As jy op 'n houtstoel sit, word die oppervlak van die houtstoel warm. Omgekeerd, as jy op 'n stoel van plastiek of metaal sit, voel die oppervlak van die metaal- of plastiekstoel nie warm nadat jy daarop gesit het nie. Waarom is die oppervlak van 'n houtstoel warm, terwyl die oppervlak van 'n metaalstoel nie is nie? Waarom kan slaap op 'n koue vloer sonder 'n matras pyn veroorsaak? Het jy al ooit 'n koue baadjie gedra? Waarom is die meeste koue baadjies van wol gemaak? Daar is nog baie dinge om oor na te dink en te vra wat verband hou met die onderwerp van hitte-oordrag deur geleiding.
Berei 'n kers en 'n stukkie dun draad voor. Hou die een punt van die draad vas en raak die ander punt van die draad aan die kersvlam. Wag 'n paar oomblikke totdat jou hand warm voel. Hoekom voel jou hand warm? Wanneer die een punt van die draad die kersvlam raak, beweeg hitte van die kersvlam (hoë temperatuur) na die ander punt van die draad (lae temperatuur). Hierdie hitte-oordrag veroorsaak dat die temperatuur van die punt van die draad wat die vlam raak, toeneem. Die temperatuurverskil tussen die punt van die draad wat die kersvlam raak en die ander punt van die draad veroorsaak dat hitte beweeg van die punt van die draad wat die vlam raak na die punt van die draad wat deur jou hand aangeraak word. Hierdie hitte-oordrag veroorsaak dat die temperatuur van die punt van die draad wat aangeraak word, toeneem. Die hitte beweeg dan na jou koeler hand. Gevolglik voel jou hand warm.
Wanneer 'n deel van 'n voorwerp met 'n hoë temperatuur in aanraking kom met 'n voorwerp met 'n lae temperatuur, beweeg hitte van die voorwerp met die hoë temperatuur na die voorwerp met die lae temperatuur. Die bykomende energie veroorsaak dat die atome en molekules waaruit die voorwerp bestaan, vinniger beweeg. Soos hulle beweeg, het die molekules kinetiese energie (EK = ½ mv² ) . Die molekules wat vinniger beweeg (met groter kinetiese energie) bots met die molekules langs hulle. Hierdie molekules bots dan met ander molekules langs hulle. Ensovoorts. So bots die molekules met mekaar en dra energie oor. Hitte-oordrag wat plaasvind deur botsings tussen die molekules waaruit 'n voorwerp bestaan, word hitte-oordrag deur geleiding genoem.
Die formule vir hitte-oordrag deur geleiding
Die voorwerp aan die linkerkant het 'n hoër temperatuur (T1) terwyl die voorwerp aan die regterkant 'n laer temperatuur het (T2As gevolg van die verskil in temperatuur (T1 - T2), beweeg hitte van 'n voorwerp met 'n hoë temperatuur na 'n voorwerp met 'n lae temperatuur (die rigting van hittevloei is regs). Die voorwerp waardeur hitte beweeg, het 'n dwarssnitarea (A) en lengte (l).
Gebaseer op die resultate van die eksperiment, is die hitte wat oorgedra word gedurende 'n sekere tydsinterval (Q/t) direk eweredig aan die temperatuurverskil (T1 – T2 ) , dwarssnitarea (A), die aard van 'n voorwerp (k = termiese geleidingsvermoë) en omgekeerd eweredig aan die lengte van die voorwerp. Die formule vir die tempo van hitte-oordrag deur geleiding:
Beskrywing: Q/t = hitte-oordragtempo, k = termiese geleidingsvermoë, A = dwarssnitarea, T1 = hoë temperatuur, T2 = lae temperatuur, l = voorwerplengte.
Toepassing van hitte-oordrag deur geleiding
Waarom voel teëls koeler as matte? Teëls het groter termiese geleidingsvermoë as matte. Daarom is teëls goeie geleiers van hitte, terwyl matte swak geleiers van hitte is. Wanneer ons op 'n mat trap, vloei hitte van ons voete na die mat. Dit gebeur omdat ons liggaamstemperatuur hoër is as die temperatuur van die mat. Matte is swak geleiers van hitte, daarom versamel die hitte wat van ons voete af vloei op die oppervlak van die mat, wat die mat warmer maak. Wanneer ons op teëls of keramiek trap, vloei hitte van ons voete na die teëls of keramiek. Omdat teëls goeie geleiers van hitte is, word hitte nie op die oppervlak van die teëls behou nie. Hitte vloei glad, wat ons voete koud laat voel. As jou huis in 'n koue area is, moet jy jou slaapkamervloer met mat bedek sodat jou liggaam nie hitte verloor nie. Omgekeerd, as jou huis in 'n warm area is, moet jy nie jou slaapkamervloer met mat bedek nie, want jy sal nie koel voel nie, maar warm 😉
Om op die vloer te slaap sonder 'n matras kan siekte veroorsaak. Hoekom? Dit is omdat 'n groot hoeveelheid hitte van jou liggaam na die vloer oorgedra word. Hitte is energie in beweging. Wanneer jou liggaam baie hitte verloor, neem sy energievlakke af. As jy 'n gebrek aan energie het, kan jy siek word!
Wat is die funksie van vensters en deure? Waarom moet deure en vensters van hout gemaak word? Snags is die lugtemperatuur buite die huis laer as die lugtemperatuur binne die huis. Hierdie verskil in lugtemperatuur veroorsaak dat hitte van binne die huis na buite beweeg. Daarom maak ons snags gewoonlik die deure of vensters toe. Behalwe dat dit misdadigers wil afweer, is een van die funksies van vensters of deure om te verhoed dat hitte uit die huis ontsnap. Gewoonlik word deure of vensters van hout gemaak. Die termiese geleidingsvermoë van hout is laag genoeg dat dit as 'n termiese isolator kan dien. Nog 'n funksie van vensters of deure is om lug vas te hou. Lug wat aan die binnekant van die venster of deur vasgevang is, dien as 'n goeie isolator (wat hitte verhoed om te ontsnap). Die termiese geleidingsvermoë van lug is baie laag. Hoe laer die termiese geleidingsvermoë van 'n voorwerp, hoe moeiliker is dit vir hitte om deur geleiding deur daardie voorwerp oorgedra te word.
Behalwe dat ons ons status as beskaafde en normale mense handhaaf 🙂, dien klere ook om 'n stabiele liggaamstemperatuur te handhaaf. Die klere wat ons dra, word gewoonlik aangepas by die lugtemperatuur. Wanneer die lugtemperatuur redelik laag is, is die klere wat ons dra dikker. Komberse of dik klere (baadjies, ens.) verhoed dat lug glad beweeg. Lug word vasgevang tussen die vel en die baadjie of kombers. Omdat daar 'n temperatuurverskil tussen ons liggaam en die vasgekeerde lug is, beweeg hitte van die liggaam na die lug. Die bykomende hitte van die liggaam veroorsaak dat die temperatuur van die vasgekeerde lug styg (die lug word warmer). Kyk na die termiese geleidingsvermoë-tabel hierbo. Die termiese geleidingsvermoë-waarde van lug is baie klein. Daarom kan hitte nie uit die liggaam ontsnap nie. Ons liggaamstemperatuur bly stabiel. As ons nie 'n baadjie dra wanneer die lug redelik koud is nie, ontsnap hitte uit ons liggaam. Hoe meer hitte uit die liggaam ontsnap, hoe meer energie verloor die liggaam.
Voorbeeld van probleme
1. 2011/2012 Nasionale Eksamenvraag A81 Nr. 10
Gee aandag aan die volgende stelling!
(1) Metaalgeleidingsvermoë
(2) Die temperatuurverskil tussen die metaalpunte
(3) Lengte van metaal
(4) Metaalmassa
Die faktore wat die tempo van hittevoortplanting in metaal bepaal, is...
A. (1), (2) en (3)
B. (1) en (4)
C. (2) en (4)
D. (3) en (4)
Slegs E. (4)
Bespreking
Gebaseer op die formule vir die tempo van hitte-oordrag deur geleiding, is die faktore wat die tempo van hitte-oordrag bepaal die geleidingsvermoë van die metaal (k), die temperatuurverskil tussen die punte van die metaal (T) en die lengte van die metaal (l). Die massa van die metaal het geen effek nie.
Die korrekte antwoord is A.
