1. Definició de transferència de calor per conducció
Si seueu en una cadira de fusta, la superfície de la cadira de fusta s'escalfa. Per contra, si seueu en una cadira de plàstic o metall, la superfície d'una cadira de metall o plàstic no s'escalfa després de seure. Per què s'escalfa la superfície de la cadira de fusta, mentre que la superfície de la cadira metàl·lica no? Per què dormir en un terra fred sense matalàs pot causar dolor? Heu portat mai una jaqueta anticontaminació? Per què la majoria de les jaquetes anticontaminació estan fetes de llana? Encara hi ha moltes coses que es poden considerar i qüestionar relacionades amb el tema de la transferència de calor per conducció.
Quan una part d'un objecte a alta temperatura està en contacte amb un objecte a baixa temperatura, l'energia es mou d'un objecte a alta temperatura a una part de l'objecte a baixa temperatura. L'addició d'energia fa que els àtoms i les molècules facin que les coses es moguin més ràpid. Quan es mou, la molècula té energia cinètica (KE = 1/2 mv² ) . Les molècules que es mouen més ràpid (amb més energia cinètica) colpegen les molècules del costat. La molècula xoca amb una altra molècula del costat. Així successivament. Així, les molècules xoquen entre si mentre mouen energia. La transferència de calor que es produeix a través de col·lisions entre les molècules de l'objecte s'anomena transferència de calor per conducció.
2. L'equació de la transferència de calor per conducció
L'objecte situat a l'esquerra té una temperatura més alta (T1) mentre que l'objecte situat a la dreta té una temperatura més baixa (T2). A causa de la diferència de temperatura (T1 - T2), la calor es mou d'un objecte d'alta temperatura a un objecte de baixa temperatura (la direcció del flux de calor cap a la dreta). L'objecte que travessa la calor té una àrea de secció transversal (A) i una longitud (l).
Segons els resultats de l'experiment, la calor que es mou durant un cert interval de temps (Q/t) és directament proporcional a la diferència de temperatura (T1 – T2 ) ,
l'àrea de la secció transversal (A), la naturalesa d'un objecte (k = conductivitat tèrmica) i inversament proporcional a la longitud de l'objecte. La fórmula per a la transferència de calor per conducció:
Descripció: Q/t = taxa de transferència de calor, k = conductivitat tèrmica, A = àrea de la secció transversal, T1 = alta temperatura, T2 = baixa temperatura, l = longitud de l'objecte.
3. La conductivitat tèrmica (k)
Per què la majoria dels estris de cuina estan fets d'alumini? Si la mà esquerra sosté la planxa i la dreta el got, aleshores la planxa i el vidre es toquen amb el foc. Se sent més ràpid amb la mà esquerra o la dreta? Aquestes preguntes i potser altres que us fareu estan relacionades amb la conductivitat tèrmica dels objectes. La conductivitat tèrmica d'un objecte és la capacitat d'un objecte per moure la calor a través d'ell. Els objectes que tenen una conductivitat tèrmica elevada (k) són bons conductors de calor (bons conductors tèrmics). Per contra, els objectes que tenen una conductivitat tèrmica baixa són mals conductors de calor (mals conductors tèrmics).
4. Aplicació de la transferència de calor per conducció
Per què la rajola sembla més fresca que la catifa? Les rajoles tenen una conductivitat tèrmica més gran que les catifes. Per tant, la rajola és una bona conductora de calor, mentre que la catifa és una mala conductora de calor. Quan caminem sobre la catifa, la calor flueix dels peus cap a la catifa. Això passa perquè la temperatura del nostre cos és més alta que la temperatura de la catifa. La catifa és una mala conductora de calor, de manera que la calor que flueix dels nostres peus s'acumula a la superfície de la catifa, de manera que la catifa s'escalfa. Quan caminem sobre una rajola o ceràmica, la calor flueix del peu cap a la rajola o ceràmica. Com que les rajoles són un bon conductor de calor, la calor no es queda enganxada a la superfície de la rajola. La calor flueix suaument de manera que els nostres peus es senten freds.
Dormir al terra de casa sense un pedestal pot causar dolor. Per què? Això es deu a la quantitat de calor que es mou del cos al terra. La calor és l'energia que es mou. Quan el teu cos perd molta calor, l'energia del teu cos disminueix. Si et falta energia, pots emmalaltir!
Quines són les funcions de les finestres i portes? Per què les portes i finestres han de ser de fusta? A la nit, la temperatura exterior de la casa és més baixa que la temperatura de l'aire a l'interior de la casa. Aquesta diferència de temperatura de l'aire fa que la calor es mogui de l'interior de la casa cap a l'exterior de la casa. Per tant, normalment a la nit, tanquem portes o finestres. L'aire atrapat a l'interior de la finestra o porta serveix com a bon aïllant. Com més petita sigui la conductivitat tèrmica d'un objecte, més difícil serà la transferència de calor per conducció a través de l'objecte.
A més de mantenir el nostre estatus com a éssers humans civilitzats i normals, la roba també serveix per mantenir estable la temperatura corporal. La roba que fem servir normalment s'ajusta a la temperatura de l'aire. Quan la temperatura de l'aire és prou baixa, la roba que fem servir és més gruixuda. Les mantes o la roba gruixuda (jaquetes, etc.) impedeixen que l'aire es mogui. L'aire queda atrapat entre la pell i la jaqueta o la manta. Com que hi ha una diferència de temperatura entre el nostre cos i l'aire atrapat, la calor es mou del cos a l'aire. L'addició de calor del cos fa que la temperatura de l'aire atrapat augmenti (l'aire s'escalfa). El valor de la conductivitat tèrmica de l'aire és mínim. Per tant, la calor no pot sortir del cos. La temperatura del nostre cos també es manté. Si no fem servir una jaqueta quan l'aire és prou fred, la calor surt del nostre cos. Com més calor surt del cos, el cos perd molta energia!
