1. Definition af varmeoverføring ved ledning
Hvis du sidder i en træstol, bliver overfladen på træstolen varm. Omvendt, hvis du sidder i en stol lavet af plastik eller metal, føles overfladen på en metal- eller plastikstol ikke varm efter at have siddet. Hvorfor bliver overfladen på træstolen varm, mens metalstolens overflade ikke er det? Hvorfor kan det forårsage smerter at sove på et koldt gulv uden madras? Har du nogensinde haft en kuldebeskyttelse på? Hvorfor er de fleste kuldebeskyttelsesjakker lavet af uld? Der er stadig mange ting, der kan overvejes og sættes spørgsmålstegn ved i forbindelse med emnet varmeoverføring ved ledning.
Når en del af et objekt med høj temperatur er i kontakt med et objekt med lav temperatur, bevæger energi sig fra et objekt med høj temperatur til en del af objektet med lav temperatur. Tilføjelsen af energi får atomer og molekyler til at bevæge sig hurtigere. Når molekylet bevæger sig, har det kinetisk energi (KE = 1/2 mv 2 ). De molekyler, der bevæger sig hurtigere (større kinetisk energi), hamrer molekylerne ved siden af dem. Molekylet rammer et andet molekyle ved siden af. Og så videre. Således kolliderer molekyler med hinanden, mens de flytter energi. Den varmeoverførsel, der sker gennem kollisioner mellem objektets molekyler, kaldes varmeoverførsel ved ledning.
2. Ligningen for varmeoverføring ved ledning
Objektet til venstre har en højere temperatur (T1) mens objektet til højre har en lavere temperatur (T2). På grund af temperaturforskellen (T1 - T2), bevæger varme sig fra et objekt med høj temperatur til et objekt med lav temperatur (varmestrømmens retning er til højre). Objektet, der passerer gennem varmen, har et tværsnitsareal (A) og en længde (l).
Baseret på resultaterne af eksperimentet er varme, der bevæger sig i løbet af et bestemt tidsinterval (Q/t), direkte proportional med temperaturforskellen (T1 – T2 ) ,
tværsnitsareal (A), et objekts natur (k = varmeledningsevne) og omvendt proportional med objektets længde. Formlen for varmeoverførsel ved ledning:
Beskrivelse: Q/t = varmeoverføringshastighed, k = varmeledningsevne, A = tværsnitsareal, T1 = høj temperatur, T2 = lav temperatur, l = objektets længde.
3. Varmeledningsevnen (k)
Hvorfor er det meste køkkengrej lavet af aluminium? Hvis din venstre hånd holder strygejernet, din højre hånd holder glasset, så berøres jernet og glasset ilden. Føler venstre eller højre hånd sig hurtigere? Disse spørgsmål og måske andre spørgsmål, du vil stille, vedrører genstandes varmeledningsevne. En genstands varmeledningsevne er en genstands evne til at bevæge varme gennem genstanden. Genstande med en høj varmeledningsevne (k) er gode varmeledere (gode varmeledere). Omvendt er genstande med lav varmeledningsevne dårlige varmeledere (dårlige varmeledere).
4. Anvendelse af varmeoverføring ved ledning
Hvorfor føles fliser køligere end tæpper? Fliser har en større varmeledningsevne end tæpper. Derfor er fliser en god varmeleder, mens tæpper er en dårlig varmeleder. Når vi går på tæppet, strømmer varme fra fødderne mod tæppet. Dette sker, fordi vores kropstemperatur er højere end tæppets temperatur. Tæppet er en dårlig varmeleder, så varmen, der strømmer fra vores fødder, akkumuleres på tæppets overflade, så tæppet bliver varmere. Når vi går på en flise eller keramik, strømmer varme fra foden til fliserne eller keramikken. Fordi fliser er gode varmeledere, sidder varmen ikke fast på fliseoverfladen. Varmen strømmer jævnt, så vores fødder føles kolde.
Det kan forårsage smerte at sove på gulvet i huset uden en piedestal. Hvorfor? Dette skyldes mængden af varme, der bevæger sig fra kroppen til gulvet. Varme er den energi, der bevæger sig. Når din krop mister meget varme, falder energien i din krop. Hvis du mangler energi, kan du blive syg!
Hvad er funktionerne af vinduer og døre? Hvorfor skal døre og vinduer være lavet af træ? Om natten er temperaturen udenfor huset lavere end lufttemperaturen inde i huset. Denne forskel i lufttemperatur får varme til at bevæge sig fra husets inderside til husets yderside. Derfor lukker vi normalt døre eller vinduer om natten. Luften, der er fanget på indersiden af vinduet eller døren, fungerer som en god isolator. Jo mindre en genstands varmeledningsevne er, desto vanskeligere er varmeoverførslen ved ledning gennem genstanden.
Udover at opretholde vores status som civiliserede og normale mennesker, fungerer tøj også som en stabil kropstemperatur. Det tøj, vi bruger, er typisk tilpasset lufttemperaturen. Når lufttemperaturen er lav nok, er det tøj, vi bruger, tykkere. Tykke tæpper eller tøj (jakker osv.) gør, at luften ikke kan bevæge sig. Luften er fanget mellem huden og jakken eller tæppet. Fordi der er en temperaturforskel mellem vores krop og den fangede luft, bevæger varme sig fra kroppen til luften. Tilførslen af varme fra kroppen får temperaturen af den fangede luft til at stige (luften bliver varmere). Værdien af luftens varmeledningsevne er minimal. Derfor kan varme ikke komme ud af kroppen. Vores kropstemperatur opretholdes også. Hvis vi ikke bruger en jakke, når luften er kold nok, kommer der varme ud af vores krop. Jo mere varme der kommer ud af kroppen, jo mere energi mister kroppen!
