Se vi sidas sur ligna seĝo, la surfaco de la ligna seĝo varmiĝas. Male, se vi sidas sur seĝo farita el plasto aŭ metalo, la surfaco de la metala aŭ plasta seĝo ne sentiĝas varma post sidado sur ĝi. Kial la surfaco de ligna seĝo estas varma, dum la surfaco de metala seĝo ne estas? Kial dormi sur malvarma planko sen matraco povas kaŭzi doloron? Ĉu vi iam portis malvarman jakon? Kial plej multaj malvarmaj jakoj estas faritaj el lano? Estas ankoraŭ multaj aferoj por pripensi kaj demandi rilate al la temo de varmotransdono per konduktado.
Preparu kandelon kaj pecon da maldika drato. Tenu unu finon de la drato kaj tuŝu la alian finon de la drato al la kandelflamo. Atendu kelkajn momentojn ĝis via mano sentas sin varma. Kial via mano sentas sin varma? Kiam unu fino de la drato tuŝas la kandelflamon, varmo moviĝas de la kandelflamo (alta temperaturo) al la alia fino de la drato (malalta temperaturo). Ĉi tiu varmotransdono kaŭzas pliiĝon de la temperaturo de la fino de la drato, kiu tuŝas la flamon. La temperaturdiferenco inter la fino de la drato, kiu tuŝas la kandelflamon, kaj la alia fino de la drato kaŭzas, ke varmo moviĝu de la fino de la drato, kiu tuŝas la flamon, al la fino de la drato, kiun tuŝas via mano. Ĉi tiu varmotransdono kaŭzas pliiĝon de la temperaturo de la fino de la drato, kiu estas tuŝita. La varmo tiam moviĝas al via pli malvarma mano. Rezulte, via mano sentas sin varma.
Kiam parto de objekto kun alta temperaturo kontaktas objekton kun malalta temperaturo, varmo moviĝas de la objekto kun la alta temperaturo al la objekto kun la malalta temperaturo. La plia energio kaŭzas, ke la atomoj kaj molekuloj, kiuj konsistigas la objekton, moviĝu pli rapide. Dum ili moviĝas, la molekuloj havas kinetan energion (EK = ½ mv² ) . La molekuloj, kiuj moviĝas pli rapide (kun pli granda kineta energio), kolizias kun la molekuloj apud ili. Ĉi tiuj molekuloj tiam kolizias kun aliaj molekuloj apud ili. Kaj tiel plu. Do la molekuloj kolizias unu kun la alia, transdonante energion. Varmotransigo, kiu okazas per kolizioj inter la molekuloj, kiuj konsistigas objekton, nomiĝas varmotransigo per konduktado.
La formulo por varmotransigo per konduktado
La objekto maldekstre havas pli altan temperaturon (T1) dum la objekto dekstre havas pli malaltan temperaturon (T2). Pro la diferenco en temperaturo (T1 - T2), varmo moviĝas de objekto kun alta temperaturo al objekto kun malalta temperaturo (la direkto de varmofluo estas dekstren). La objekto tra kiu varmo pasas havas transversan sekcan areon (A) kaj longon (l).
Surbaze de la rezultoj de la eksperimento, la varmo transdonita dum certa tempointervalo (Q/t) estas rekte proporcia al la temperaturdiferenco (T1 – T2 ) , la transversa areo (A), la naturo de la objekto (k = varmokondukteco) kaj inverse proporcia al la longo de la objekto. La formulo por la rapido de varmotransdono per konduktado:
Priskribo: Q/t = varmotransiga rapideco, k = varmokondukteco, A = transversa sekca areo, T1 = alta temperaturo, T2 = malalta temperaturo, l = objekta longo.
Apliko de varmotransigo per konduktado
Kial kaheloj sentas pli malvarmetaj ol tapiŝoj? Kaheloj havas pli grandan varmokonduktecon ol tapiŝoj. Tial, kaheloj estas bonaj varmokonduktiloj, dum tapiŝoj estas malbonaj varmokonduktiloj. Kiam ni paŝas sur tapiŝon, varmo fluas de niaj piedoj al la tapiŝo. Tio okazas ĉar nia korpa temperaturo estas pli alta ol la temperaturo de la tapiŝo. Tapiŝoj estas malbonaj varmokonduktiloj, tial la varmo fluanta de niaj piedoj akumuliĝas sur la surfaco de la tapiŝo, igante la tapiŝon pli varma. Kiam ni paŝas sur kahelojn aŭ ceramikaĵojn, varmo fluas de niaj piedoj al la kaheloj aŭ ceramikaĵoj. Ĉar kaheloj estas bonaj varmokonduktiloj, varmo ne estas retenata sur la surfaco de la kaheloj. Varmo fluas glate, igante niajn piedojn sentiĝi malvarmaj. Se via domo estas en malvarma regiono, vi devus kovri vian dormĉambran plankon per tapiŝo por ke via korpo ne perdu varmon. Male, se via domo estas en varma regiono, vi ne devus kovri vian dormĉambran plankon per tapiŝo ĉar vi ne sentos vin malvarmeta sed varma 😉
Dormi sur la planko sen matraco povas kaŭzi malsanon. Kial? Tio estas ĉar granda kvanto da varmo transdoniĝas de via korpo al la planko. Varmo estas energio en movado. Kiam via korpo perdas multan varmon, ĝiaj energiniveloj malpliiĝas. Se al vi mankas energio, vi povas malsaniĝi!
Kio estas la funkcio de fenestroj kaj pordoj? Kial pordoj kaj fenestroj devus esti faritaj el ligno? Nokte, la aertemperaturo ekster la domo estas pli malalta ol la aertemperaturo ene de la domo. Ĉi tiu diferenco en aertemperaturo kaŭzas, ke varmo moviĝas de interne de la domo al ekstere. Tial, nokte ni kutime fermas la pordojn aŭ fenestrojn. Krom celi forpeli krimulojn, unu el la funkcioj de fenestroj aŭ pordoj estas malhelpi varmon eskapi el la domo. Kutime pordoj aŭ fenestroj estas faritaj el ligno. La varmokonduktiveco de ligno estas sufiĉe malalta por ke ĝi povu agi kiel termika izolilo. Alia funkcio de fenestroj aŭ pordoj estas teni aeron. Aero kaptita interne de la fenestro aŭ pordo agas kiel bona izolilo (blokante varmon eskapi). La varmokonduktiveco de aero estas tre malalta. Ju pli malalta estas la varmokonduktiveco de objekto, des pli malfacile estas por varmo transdoni per konduktado tra tiu objekto.
Krom konservi nian statuson kiel civilizitaj kaj normalaj homoj 🙂, vestaĵoj ankaŭ servas por konservi stabilan korpotemperaturon. La vestaĵoj, kiujn ni portas, kutime estas adaptitaj al la aertemperaturo. Kiam la aertemperaturo estas sufiĉe malalta, la vestaĵoj, kiujn ni portas, estas pli dikaj. Kovriloj aŭ dikaj vestaĵoj (jakoj, ktp.) malhelpas aeron moviĝi glate. Aero estas kaptita inter la haŭto kaj la jako aŭ kovrilo. Ĉar ekzistas temperaturdiferenco inter nia korpo kaj la kaptita aero, varmo moviĝas de la korpo al la aero. La plia varmo de la korpo kaŭzas, ke la temperaturo de la kaptita aero pliiĝas (la aero varmiĝas). Rigardu la tabelon de varmokondukteco supre. La varmokondukteco de aero estas tre malgranda. Tial, varmo ne povas eskapi el la korpo. Nia korpotemperaturo restas stabila. Se ni ne portas jakon kiam la aero estas sufiĉe malvarma, varmo eskapas el nia korpo. Ju pli da varmo eskapas el la korpo, des pli da energio la korpo perdas.
Ekzemplo de problemoj
1. Demando A81 N-ro 10 de la Nacia Ekzameno 2011/2012
Atentu la jenan deklaron!
(1) Metala konduktiveco
(2) La temperaturdiferenco inter la metalaj finoj
(3) Longo de metalo
(4) Metala maso
La faktoroj, kiuj determinas la rapidon de varmodisvastiĝo en metalo, estas...
A. (1), (2) kaj (3)
B. (1) kaj (4)
C. (2) kaj (4)
D. (3) kaj (4)
E. (4) nur
Diskuto
Surbaze de la formulo por la varmotransiga rapideco per konduktado, la faktoroj kiuj determinas la varmotransigan rapidecon estas la konduktiveco de la metalo (k), la temperaturdiferenco inter la finoj de la metalo (T) kaj la longo de la metalo (l). La maso de la metalo ne havas efikon.
La ĝusta respondo estas A.
