1. Soojusjuhtivuse definitsioon
Kui istud puidust toolis, muutub puidust tooli pind soojaks. Vastupidi, kui istud plastist või metallist toolis, siis metall- või plasttooli pind pärast istumist soe ei tundu. Miks puittooli pind kuumeneb, metalltooli pind aga mitte? Miks võib külmal põrandal ilma madratsita magamine valu põhjustada? Kas oled kunagi kandnud külmakaitsejopet? Miks on enamik külmakaitsejopesid villast? Soojusjuhtivuse teemaga seoses on veel palju asju, mida võiks kaaluda ja küsida.
Kui kõrge temperatuuriga objekti üks osa puutub kokku madala temperatuuriga objektiga, liigub energia kõrge temperatuuriga objektilt objekti madala temperatuuriga osale. Energia liitmine paneb aatomid ja molekulid asju kiiremini liikuma. Liikumisel on molekulil kineetiline energia (KE = 1/2 mv2). Kiiremini liikuvad molekulid (suurema kineetilise energiaga) põrkavad enda kõrval asuvate molekulidega. Molekul põrkab kokku enda kõrval asuva molekuliga. Nii edasi. Seega põrkavad molekulid üksteisega, liigutades energiat. Soojusülekannet, mis toimub objekti molekulide vaheliste kokkupõrgete kaudu, nimetatakse soojusülekandeks juhtivuse teel.
2. Soojusjuhtivuse teel toimuva soojusülekande võrrand
Vasakul asuval objektil on kõrgem temperatuur (T1), samas kui paremal asuval objektil on madalam temperatuur (T2). Temperatuuride erinevuse (T1 - T2), soojus liigub kõrge temperatuuriga objektilt madala temperatuuriga objektile (soojusvoo suund paremale). Soojuse poolt läbitud objektil on ristlõikepindala (A) ja pikkus (l).
Katse tulemuste põhjal on teatud ajaintervalli (Q/t) jooksul liikuv soojus otseselt proportsionaalne temperatuuride vahega (T1 - T2),
ristlõikepindala (A), objekti olemus (k = soojusjuhtivus) ja pöördvõrdeline objekti pikkusega. Soojusjuhtivuse valem soojusülekandeks:
Kirjeldus: Q/t = soojusülekande kiirus, k = soojusjuhtivus, A = ristlõikepindala, T1 = kõrge temperatuur, T2 = madal temperatuur, l = objekti pikkus.
3. Soojusjuhtivus (k)
Miks on enamik köögitarbeid valmistatud alumiiniumist? Kui vasak käsi hoiab triikrauda, parem käsi klaasi, siis puutuvad raud ja klaas vastu tuld. Kas vasak või parem käsi tundub kiirem? Need ja võib-olla ka teised küsimused, mida te esitate, on seotud esemete soojusjuhtivusega. Eseme soojusjuhtivus on eseme võime liigutada soojust läbi eseme. Suure soojusjuhtivusega (k) esemed on head soojusjuhid (head soojusjuhid). Seevastu väikese soojusjuhtivusega esemed on halvad soojusjuhid (halvad soojusjuhid).
4. Soojusjuhtivuse rakendamine
Miks tundub plaat jahedam kui vaip? Plaatidel on suurem soojusjuhtivus kui vaipadel. Seega on plaat hea soojusjuhtivus, vaip aga halb. Kui me vaibal kõnnime, voolab soojus jalgadelt vaiba poole. See juhtub seetõttu, et meie kehatemperatuur on vaiba temperatuurist kõrgem. Vaip on halb soojusjuht, seega koguneb meie jalgadelt voolav soojus vaiba pinnale, mistõttu vaip muutub soojemaks. Kui me kõnnime plaadil või keraamikal, voolab soojus jalalt plaadile või keraamikale. Kuna plaadid on head soojusjuhid, ei jää soojus plaadi pinnale kinni. Soojus voolab sujuvalt, mistõttu meie jalad on külmad.
Magamine põrandal ilma aluseta võib põhjustada valu. Miks? See on tingitud soojuse hulgast, mis liigub kehalt põrandale. Soojus on energia, mis liigub. Kui keha kaotab palju soojust, väheneb selle energia. Kui sul on energiapuudus, võid jääda haigeks!
Millised on akende ja uste funktsioonid? Miks peaksid uksed ja aknad olema puidust? Öösel on maja välistemperatuur madalam kui maja sees oleva õhutemperatuur. See õhutemperatuuri erinevus põhjustab soojuse liikumist maja seest väljapoole. Seetõttu sulgeme tavaliselt ööseks uksed või aknad. Akna või ukse siseküljele jäänud õhk toimib hea isolaatorina. Mida väiksem on eseme soojusjuhtivus, seda raskem on soojusjuhtivuse teel läbi eseme ülekandumine.
Lisaks sellele, et riietus aitab säilitada meie staatust tsiviliseeritud ja normaalsete inimestena, on sellel ka kehatemperatuuri stabiilsena hoidmise ülesanne. Meie riided on tavaliselt kohandatud õhutemperatuurile. Kui õhutemperatuur on piisavalt madal, on meie riided paksemad. Paksud tekid või riided (jakid jne) takistavad õhu 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 soojus põhjustab lõksus oleva õhu temperatuuri tõusu (õhk muutub soojemaks). Õhu soojusjuhtivus on minimaalne. Seetõttu ei pääse soojus kehast välja. Ka meie kehatemperatuur säilib. Kui me ei kanna jakki, kui õhk on piisavalt külm, väljub meie kehast soojus. Mida rohkem soojust kehast väljub, seda palju energiat keha kaotab!
