіла, переносячи при цьому тепло.
Що станеться, якщо звичайний чайник або каструлю з водою поставити на плиту (неважливо яку – газову або електричну)? Молекули палаючого газу або розпеченої електричної спіралі стануть рухатися набагато швидше, ніж до включення плити. Тому-то вони і гарячі – газ і спіраль. Ці швидкі молекули вдаряються об молекули металу на зовнішній стороні денця чайника, і ті, в свою чергу, починають рухатися швидше. Потім вже вони соударяются з молекулами, що знаходяться вище, які теж починають бігати інтенсивніше. Ось так, від молекули до молекули, це швидке тепловий рух передається через метал до рідини в чайнику.
Від чого залежить теплопровідність?
Теплопровідність залежить від щільності матеріалу, його будови, пористості, а також від того, як впорядковані атоми в речовині. Зі збільшенням середньої щільності теплопровідність зростає, а чим вище пористість (менше щільність) матеріалу, тим нижче теплопровідність. У металів атоми упаковані щільно і впорядковано, тому теплопровідність металів дуже висока – вони швидко віддають і отримують тепло. У газах основну частину обсягу становить порожнеча, молекули в газі зустрічаються рідко і пробігають великі відстані, поки не зіткнуться один з одним, тому гази погано передають тепло і є хорошими утеплювачами. Чим менш щільний газ, тим повільніше він передає тепло. Наприклад, в космосі, де панує майже абсолютна порожнеча (вакуум), тепло передається тільки шляхом випромінювання.
(3 votes, average: 4.67 out of 5)