۱. تعریف انتقال حرارت از طریق رسانش
اگر روی یک صندلی چوبی بنشینید، سطح صندلی چوبی گرم میشود. برعکس، اگر روی یک صندلی ساخته شده از پلاستیک یا فلز بنشینید، سطح صندلی فلزی یا پلاستیکی پس از نشستن گرم احساس نمیشود. چرا سطح صندلی چوبی گرم میشود، در حالی که سطح صندلی فلزی اینطور نیست؟ چرا خوابیدن روی زمین سرد بدون تشک میتواند باعث درد شود؟ آیا تا به حال ژاکت ضد سرما پوشیدهاید؟ چرا بیشتر ژاکتهای ضد سرما از پشم ساخته شدهاند؟ هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که میتوان در رابطه با موضوع انتقال حرارت از طریق رسانش در نظر گرفت و مورد سوال قرار داد.
وقتی بخشی از یک جسم با دمای بالا در تماس با بخشی با دمای پایین قرار میگیرد، انرژی از جسم با دمای بالا به بخش با دمای پایین جسم منتقل میشود. افزایش انرژی باعث میشود اتمها و مولکولها باعث شوند اجسام سریعتر حرکت کنند. هنگام حرکت، مولکول انرژی جنبشی دارد (KE = 1/2 mv 2 ). مولکولهایی که سریعتر حرکت میکنند (انرژی جنبشی بیشتر) به مولکولهای کناری خود ضربه میزنند. مولکول به مولکول دیگری در کنار خود برخورد میکند. به همین ترتیب. بنابراین، مولکولها هنگام انتقال انرژی با یکدیگر برخورد میکنند. انتقال حرارتی که از طریق برخورد بین مولکولهای جسم رخ میدهد، انتقال حرارت از طریق رسانش نامیده میشود.
۲. معادله انتقال حرارت از طریق رسانش
جسم واقع در سمت چپ دمای بالاتری دارد (T1) در حالی که جسم واقع در سمت راست دمای پایینتری (T) دارد2). به دلیل اختلاف دما (T1 - T2) ، گرما از یک جسم با دمای بالا به یک جسم با دمای پایین حرکت میکند (جهت جریان گرما به سمت راست). جسمی که گرما از آن عبور میکند، دارای سطح مقطع (A) و طول (l) است.
بر اساس نتایج آزمایش، گرمایی که در یک بازه زمانی مشخص (Q/t) حرکت میکند، مستقیماً با اختلاف دما (T1 – T2 ) متناسب است.
سطح مقطع (A)، ماهیت یک جسم (k = رسانایی حرارتی) و با طول جسم نسبت معکوس دارد. فرمول انتقال حرارت از طریق رسانش:
شرح: Q/t = نرخ انتقال حرارت، k = رسانایی حرارتی، A = سطح مقطع، T1 = دمای بالا، T2 = دمای پایین، l = طول جسم.
۳. رسانایی حرارتی (k)
چرا بیشتر ظروف پخت و پز از آلومینیوم ساخته شدهاند؟ اگر دست چپ شما آهن و دست راست شما شیشه را نگه دارد، آنگاه آهن و شیشه با آتش تماس پیدا میکنند. دست چپ یا دست راست سریعتر احساس میشود؟ این سؤالات و شاید سؤالات دیگری که خواهید پرسید مربوط به رسانایی حرارتی اجسام است. رسانایی حرارتی یک جسم، توانایی یک جسم در انتقال گرما از طریق جسم است. اجسامی که رسانایی حرارتی زیادی (k) دارند، رساناهای حرارتی خوبی (رسانای حرارتی خوب) هستند. برعکس، اجسامی که رسانایی حرارتی کمی دارند، رساناهای حرارتی بدی (رسانای حرارتی بد) هستند.
۴. کاربرد انتقال حرارت از طریق رسانش
چرا کاشی خنکتر از فرش است؟ کاشیها رسانایی گرمایی بیشتری نسبت به فرشها دارند. بنابراین، کاشی رسانای گرمایی خوبی است، در حالی که فرش رسانای گرمایی بدی است. وقتی روی فرش راه میرویم، گرما از پاها به سمت فرش جریان مییابد. این اتفاق میافتد زیرا دمای بدن ما بالاتر از دمای فرش است. فرش رسانای گرمایی بدی است، بنابراین گرمای جریان یافته از پاهای ما روی سطح فرش جمع میشود، بنابراین فرش گرمتر میشود. وقتی روی کاشی یا سرامیک راه میرویم، گرما از پا به کاشی یا سرامیک جریان مییابد. از آنجا که کاشیها رسانای گرمایی خوبی هستند، گرما روی سطح کاشی گیر نمیکند. گرما به آرامی جریان مییابد، به طوری که پاهای ما احساس سرما میکنند.
خوابیدن روی کف خانه بدون زیرانداز میتواند باعث درد شود. چرا؟ این به دلیل میزان گرمایی است که از بدن به کف زمین منتقل میشود. گرما انرژیای است که حرکت میکند. وقتی بدن شما گرمای زیادی از دست میدهد، انرژی موجود در بدن شما کاهش مییابد. اگر کمبود انرژی داشته باشید، میتوانید بیمار شوید!
عملکرد در و پنجره چیست؟ چرا در و پنجره باید از چوب ساخته شوند؟ در شب، دمای بیرون خانه کمتر از دمای هوای داخل خانه است. این تفاوت در دمای هوا باعث میشود گرما از داخل خانه به بیرون خانه منتقل شود. بنابراین، معمولاً در شب، درها یا پنجرهها را میبندیم. هوای محبوس شده در داخل پنجره یا در به عنوان یک عایق خوب عمل میکند. هرچه رسانایی حرارتی یک جسم کمتر باشد، انتقال گرما از طریق رسانایی از طریق جسم دشوارتر است.
لباس علاوه بر حفظ جایگاه ما به عنوان انسانهای متمدن و عادی، در ثابت نگه داشتن دمای بدن ما نیز نقش دارد. لباسهایی که استفاده میکنیم معمولاً با دمای هوا تنظیم میشوند. وقتی دمای هوا به اندازه کافی پایین باشد، لباسهایی که استفاده میکنیم ضخیمتر هستند. پتوها یا لباسهای ضخیم (ژاکت و غیره) باعث میشوند هوا نتواند حرکت کند. هوا بین پوست و ژاکت یا پتو به دام میافتد. از آنجا که بین بدن ما و هوای محبوس شده اختلاف دما وجود دارد، گرما از بدن به هوا منتقل میشود. اضافه شدن گرما از بدن باعث افزایش دمای هوای محبوس شده میشود (هوا گرمتر میشود). مقدار رسانایی حرارتی هوا حداقل است. بنابراین، گرما نمیتواند از بدن خارج شود. دمای بدن ما نیز حفظ میشود. اگر وقتی هوا به اندازه کافی سرد است از ژاکت استفاده نکنیم، گرما از بدن ما خارج میشود. هر چه گرمای بیشتری از بدن خارج شود، بدن انرژی زیادی از دست میدهد!
