Plik przenoszenie ciepła przez przewodzenie Polega na przepływie lub przepływie energii między dwoma ciałami w różnych temperaturach, kiedy się zetkną. Ciepło przepływa z cieplejszego ciała do zimniejszego, dopóki oba nie osiągną tej samej temperatury. Mówi się wtedy, że układ osiągnął równowagę termiczną.
Jest to częsty mechanizm wymiany ciepła w ciałach stałych, chociaż występuje również wewnątrz gwiazd, które zwykle są gazowe. Jednak jądra gwiazd, które są zaawansowane w swojej ewolucji, są wystarczająco gęste, aby ten mechanizm był znaczący..
Indeks artykułów
Przenoszenie ciepła przez przewodzenie zachodzi poprzez wymianę energii między cząsteczkami, atomami i elektronami. Podczas wymiany cząstki bardziej energetyczne oddają część swojej energii cząstkom mniej energetycznym w wyniku zderzeń, które mają miejsce między nimi..
Na przykład w rondlu, który ma być podpalony, wszystkie cząsteczki materiału oscylują z określoną amplitudą. Płomień ogrzewa najbliższych i zaczynają szybciej wibrować, zwiększając amplitudę oscylacji i zyskując energię..
Część tej energii jest przekazywana sąsiednim cząsteczkom, które z kolei zwiększają amplitudę oscylacji, a także stopniowo pozyskują energię. Z tych cząstek część energii rozchodzi się w kierunku cząstek najbardziej oddalonych od płomienia.
Wzrost amplitudy oscylacji cząstek przekłada się na wzrost temperatury, który można wyczuć dłonią, jeśli zbliżysz się dostatecznie do metalu naczynia, w tym rączki lub rączek, stąd są one zawsze pokryte izolator, dzięki czemu można nimi manipulować bez spalania.
Jednak szybkość procesu przewodzenia zależy od materiału, ponieważ niektóre substancje przewodzą znacznie lepiej niż inne..
Pod tym względem metale są zdecydowanie doskonałymi przewodnikami ciepła i elektryczności. Są lepsze niż drewno i tworzywa sztuczne, ponieważ ich atomy mają co najmniej jeden wolny elektron w zewnętrznej powłoce, który może przemieszczać się przez materiał i przenosić energię wraz z nimi..
Ale, co zaskakujące, diament jest najlepszym przewodnikiem ciepła na rynku, chociaż ze względu na swoją cenę nie ma innej alternatywy, jak tylko zadowolić się metalami, jeśli chodzi o praktyczne zastosowania..
Nowe badania wskazują, że związek boru i arsenu jest prawdopodobnie tak dobry jak diament w skutecznym odprowadzaniu ciepła.
Aby dowiedzieć się, jak szybko ciepło rozchodzi się w wyniku przewodzenia, rozważ arkusz materiału o szerokości L i powierzchni bocznej A. Lewa strona styka się ze źródłem ciepła (na czerwono) w temperaturze Tgodz, podczas gdy druga ściana sąsiaduje z zimniejszym obiektem o temperaturze Tdo.
Ciepło Q przepływa między ścianami, od najgorętszej do najzimniejszej strony, w czasie Δt. Eksperymentalnie stwierdzono, że tempo zmian lub prędkość, z jaką ciepło przepływa między ścianami, jest proporcjonalne do:
-Obszar A twarzy.
-Różnica temperatur ΔT między nimi.
Jest również odwrotnie proporcjonalna do grubości L płyty. Matematycznie wyraża się to następująco:
Stała proporcjonalności nazywana jest przewodnością cieplną k, A zatem:
Przewodność cieplna jest cechą materiału. Jeśli chodzi o obecne jednostki, w systemie międzynarodowym Q jest mierzone w dżulach (J), Δt w sekundach (s), dlatego Q / Δt pozostaje w J / s, co jest równoważne watów (W). W tym przypadku jednostkami przewodnictwa cieplnego są W / m ∙ ºC, jeśli temperatura jest mierzona w stopniach Celsjusza lub W / m ∙ K przy zastosowaniu skali absolutnej w kelwinach.
Dobre przewodniki ciepła mają wysokie wartości k, podkreślanie metali i diamentów.
Ponieważ Q / Δt jest potęgą, jeśli jest oznaczane przez P, to mamy:
Poniżej przedstawiono przewodność cieplną niektórych znanych i często stosowanych substancji, w jednostkach międzynarodowego układu SI W / m ∙ K:
-Diament syntetyczny: 2000
-Srebro: 429
-Złoto: 317
-Miedź: 385
-Cynk: 116
-Wolfram: 174
-Powietrze: 0,024
Przenoszenie ciepła przez przewodzenie występuje w wielu aspektach życia codziennego:
Garnki, patelnie i ogólnie przybory kuchenne wykonane z metalu, takiego jak stal, mają uchwyty wykonane z materiału izolacyjnego. Zmniejsza to ryzyko oparzeń podczas obchodzenia się z nimi, gdy mają kontakt z płomieniem lub gdy zawartość jest gorąca..
Kiedy trzymasz w jednej ręce kawałek drewna, aw drugiej kawałek metalu, od razu widać, że jest chłodniejszy w dotyku. Metale, jak wyjaśniono powyżej, są dobrymi przewodnikami ciepła, więc ciepło przepływa szybciej z dłoni do metalu niż z dłoni do drewna..
W ten sposób kontakt z metalem szybciej chłodzi rękę trzymającej go osoby, przez co jest zimniejszy niż drewno, które nie jest tak dobrym przewodnikiem..
Nowe pokrowce są cieplejsze niż używane, a to dlatego, że nowe mają więcej powietrza we włóknach i porach. Im więcej powietrza w środku, tym lepiej działa osłona, ponieważ powietrze jest bardzo dobrym izolatorem termicznym.
W wielu częściach świata, gdzie zimą jest bardzo zimno, domy są chronione materiałami termoizolacyjnymi, dzięki czemu wnętrze pozostaje bardziej komfortowe.
Na przykład włókno szklane, które zawiera przestrzenie z powietrzem w środku, które działa jak izolator termiczny, zapobiegając ucieczce ciepła..
Pompy ciepła pobierają ciepło z maszyn, przewodząc ciepło metalowymi przewodami z przegrzanych części do chłodniejszych obszarów.
Gdy metalowy przedmiot jest podgrzewany, cząstki składowe oscylują z większą amplitudą, co powoduje zwiększenie wymiarów przedmiotu.
Pojemniki przeznaczone do dłuższego przechowywania żywności w dobrej kondycji są wykonane z materiału izolacyjnego, dzięki czemu ciepło z zewnątrz nie powoduje rozkładu żywności.
Przekrój miedzianego bloku ma powierzchnię 20 cmdwa i długość 50 cm. Jedna strona ma temperaturę 0 ° C, a drugą 100 ° C. Obliczyć szybkość przekazywania ciepła.
Wykorzystane zostanie wcześniej wyprowadzone równanie:
Z listy przewodności miedzi wynosi k = 400 W / m ∙ K i chociaż temperatury podane w zestawieniu są podane w stopniach Celsjusza, to przedział ΔT jest taki sam na obu skalach:
ΔT = 100 K.
Długość to L = 50cm = 0,5m, a powierzchnia to A = 20cmdwa = 0,002 mdwa, Pozostaje podstawić wartości w równaniu:
Jeszcze bez komentarzy