Kui istud puidust toolil, muutub tooli pind soojaks. Vastupidi, kui istud plastist või metallist toolil, ei tundu metall- või plasttooli pind pärast istumist soe. Miks on puidust tooli pind soe, metalltooli oma aga mitte? Miks võib külmal põrandal ilma madratsita magamine valu põhjustada? Kas oled kunagi külmajopet kandnud? Miks on enamik külmajopesid villast? Soojusjuhtivuse teemaga seoses on veel palju asju, mille üle mõelda ja küsida.
Valmista ette küünal ja tükk peenikest traati. Hoia traadi ühte otsa ja puuduta teise otsaga küünlaleeki. Oota paar hetke, kuni su käsi tundub kuum. Miks su käsi tundub kuum? Kui traadi üks ots puudutab küünlaleeki, liigub soojus küünlaleegist (kõrge temperatuur) traadi teise otsa (madal temperatuur). See soojusülekanne põhjustab leegiga kokkupuutuva traadi otsa temperatuuri tõusu. Temperatuuride erinevus küünlaleegiga kokkupuutuva traadi otsa ja traadi teise otsa vahel põhjustab soojuse liikumise leegiga kokkupuutuva traadi otsast traadi otsa, mida su käsi puudutab. See soojusülekanne põhjustab puudutatud traadi otsa temperatuuri tõusu. Seejärel liigub soojus su jahedamale käele. Selle tulemusena tundub su käsi kuum.
Kui kõrge temperatuuriga objekti osa puutub kokku madala temperatuuriga objektiga, liigub soojus kõrge temperatuuriga objektilt madala temperatuuriga objektile. Lisanduv energia põhjustab objekti moodustavate aatomite ja molekulide kiiremat liikumist. Liikudes on molekulidel kineetiline energia (EK = ½ mv 2 ). Kiiremini liikuvad molekulid (suurema kineetilise energiaga) põrkavad kokku kõrvalasuvate molekulidega. Need molekulid põrkuvad seejärel teiste kõrvalasuvate molekulidega. Ja nii edasi. Seega põrkuvad molekulid üksteisega, kandes üle energiat. Soojusülekannet, mis toimub objekti moodustavate molekulide kokkupõrgete kaudu, nimetatakse soojusülekandeks juhtivuse teel.
Soojusülekande valem juhtivuse teel
Vasakpoolsel objektil on kõrgem temperatuur (T1), samas kui paremal asuval objektil on madalam temperatuur (T2). Temperatuuri erinevuse tõttu (T1 - T2), soojus liigub kõrge temperatuuriga objektilt madala temperatuuriga objektile (soojusvoo suund on paremale). Objektil, millest soojus läbi läheb, on ristlõikepindala (A) ja pikkus (l).
Katse tulemuste põhjal on teatud ajavahemiku jooksul eralduv soojushulk (Q/t) otseselt proportsionaalne temperatuuride vahega (T1 – T2 ) , ristlõikepindalaga (A), objekti olemusega (k = soojusjuhtivus) ja pöördvõrdeline objekti pikkusega. Soojusjuhtivuse kiiruse valem:
Kirjeldus: Q/t = soojusülekande kiirus, k = soojusjuhtivus, A = ristlõikepindala, T1 = kõrge temperatuur, T2 = madal temperatuur, l = objekti pikkus.
Soojusülekande rakendamine juhtivuse teel
Miks tunduvad plaadid jahedamad kui vaibad? Plaatidel on suurem soojusjuhtivus kui vaipadel. Seetõttu on plaadid head soojusjuhid, samas kui vaibad on halvad. Kui astume vaibale, voolab soojus meie jalgadelt vaibale. See juhtub seetõttu, et meie kehatemperatuur on kõrgem kui vaiba temperatuur. Vaibad on halvad soojusjuhid, seetõttu koguneb meie jalgadelt voolav soojus vaiba pinnale, muutes vaiba soojemaks. Kui astume plaatidele või keraamikale, voolab soojus meie jalgadelt plaatidele või keraamikale. Kuna plaadid on head soojusjuhid, ei jää soojus plaatide pinnale. Soojus voolab sujuvalt, mistõttu meie jalad tunnevad end külmana. Kui teie maja asub külmas piirkonnas, peaksite oma magamistoa põranda katma vaibaga, et teie keha ei kaotaks soojust. Vastupidi, kui teie maja asub kuumas piirkonnas, ei tohiks te oma magamistoa põrandat vaibaga katta, sest te ei tunne end jahedana, vaid kuumana 😉
Madratsita põrandal magamine võib põhjustada haigestumist. Miks? See on nii, sest kehast kandub põrandale suur hulk soojust. Soojus on liikumises olev energia. Kui keha kaotab palju soojust, väheneb selle energiatase. Kui sul on energiapuudus, võid jääda haigeks!
Mis on akende ja uste funktsioon? Miks peaksid uksed ja aknad olema puidust? Öösel on õhutemperatuur väljaspool maja madalam kui siseõhutemperatuur. See õhutemperatuuri erinevus põhjustab soojuse liikumist maja seest välja. Seetõttu sulgeme öösel tavaliselt uksed või aknad. Lisaks kurjategijate eemalehoidmisele on akende või uste üks ülesanne takistada soojuse majast väljapääsu. Tavaliselt on uksed või aknad valmistatud puidust. Puidu soojusjuhtivus on piisavalt madal, et see saaks toimida soojusisolaatorina. Akna või ukse teine funktsioon on õhu hoidmine. Akna või ukse siseküljele jäänud õhk toimib hea isolaatorina (blokeerides soojuse väljapääsu). Õhu soojusjuhtivus on väga madal. Mida madalam on eseme soojusjuhtivus, seda raskem on soojusel selle eseme kaudu juhtivuse teel üle kanda.
Lisaks sellele, et me säilitame oma staatuse tsiviliseeritud ja normaalsete inimestena 🙂, aitavad riided säilitada ka stabiilset kehatemperatuuri. Meie kantavad riided on tavaliselt kohandatud õhutemperatuurile. Kui õhutemperatuur on üsna madal, on meie riided paksemad. Tekid või paksud riided (jakid jne) takistavad õhu sujuvat liikumist. Õhk jääb naha ja jaki või teki vahele lõksu. Kuna meie keha ja lõksus oleva õhu vahel on temperatuuride erinevus, liigub soojus kehast õhku. Kehast tulev lisasoojus põhjustab lõksus oleva õhu temperatuuri tõusu (õhk muutub soojemaks). Vaadake ülaltoodud soojusjuhtivuse tabelit. Õhu soojusjuhtivuse väärtus on väga väike. Seetõttu ei saa soojus kehast põgeneda. Meie kehatemperatuur püsib stabiilsena. Kui me ei kanna jakki, kui õhk on üsna külm, siis pääseb soojus meie kehast välja. Mida rohkem soojust kehast pääseb, seda rohkem energiat keha kaotab.
Probleemide näide
1. 2011/2012. õppeaasta riikliku eksami küsimus A81 nr 10
Pöörake tähelepanu järgmisele väitele!
(1) Metalli juhtivus
(2) Temperatuuride erinevus metalli otste vahel
(3) Metalli pikkus
(4) Metallmass
Metalli soojuslevi kiirust määravad tegurid on...
A. (1), (2) ja (3)
B. (1) ja (4)
C. (2) ja (4)
D. (3) ja (4)
Ainult E. (4)
Arutelu
Soojusjuhtivuse kiiruse valemi põhjal määravad soojusülekande kiirust metalli juhtivus (k), metalli otste vaheline temperatuuride vahe (T) ja metalli pikkus (l). Metalli massil pole mingit mõju.
Õige vastus on A.
