Vodivosť je schopnosť telesa alebo materiálu prenášať teplo. Pri tom sa pohybuje cez pevný predmet alebo z jedného predmetu na druhý, pretože oba sú vo vzájomnom kontakte. Len tak môže teplo prechádzať celým telom. Vynára sa otázka: „Ako vzduch a iné materiály vedú teplo? Dozviete sa v článku!
Tepelná vodivosť
Schopnosť prenášať teplo v rámci objektu sa nazýva tepelná vodivosť. Táto vlastnosť sa označuje písmenom k a meria sa vo W / (m × K). Hodnoty tepelnej vodivosti sa líšia pre rôzne materiály. Takže zlato, striebro a meď majú vysokú tepelnú vodivosť. Mimochodom, tieto materiály sú tiež dobrými vodičmi elektriny. Ako vzduch vedie teplo? Odpoveď je krátka: je to zlý dirigent. Vysoká vodivosť zlata, striebra a medi je spôsobená tým, že na prenose tepelnej energie sa podieľajú aj elektróny, ktoré sú zodpovedné za prenos náboja.
Ale materiály ako sklo a minerálna vlna majú nízku tepelnú vodivosť. Vysvetľuje to skutočnosť, že majú veľmi málo "voľných" elektrónov na prenos tepelnej energie vo vnútri pevnej látky. Materiály tohto typu sa nazývajú izolátory. Rýchlosť prenosu tepla (tj rýchlosť pohybu tepelnej energie) priamo závisí od tepelnej vodivosti, teplotného rozdielu a kontaktnej plochy a materiálu, ktorým telo disponuje. Z rovnakého dôvodu nemožno povedať, že vzduch dobre vedie teplo.
Ak je materiál dobrým vodičom tepla, rýchlo sa pohybuje telom. Kovy sa široko používajú na účely prenosu tepla, pretože majú vlastnosti, ktoré umožňujú cirkuláciu tepla a súčasne odolávajú extrémnym teplotám spojeným s vykurovaním.
Sú to elektróny, ktoré sú zodpovedné za prenos tepelnej energie, ako aj elektrického náboja. Preto sú kovy dobrými vodičmi tepla a elektriny! Tu je odpoveď na otázku: „Prečo je vzduch zlým vodičom tepla?“
Nezamieňajte si však elektrickú vodivosť (ktorá súvisí s nábojom elektrónov), keď máte na mysli tepelnú vodivosť (ktorá súvisí s prenosom energie elektrónov).
Dokazujeme skúsenosťami
Skúste podržať jeden koniec kovovej tyče nad plameňom – po niekoľkých minútach sa zahreje.
Teraz držte koniec drevenej palice v plameni a koniec sa tak rozpáli, že sa nakoniec vznieti. Však koniec palice za ktorývydrž, zostaň relatívne v pohode.
Teplo sa nešíri po celom objeme tela kvôli jeho zloženiu: jeho štruktúra sťažuje elektrónom prenos tepla cez materiál.
Každodenná skúsenosť teda ukazuje, že drevo nie je dobrým vodičom tepla. Ak ste niekedy videli rez dreva pod mikroskopom, určite ste si všimli štruktúru dreva: skladá sa z jednotlivých buniek, ktoré fungujú ako izolanty, pretože nie sú navzájom prepojené. Bunky sú rozptýlené ako kamene v potoku. Teplo sa cez takýto materiál šíri oveľa pomalšie ako v kovoch, kde sú atómy navzájom spojené v trojrozmernej „mriežke“.
Vzduch je zlý vodič tepla. Skúsenosti z každodenného života ukazujú: pamätajte na štruktúru okien. Vždy pozostávajú minimálne z dvoch skiel, medzi ktorými je vzduchový „vankúš“. Táto vrstva pomáha udržiavať teplo v miestnosti bez toho, aby ho prepúšťalo von.
Ak sa teda tepelná energia aplikuje priamo na jednu časť pevného objektu, elektróny v objekte sa excitujú. To má za následok vibrácie atómovej mriežky, ktoré prechádzajú objektom a zvyšujú teplotu pri prechode. Čím bližšie sú spojenia v pevnom tele, tým rýchlejší je prenos tepla.
Kvapaliny sú zlými vodičmi tepla
Ak pripevníte kocku ľadu na dno skúmavky s vodou (na to musíte použiť závažie, inak bude plávať na hladine, takžeľad má menšiu hustotu ako voda) a potom zohrejte vodu v hornej časti skúmavky, zistíte, že voda v hornej časti skúmavky vrie a kocka ľadu zostane zamrznutá.
Je to spôsobené tým, že voda je zlým vodičom tepla. Väčšina tepla sa bude pohybovať v konvekčnom prúde vo vode v hornej časti trubice, iba malá časť z neho klesne na kocku ľadu.
Ako vzduch vedie teplo?
Vzduch je zhluk plynov. Hoci je vynikajúci na konvekciu, množstvo tepla, ktoré dokáže odovzdať, je minimálne, pretože malá hmota hmoty nedokáže uložiť veľa tepla – preto sa nepovažuje za dobrý vodič. Izolačné vlastnosti vzduchu využíva ľudstvo v každodennom živote. Používajú sa teda na izoláciu chladičov v stenách budovy. Aj práca termosky je založená na tom, že vzduch zle vedie teplo. Príkladov je naozaj veľa!
Čo teda spôsobuje tento jav? Pretože vzduch nie je hustý, je k dispozícii určité množstvo hmoty na prenos tepelnej energie vedením. Preto je to slabý vodič, ale výborný izolant. Odpoveď na otázku: "Vedie vzduch teplo?" - nie také jednoznačné. Zvážte teda nasledujúce javy.
Žiarenie je prenos energie prostredníctvom vĺn alebo excitovaných častíc. Vzduch vytvára tepelnú medzeru, ktorá neumožňuje, aby ju prekonala tepelná energia. Teplo musí byť vyžarované z povrchu dočastice vzduchu, potom by mal byť vyžarovaný zo vzduchu na opačný povrch. Teplo sa medzi týmito tromi materiálmi pohybuje veľmi pomaly a väčšina odovzdanej tepelnej energie sa absorbuje vo vzduchu.
Konvekcia je pohyb tepla cez kvapalinu alebo plyn v dôsledku zníženia hustoty v dôsledku absorpcie tepla. V tomto prípade sú vlastnosti vzduchu mimoriadne užitočné. Pohybuje sa nahor aj prenosom tepla z izolovanej nádoby alebo priestoru. Preto sa konvekcia používa na odvádzanie tepla a môže sa použiť na chladenie povrchu. Distribúcia tepla konvekciou vo vzduchu je trochu neefektívna, ale používa sa na mnohé účely chladenia. Áno, vzduch je zlý vodič tepla.
Príklady izolácie
Izolácia sa používa na mnohé účely. Niektoré z nich zahŕňajú chladenie nápojov a potravín, vytváranie vzduchových medzier v stenách a zavádzanie vzduchových vreciek do kuchynského náradia. Vlastnosti, ako vzduch vedie teplo, platia dokonca aj pre izolačnú penu.
Záver
Vodivosť je prechod tepla cez pevné teleso. Od fenoménu konvekcie sa líši tým, že v procese nedochádza k žiadnemu pohybu hmoty. Teraz vieme, či vzduch dobre vedie teplo a prečo.
