Vadītspēja ir ķermeņa vai materiāla spēja nodot siltumu. To darot, tas pārvietojas pa cietu objektu vai no viena objekta uz otru, jo abi saskaras viens ar otru. Tas ir vienīgais veids, kā siltums iziet cauri visam ķermenim. Rodas jautājums: "Kā gaiss un citi materiāli vada siltumu?" Uzziniet rakstā!
Siltumvadītspēja
Spēju nodot siltumu objektā sauc par siltumvadītspēju. Šo īpašību apzīmē ar burtu k, un to mēra W / (m × K). Siltumvadītspējas vērtības dažādiem materiāliem atšķiras. Tātad zeltam, sudrabam un vara ir augsta siltumvadītspēja. Starp citu, šie materiāli ir arī labi elektrības vadītāji. Kā gaiss vada siltumu? Atbilde ir īsa: tas ir slikts diriģents. Zelta, sudraba un vara augstā vadītspēja ir saistīta ar to, ka elektroni, kas ir atbildīgi par lādiņa pārnesi, piedalās arī siltumenerģijas pārnesē.
Bet tādiem materiāliem kā stikls un minerālvate ir zema siltumvadītspēja. Tas izskaidrojams ar to, ka tiem ir ļoti maz "brīvo" elektronu siltumenerģijas pārnešanai cietās vielas iekšienē. Šāda veida materiālus sauc par izolatoriem. Siltuma pārneses ātrums (tas ir, siltumenerģijas kustības ātrums) ir tieši atkarīgs no siltumvadītspējas, temperatūras starpības un kontakta laukuma un materiāla, kas ir ķermenim. Tā paša iemesla dēļ nevar teikt, ka gaiss labi vada siltumu.
Ja materiāls ir labs siltuma vadītājs, tad tas ātri pārvietojas pa ķermeni. Metālus plaši izmanto siltuma pārneses nolūkos, jo tiem piemīt īpašības, kas nodrošina siltuma cirkulāciju, vienlaikus izturot ar karsēšanu saistītās ekstremālās temperatūras.
Tieši elektroni ir atbildīgi par siltumenerģijas, kā arī elektriskā lādiņa pārnesi. Tāpēc metāli ir labi siltuma un elektrības vadītāji! Šeit ir atbilde uz jautājumu: "Kāpēc gaiss ir slikts siltuma vadītājs?"
Tomēr nejauciet elektrisko vadītspēju (kas ir saistīta ar elektronu lādiņu), ar to domājot siltumvadītspēju (kas ir saistīta ar elektronu enerģijas pārnesi).
Mēs pierādam ar pieredzi
Mēģiniet turēt vienu metāla stieņa galu virs liesmas - pēc dažām minūtēm tas uzkarsīs.
Tagad turiet koka kociņa galu liesmā, un gals kļūs tik karsts, ka galu galā aizdegsies. Tomēr nūjas gals kuramtu turies, esi samērā vēss.
Siltums neizplatās visā ķermeņa tilpumā tā sastāva dēļ: tā struktūra apgrūtina elektronu siltuma pārnesi caur materiālu.
Tādējādi ikdienas pieredze liecina, ka koksne nav labs siltuma vadītājs. Ja kādreiz esat redzējis koksnes daļu zem mikroskopa, jūs, iespējams, pamanījāt koka struktūru: to veido atsevišķas šūnas, kas darbojas kā izolatori, jo tās nav savstarpēji saistītas. Šūnas ir izkaisītas kā akmeņi straumē. Siltums pa šādu materiālu pārvietojas daudz lēnāk nekā metālos, kur atomi ir saistīti kopā trīsdimensiju "režģī".
Gaiss ir slikts siltuma vadītājs. Ikdienas pieredze liecina: atcerieties logu uzbūvi. Tās vienmēr sastāv vismaz no divām glāzēm, starp kurām atrodas gaisa "spilvens". Šis slānis palīdz uzturēt siltumu telpā, neizlaižot to ārā.
Tātad, ja siltumenerģija tiek pielietota tieši vienai cieta objekta daļai, objektā esošie elektroni tiek satraukti. Tā rezultātā rodas atomu režģa vibrācijas, kas pārvietojas caur objektu, paaugstinot temperatūru, kad tās iet. Jo ciešākas saites ir cietā vielā, jo ātrāka ir siltuma pārnese.
Šķidrumi ir slikti siltuma vadītāji
Ja piestiprināt ledus kubu ūdens mēģenes apakšā (lai to izdarītu, jāizmanto atsvars, pretējā gadījumā tas peldēs pa virsmu, tāpēctāpat kā ledus blīvums ir mazāks nekā ūdenim) un pēc tam uzkarsējiet ūdeni caurules augšpusē, jūs redzēsiet, ka ūdens vārīsies caurules augšpusē un ledus kubs paliks sasalis.
Tas ir saistīts ar faktu, ka ūdens slikti vada siltumu. Lielākā daļa siltuma pārvietosies konvekcijas strāvā ūdens iekšpusē caurules augšpusē, tikai neliela daļa no tā nogrims ledus kubā.
Kā gaiss vada siltumu?
Gaiss ir gāzu kopums. Lai gan tas ir lieliski piemērots konvekcijai, siltuma daudzums, ko tas var pārnest, ir minimāls, jo mazā vielas masa nespēj uzglabāt daudz siltuma, tāpēc to neuzskata par labu vadītāju. Gaisa izolējošās īpašības cilvēce izmanto ikdienas dzīvē. Tātad tos izmanto, lai izolētu dzesētājus ēkas sienās. Pat termosa darbs ir balstīts uz to, ka gaiss slikti vada siltumu. Piemēru tiešām ir daudz!
Kas izraisa šo parādību? Tā kā gaiss nav blīvs, ir pieejams zināms masas daudzums siltumenerģijas pārnešanai caur vadītspēju. Tāpēc tas ir slikts vadītājs, bet lielisks izolators. Tomēr atbilde uz jautājumu: "Vai gaiss vada siltumu?" - ne tik viennozīmīgi. Tātad, apsveriet šādas parādības.
Radiācija ir enerģijas pārnešana caur viļņiem vai ierosinātām daļiņām. Gaiss rada siltuma spraugu, kas neļauj siltumenerģijai to pārvarēt. Siltums ir jāizstaro no virsmas uzgaisa daļiņas, tad tas jāizstaro no gaisa uz pretējo virsmu. Siltums ļoti lēni pārvietojas starp trim materiāliem, un lielākā daļa pārnestās siltumenerģijas tiek absorbēta gaisā.
Konvekcija ir siltuma kustība caur šķidrumu vai gāzi, ko izraisa blīvuma samazināšanās siltuma absorbcijas dēļ. Šajā gadījumā gaisa īpašības kļūst ārkārtīgi noderīgas. Tas arī virzās uz augšu, pārnesot siltumu no izolētas tvertnes vai telpas. Tāpēc siltuma noņemšanai tiek izmantota konvekcija, un to var izmantot virsmas atdzesēšanai. Siltuma sadale caur konvekciju gaisā ir nedaudz neefektīva, tomēr to izmanto daudziem dzesēšanas mērķiem. Jā, gaiss ir slikts siltuma vadītājs.
Izolācijas piemēri
Izolāciju izmanto daudziem mērķiem. Daži no tiem ietver dzērienu un pārtikas atdzesēšanu, gaisa spraugu izveidošanu sienās un gaisa kabatu ievietošanu virtuves piederumos. Pazīmes, kā gaiss vada siltumu, attiecas pat uz izolācijas putām.
Secinājums
Vadītspēja ir siltuma pāreja caur cietu ķermeni. Tas atšķiras no konvekcijas fenomena ar to, ka procesā nenotiek vielas kustība. Tagad mēs zinām, vai gaiss labi vada siltumu un kāpēc.
