Физика > Тепловая передача: что такое проводимость?
Теплопередача и проводимость материалов. Изучите способы передачи тепла и обмена тепловой энергией, способы, виды и коэффициент теплопередачи, сопротивление.
Среди интересных форм энергии стоит вспомнить тепло. Оно не только поддерживает жизнь на нашей планете Земле, но и помогает во многих научных исследованиях. Например, если вы знаете как передать тепло и степень, в которой различные материалы способны обмениваться тепловой энергией, то сможете справиться с постройкой нагревателей, адаптацией к сменам сезонов и запуском космических кораблей.
Есть три способа теплопередачи: проводимость, конвекция и излучение. Среди них первый вид – наиболее распространенный. Это отдача тепла при физическом контакте. То есть, это все те разы, когда вы прикладываете руку к холодному оконному стеклу или ставите чайник с водой на огонь.
Это передача тепла на молекулярном уровне – от одного объекта к другому. Тепловая энергия впитывается поверхностью и приводит к тому, что молекулы движутся быстрее. В итоге они начинают сталкиваться и передают часть энергии соседям.
Есть 4 основных условия проводимости при теплопередаче: градиент температуры, сечение используемых материалов, их длины пути и свойства.
Градиент температуры – физическая величина, описывающая в какую сторону и с каким ускорением температурный показатель вычисляется в конкретном месте. Важно понимать, что температура всегда перетекает от самого горячего к холодному источнику, потому что второй – отсутствие тепловой энергии. Передача длится до того момента, пока не возникнет тепловое равновесие между объектами.
Важную роль играют поперечное сечение и длина пути. Чем крупнее материал, тем больше тепла понадобится для его нагрева. Также, чем больше площади оказывается на воздухе, тем быстрее тепло теряется. Поэтому, если вам нужно минимизировать потери, выбирайте объекты с меньшим поперечным сечением.
Последнее – физические свойства. Тут главное запомнить, что не все вещества по характеристике проводимости тепла равны. Хорошие проводники – металлы и камни, а вот бумага, воздух, дерево и ткань – плохие.
Нагрев металлического стержня пламенем демонстрирует проводимость
Свойства проводимости базируются на коэффициенте, измеряемом относительно серебра (100). Остальные материалы стоят ниже: медь (92), железо (11), вода (0.12) и дерево (0.03). В нулевой точке расположен вакуум.
Процесс теплопередачи способен столкнуться с сопротивлением. Плохие проводники именуют изоляторами. Воздух – исключительный изолятор, так как способен располагаться в вакууме. Поэтому в искусственных изоляторах устанавливают воздушные отсеки.
К природным изоляторам относят перья, натуральные волокна и меха. Они позволяют животным и людям сберегать тепло. У других (вроде морских котиков) эту роль играет жировая прослойка.
Это носовая часть корабля Discovery, созданный из термостойких углеродных композитов
То же самое используют при изоляции домов, различных зданий и космических аппаратов. Они могут внедрять запертые воздушные карманы между стенами, стекловолокно или пену. В космических кораблях пользуются последней, а также плиткой из диоксида кремния и армированным углеродным композиционным материалом. Все они относятся к плохим проводникам, поэтому защищают от холода и жары.
Законы по регулировке проводимости тепла сильно напоминают Закон Ома, отвечающий за электропроводность. Отличный проводник выступает материалом, позволяющим электрическому току проходить через себя без затруднений. А вот изолятор – материал, через который заряды не проходят спокойно.
Чаще всего плохие проводники тепла также плохо проводят электричество. Например, медь отлично срабатывает с теплом и ее часто применяют в электронике. Золото и серебро функционируют намного лучше, но здесь уже возникает ценовая проблема.
Если речь идет о заземлении заряда, то это попытка отправить заряд в физический контакт к Землей, где он теряется. Часто это происходит в электрических цепях, где люди должны обезопасить себя. Здесь применяют резиновые перчатки и подошвы, а также подойдут фарфор, стекло и полимеры.
