Johtavuus on kappaleen tai materiaalin kyky siirtää lämpöä. Tällöin se liikkuu kiinteän esineen läpi tai kohteesta toiseen, koska molemmat ovat kosketuksissa toisiinsa. Tämä on ainoa tapa, jolla lämpö pääsee kulkemaan koko kehon läpi. Herää kysymys: "Kuinka ilma ja muut materiaalit johtavat lämpöä?" Ota selvää artikkelista!
Lämmönjohtavuus
Kykyä siirtää lämpöä kohteen sisällä kutsutaan lämmönjohtavuudeksi. Tämä ominaisuus on merkitty kirjaimella k ja mitataan W / (m × K). Lämmönjohtavuusarvot vaihtelevat eri materiaaleilla. Joten kullalla, hopealla ja kuparilla on korkea lämmönjohtavuus. Muuten, nämä materiaalit ovat myös hyviä sähkönjohtimia. Miten ilma johtaa lämpöä? Vastaus on lyhyt: se on huono kapellimestari. Kullan, hopean ja kuparin korkea johtavuus johtuu siitä, että varauksen siirtymisestä vastaavat elektronit osallistuvat myös lämpöenergian siirtoon.
Mutta materiaaleilla, kuten lasilla ja mineraalivillalla, on alhainen lämmönjohtavuus. Tämä selittyy sillä, että heillä on hyvin vähän "vapaita" elektroneja lämpöenergian siirtoon kiinteän aineen sisällä. Tämän tyyppisiä materiaaleja kutsutaan eristeiksi. Lämmönsiirtonopeus (eli lämpöenergian liikenopeus) riippuu suoraan lämmönjohtavuudesta, lämpötilaerosta ja kosketuspinta-alasta ja materiaalista, joka kehossa on. Samasta syystä ei voida sanoa, että ilma johtaa lämpöä hyvin.
Jos materiaali johtaa hyvin lämpöä, se kulkee nopeasti kehon läpi. Metalleja käytetään laaj alti lämmönsiirtotarkoituksiin, koska niillä on ominaisuuksia, jotka mahdollistavat lämmön kiertämisen samalla kun ne kestävät lämmitykseen liittyviä äärimmäisiä lämpötiloja.
Elektronit ovat vastuussa lämpöenergian sekä sähkövarauksen siirrosta. Siksi metallit ovat hyviä lämmön ja sähkön johtimia! Tässä on vastaus kysymykseen: "Miksi ilma on huono lämmönjohdin?"
Älä kuitenkaan sekoita sähkönjohtavuutta (joka liittyy elektronien varaukseen), kun tarkoitat lämmönjohtavuutta (joka liittyy elektronienergian siirtoon).
Todistamme kokemuksella
Kokeile pitää metallitangon toista päätä liekin päällä - muutaman minuutin kuluttua se kuumenee.
Pidä nyt puutikun päätä liekissä ja pää kuumenee niin kuumaksi, että se lopulta syttyy tuleen. Kuitenkin lopussa tikku, jollepidä kiinni, pysy suhteellisen viileänä.
Lämpö ei leviä koko kehon tilavuuteen sen koostumuksen vuoksi: sen rakenne vaikeuttaa elektronien lämmönsiirtoa materiaalin läpi.
Jokapäiväinen kokemus osoittaa, että puu ei ole hyvä lämmönjohdin. Jos olet koskaan nähnyt osan puuta mikroskoopilla, olet luultavasti huomannut puun rakenteen: se koostuu yksittäisistä soluista, jotka toimivat eristeinä, koska ne eivät ole yhteydessä toisiinsa. Solut ovat hajallaan kuin kivet purossa. Lämpö kulkee paljon hitaammin tällaisen materiaalin läpi kuin metalleissa, joissa atomit ovat sitoutuneet yhteen kolmiulotteiseksi "hilaksi".
Ilma johtaa huonosti lämpöä. Arjen kokemus osoittaa: muista ikkunoiden rakenne. Ne koostuvat aina vähintään kahdesta lasista, joiden välissä on ilma "tyyny". Tämä kerros auttaa pitämään lämpöä huoneessa päästämättä sitä ulos.
Joten, jos lämpöenergiaa kohdistetaan suoraan johonkin kiinteän esineen osaan, kohteen elektronit virittyvät. Tämä johtaa atomihilan värähtelyihin, jotka kulkevat kohteen läpi ja nostavat lämpötilaa kulkiessaan. Mitä lähempänä kiinteän aineen linkit, sitä nopeampi lämmönsiirto.
nesteet ovat huonoja lämmönjohtajia
Jos kiinnität jääkuution vesikoeputken pohjalle (sinun on käytettävä painoa tehdäksesi tämän, muuten se kelluu pinnalla, jotenkuten jään tiheys on pienempi kuin veden) ja lämmitä sitten vettä putken yläosassa, huomaat, että vesi kiehuu putken yläosassa ja jääkuutio pysyy jäässä.
Tämä johtuu siitä, että vesi johtaa huonosti lämpöä. Suurin osa lämmöstä liikkuu konvektiovirrassa veden sisällä putken yläosassa, vain pieni osa siitä uppoaa jääkuutioon.
Miten ilma johtaa lämpöä?
Ilma on kokoelma kaasuja. Vaikka se soveltuu erinomaisesti konvektioon, sen siirtämä lämmön määrä on minimaalinen, koska pieni ainemassa ei pysty varastoimaan paljon lämpöä - minkä vuoksi sitä ei pidetä hyvänä johtimena. Ihmiskunta käyttää jokapäiväisessä elämässään ilman eristäviä ominaisuuksia. Joten niitä käytetään jäähdyttimien eristämiseen rakennuksen seinissä. Jopa termoksen työ perustuu siihen, että ilma ei johda lämpöä hyvin. Esimerkkejä on todella monia!
Mistä tämä ilmiö sitten johtuu? Koska ilma ei ole tiheää, käytettävissä on tietty määrä massaa lämpöenergian siirtämiseen johtumisen kautta. Siksi se on huono johdin, mutta erinomainen eriste. Siitä huolimatta vastaus kysymykseen: "Johtaako ilma lämpöä?" - ei niin yksiselitteistä. Harkitse siis seuraavia ilmiöitä.
Säteily on energian siirtoa a altojen tai virittyneiden hiukkasten kautta. Ilma muodostaa lämpöraon, joka ei anna lämpöenergian voittaa sitä. Lämpöä tulee säteillä pinnastailmahiukkasia, se tulee säteillä ilmasta vastakkaiselle pinnalle. Lämpö liikkuu hyvin hitaasti kolmen materiaalin välillä, ja suurin osa siirretystä lämpöenergiasta imeytyy ilmaan.
Konvektio on lämmön liikettä nesteen tai kaasun läpi lämmön absorption aiheuttaman tiheyden pienenemisen vuoksi. Tässä tapauksessa ilman ominaisuuksista tulee erittäin hyödyllisiä. Se liikkuu myös ylöspäin siirtämällä lämpöä eristetystä säiliöstä tai tilasta. Siksi konvektiota käytetään lämmön poistamiseen ja sitä voidaan käyttää pinnan jäähdyttämiseen. Lämmön jakautuminen konvektion kautta ilmassa on jokseenkin tehotonta, mutta sitä käytetään moniin jäähdytystarkoituksiin. Kyllä, ilma on huono lämmönjohdin.
Eristeesimerkit
Eristettä käytetään moniin tarkoituksiin. Joitakin näistä ovat juomien ja ruoan jäähdyttäminen, ilmarakojen luominen seiniin ja ilmataskujen sijoittaminen keittiövälineisiin. Ominaisuudet siitä, miten ilma johtaa lämpöä, pätevät myös eristysvaahtoon.
Johtopäätös
Johtavuus on lämmön kulkua kiinteän kappaleen läpi. Se eroaa konvektioilmiöstä siinä, että prosessissa ei tapahdu aineen liikettä. Nyt tiedämme johtaako ilma lämpöä hyvin ja miksi.
