1. Definice přenosu tepla vedením
Pokud sedíte na dřevěné židli, její povrch se zahřeje. Naopak, pokud sedíte na židli z plastu nebo kovu, povrch kovové nebo plastové židle se po sezení nezahřívá. Proč se povrch dřevěné židle zahřívá, zatímco kovová židle ne? Proč může spaní na studené podlaze bez matrace způsobovat bolest? Nosili jste někdy bundu proti prochladnutí? Proč je většina bund proti prochladnutí vyrobena z vlny? V souvislosti s tématem přenosu tepla vedením tepla existuje stále mnoho věcí, které lze zvážit a zpochybnit.
Když je jedna část objektu s vysokou teplotou v kontaktu s objektem s nízkou teplotou, energie se přesouvá z objektu s vysokou teplotou na část objektu s nízkou teplotou. Přidání energie způsobuje, že atomy a molekuly se pohybují rychleji. Při pohybu má molekula kinetickou energii (KE = 1/2 mv² ) . Molekuly, které se pohybují rychleji (s větší kinetickou energií), narážejí do molekul vedle sebe. Molekula naráží do jiné molekuly vedle sebe. Tak dále. Molekuly se tedy srážejí a zároveň přenášejí energii. Přenos tepla, ke kterému dochází srážkami mezi molekulami objektu, se nazývá přenos tepla vedením.
2. Rovnice přenosu tepla vedením
Objekt umístěný vlevo má vyšší teplotu (T1), zatímco objekt vpravo má nižší teplotu (T2). Kvůli teplotnímu rozdílu (T1 - T2), teplo se pohybuje z objektu s vysokou teplotou na objekt s nízkou teplotou (směr tepelného toku doprava). Objekt, kterým teplo prochází, má plochu průřezu (A) a délku (l).
Na základě výsledků experimentu je teplo, které se pohybuje během určitého časového intervalu (Q/t), přímo úměrné teplotnímu rozdílu (T1 – T2 ) ,
plocha průřezu (A), povaha objektu (k = tepelná vodivost) a nepřímo úměrná délce objektu. Vzorec pro přenos tepla vedením:
Popis: Q/t = rychlost přestupu tepla, k = tepelná vodivost, A = plocha průřezu, T1 = vysoká teplota, T2 = nízká teplota, l = délka objektu.
3. Tepelná vodivost (k)
Proč je většina kuchyňského nádobí vyrobena z hliníku? Pokud držíte levou rukou žehličku, pravou sklo, pak se železo a sklo dotknou ohně. Je to rychlejší, když se dotýkáte levice nebo pravé ruky? Tyto a možná i další otázky, které si položíte, se týkají tepelné vodivosti předmětů. Tepelná vodivost předmětu je schopnost předmětu přenášet teplo skrz něj. Předměty s velkou tepelnou vodivostí (k) jsou dobrými vodiči tepla (dobré tepelné vodiče). Naopak předměty s malou tepelnou vodivostí jsou špatnými vodiči tepla (špatné tepelné vodiče).
4. Aplikace přenosu tepla vedením
Proč je dlaždice chladnější než koberec? Dlaždice mají větší tepelnou vodivost než koberce. Dlaždice je tedy dobrým vodičem tepla, zatímco koberec špatným. Když chodíme po koberci, teplo proudí od nohou ke koberci. Děje se to proto, že naše tělesná teplota je vyšší než teplota koberce. Koberec je špatný vodič tepla, takže teplo proudící od našich nohou se hromadí na povrchu koberce, takže se koberec zahřívá. Když chodíme po dlaždici nebo keramice, teplo proudí od nohy ke dlaždici nebo keramice. Protože jsou dlaždice dobrým vodičem tepla, teplo se na povrchu dlaždice nedrží. Teplo proudí plynule, takže máme nohy studené.
Spaní na podlaze domu bez podstavce může způsobovat bolest. Proč? Je to kvůli množství tepla, které se pohybuje z těla na podlahu. Teplo je energie, která se pohybuje. Když vaše tělo ztrácí hodně tepla, energie v těle se snižuje. Pokud vám chybí energie, můžete onemocnět!
Jaké jsou funkce oken a dveří? Proč by měly být dveře a okna dřevěné? V noci je teplota venku nižší než teplota vzduchu uvnitř domu. Tento rozdíl v teplotě vzduchu způsobuje, že se teplo přesouvá z domu ven. Proto obvykle v noci zavíráme dveře nebo okna. Vzduch zachycený na vnitřní straně okna nebo dveří slouží jako dobrý izolant. Čím menší je tepelná vodivost předmětu, tím obtížnější je přenos tepla vedením skrz něj.
Kromě toho, že si udržujeme status civilizovaných a normálních lidských bytostí, slouží oblečení také k udržení stabilní tělesné teploty. Oblečení, které používáme, je obvykle přizpůsobeno teplotě vzduchu. Když je teplota vzduchu dostatečně nízká, oblečení, které používáme, je silnější. Silné přikrývky nebo oblečení (bundy atd.) znemožňují pohyb vzduchu. Vzduch je zachycen mezi kůží a bundou nebo přikrývkou. Protože mezi naším tělem a zachyceným vzduchem je teplotní rozdíl, teplo se přesouvá z těla do vzduchu. Přidání tepla z těla způsobí zvýšení teploty zachyceného vzduchu (vzduch se zahřívá). Hodnota tepelné vodivosti vzduchu je minimální. Proto se teplo nemůže dostat ven z těla. Naše tělesná teplota se také udržuje. Pokud nepoužíváme bundu, když je vzduch dostatečně studený, teplo z našeho těla uniká. Čím více tepla z těla uniká, tím více energie tělo ztrácí!
