Проводимостта е способността на тяло или материал да предава топлина. При това той се движи през твърд обект или от един обект на друг, тъй като и двата са в контакт един с друг. Това е единственият начин топлината да преминава през цялото тяло. Възниква въпросът: „Как въздухът и другите материали провеждат топлината?“Разберете в статията!
Топлопроводимост
Способността за пренасяне на топлина в даден обект се нарича топлопроводимост. Това свойство се обозначава с буквата k и се измерва в W / (m × K). Стойностите на топлопроводимостта варират за различните материали. Така че златото, среброто и медта имат висока топлопроводимост. Между другото, тези материали също са добри проводници на електричество. Как въздухът провежда топлината? Отговорът е кратък: това е лош проводник. Високата проводимост на златото, среброто и медта се дължи на факта, че електроните, които са отговорни за пренасянето на заряд, също участват в преноса на топлинна енергия.
Но материали като стъкло и минерална вата имат ниска топлопроводимост. Това се обяснява с факта, че те имат много малко "свободни" електрони за пренос на топлинна енергия вътре в твърдото тяло. Материалите от този тип се наричат изолатори. Скоростта на пренос на топлина (тоест скоростта на движение на топлинната енергия) директно зависи от топлопроводимостта, температурната разлика и контактната площ и материала, който тялото притежава. По същата причина не може да се каже, че въздухът провежда топлината добре.
Ако материалът е добър проводник на топлина, тогава той бързо се движи през тялото. Металите се използват широко за целите на пренос на топлина, тъй като имат свойства, които позволяват на топлината да циркулира, като същевременно издържат на екстремните температури, свързани с нагряването.
Електроните са отговорни за преноса на топлинна енергия, както и за електрически заряд. Следователно металите са добри проводници на топлина и електричество! Ето къде се крие отговорът на въпроса: „Защо въздухът е лош проводник на топлина?“
Въпреки това, не бъркайте електрическата проводимост (която е свързана със заряда на електроните), когато имате предвид топлопроводимост (която е свързана с пренос на енергия на електрони).
Доказваме с опит
Опитайте да държите единия край на метален прът над пламък - след няколко минути той ще се нагрее.
Сега дръжте края на дървена пръчка в пламък и краят ще стане толкова горещ, че в крайна сметка ще се запали. Въпреки това краят на клечката за коятодръжте се, останете относително хладнокръвни.
Топлината не се разпространява в целия обем на тялото поради неговия състав: структурата му затруднява електроните да пренасят топлина през материала.
По този начин ежедневният опит показва, че дървото не е добър проводник на топлина. Ако някога сте виждали част от дърво под микроскоп, вероятно сте забелязали структурата на дървото: тя е съставена от отделни клетки, които действат като изолатори, тъй като не са свързани помежду си. Клетките са разпръснати като камъни в поток. Топлината преминава много по-бавно през такъв материал, отколкото в метали, където атомите са свързани заедно в триизмерна "решетка".
Въздухът е лош проводник на топлина. Опитът от ежедневния живот показва: помнете структурата на прозорците. Те винаги се състоят от поне две чаши, между които има въздушна "възглавница". Този слой помага да се запази топлината в стаята, без да се изпуска.
Така че, ако топлинната енергия се приложи директно към една част от твърд обект, електроните в обекта се възбуждат. Това води до вибрации на атомната решетка, които преминават през обекта, повишавайки температурата, докато преминават. Колкото по-близо са връзките в твърдото тяло, толкова по-бърз е топлопреминаването.
Течностите са лоши проводници на топлина
Ако фиксирате кубче лед на дъното на епруветка с вода (трябва да използвате тежест, за да направите това, в противен случай ще плува на повърхността, така чекато ледът има по-ниска плътност от водата) и след това загрейте водата в горната част на тръбата, ще откриете, че водата ще заври в горната част на тръбата и кубчето лед ще остане замръзнало.
Това се дължи на факта, че водата е лош проводник на топлина. По-голямата част от топлината ще се движи в конвекционен ток във водата в горната част на тръбата, само малка част от нея ще потъне в кубчето лед.
Как въздухът провежда топлина?
Въздухът е колекция от газове. Въпреки че е отличен за конвекция, количеството топлина, което може да предаде, е минимално, тъй като малката маса на материята не може да съхранява много топлина - поради което не се счита за добър проводник. Изолационните свойства на въздуха се използват от човечеството в ежедневието. Така че те се използват за изолация на охладители в стените на сграда. Дори работата на термоса се основава на факта, че въздухът не провежда добре топлината. Има наистина много примери!
И така, какво причинява това явление? Тъй като въздухът не е плътен, има известно количество маса за пренасяне на топлинна енергия чрез проводимост. Следователно, той е лош проводник, но отличен изолатор. Въпреки това, отговорът на въпроса: "Въздухът провежда ли топлина?" - не толкова еднозначно. И така, разгледайте следните явления.
Радиацията е пренос на енергия чрез вълни или възбудени частици. Въздухът създава топлинна междина, която не позволява на топлинната енергия да я преодолее. Топлината трябва да се излъчва от повърхността къмвъздушни частици, то трябва да се излъчва от въздуха към противоположната повърхност. Топлината се движи много бавно между трите материала и по-голямата част от пренесената топлинна енергия се абсорбира във въздуха.
Конвекцията е движението на топлина през течност или газ поради намаляване на плътността поради поглъщане на топлина. В този случай свойствата на въздуха стават изключително полезни. Той също така се движи нагоре чрез пренасяне на топлина от изолиран контейнер или пространство. Следователно конвекцията се използва за отстраняване на топлината и може да се използва за охлаждане на повърхността. Разпределението на топлината чрез конвекция във въздуха е донякъде неефективно, но се използва за много охлаждащи цели. Да, въздухът е лош проводник на топлина.
Примери за изолация
Изолацията се използва за много цели. Някои от тях включват охлаждащи напитки и храна, създаване на въздушни пролуки в стените и въвеждане на въздушни джобове в кухненските прибори. Характеристиките на това как въздухът провежда топлината се отнася дори за изолационна пяна.
Заключение
Проводимостта е преминаването на топлина през твърдо тяло. Различава се от явлението конвекция по това, че в процеса не се извършва движение на материята. Сега знаем дали въздухът провежда топлината добре и защо.
