1. Definicija prijenosa topline kondukcijom
Ako sjedite na drvenoj stolici, površina drvene stolice postaje topla. Suprotno tome, ako sjedite na stolici od plastike ili metala, površina metalne ili plastične stolice ne osjeća se toplom nakon sjedenja. Zašto se površina drvene stolice zagrijava, a metalna površina stolice ne? Zašto spavanje na hladnom podu bez madraca može uzrokovati bol? Jeste li ikada nosili jaknu protiv hladnoće? Zašto je većina jakni protiv hladnoće izrađena od vune? Još uvijek postoji mnogo stvari koje se mogu razmotriti i propitivati u vezi s temom prijenosa topline kondukcijom.
Kada je jedan dio objekta visoke temperature u kontaktu s objektom niske temperature, energija se prenosi s objekta visoke temperature na dio objekta niske temperature. Dodavanje energije uzrokuje da se atomi i molekule brže kreću. Prilikom kretanja, molekula ima kinetičku energiju (KE = 1/2 mv 2 ). Molekule koje se kreću brže (veća kinetička energija) udaraju molekule pored sebe. Molekula udara u drugu molekulu pored sebe. I tako dalje. Dakle, molekule se sudaraju jedna s drugom dok prenose energiju. Prijenos topline koji se događa sudarima između molekula objekta naziva se prijenos topline kondukcijom.
2. Jednadžba prijenosa topline kondukcijom
Objekt koji se nalazi s lijeve strane ima višu temperaturu (T1) dok objekt koji se nalazi s desne strane ima nižu temperaturu (T2). Zbog temperaturne razlike (T1 - T2), toplina se kreće od objekta visoke temperature prema objektu niske temperature (smjer toka topline udesno). Objekt koji prolazi toplina ima površinu presjeka (A) i duljinu (l).
Na temelju rezultata eksperimenta, toplina koja se kreće tijekom određenog vremenskog intervala (Q/t) izravno je proporcionalna temperaturnoj razlici (T1 – T2 ) ,
površina presjeka (A), priroda objekta (k = toplinska vodljivost) i obrnuto proporcionalna duljini objekta. Formula za prijenos topline kondukcijom:
Opis: Q/t = brzina prijenosa topline, k = toplinska vodljivost, A = površina presjeka, T1 = visoka temperatura, T2 = niska temperatura, l = duljina objekta.
3. Toplinska vodljivost (k)
Zašto je većina posuđa izrađena od aluminija? Ako lijevom rukom držite glačalo, desnom staklo, tada se željezo i staklo dodiruju u vatri. Je li li lijeva ili desna ruka brža? Ova pitanja, a možda i druga pitanja koja ćete postaviti, odnose se na toplinsku vodljivost predmeta. Toplinska vodljivost predmeta je sposobnost predmeta da prenosi toplinu kroz predmet. Predmeti koji imaju veliku toplinsku vodljivost (k) dobri su vodiči topline (dobri toplinski vodiči). Suprotno tome, predmeti koji imaju malu toplinsku vodljivost loši su vodiči topline (loši toplinski vodiči).
4. Primjena prijenosa topline kondukcijom
Zašto se pločice osjećaju hladnije od tepiha? Pločice imaju veću toplinsku vodljivost od tepiha. Stoga su pločice dobar vodič topline, dok je tepih loš vodič topline. Kada hodamo po tepihu, toplina teče od stopala prema tepihu. To se događa zato što je temperatura našeg tijela viša od temperature tepiha. Tepih je loš vodič topline, pa se toplina koja teče od naših stopala nakuplja na površini tepiha, pa tepih postaje topliji. Kada hodamo po pločicama ili keramici, toplina teče od stopala do pločica ili keramike. Budući da su pločice dobar vodič topline, toplina se ne zadržava na površini pločica. Toplina teče glatko, pa su nam stopala hladna.
Spavanje na podu kuće bez postolja može uzrokovati bol. Zašto? To je zbog količine topline koja se prenosi s tijela na pod. Toplina je energija koja se kreće. Kada vaše tijelo gubi puno topline, energija u vašem tijelu se smanjuje. Ako vam nedostaje energije, možete se razboljeti!
Koje su funkcije prozora i vrata? Zašto bi vrata i prozori trebali biti izrađeni od drveta? Noću je temperatura izvan kuće niža od temperature zraka unutar kuće. Ta razlika u temperaturi zraka uzrokuje prelazak topline iznutra prema van. Stoga obično noću zatvaramo vrata ili prozore. Zrak zarobljen s unutarnje strane prozora ili vrata služi kao dobar izolator. Što je manja toplinska vodljivost objekta, to je teži prijenos topline provođenjem kroz objekt.
Osim što održava naš status civiliziranih i normalnih ljudskih bića, odjeća također služi za održavanje stabilne tjelesne temperature. Odjeća koju koristimo obično se prilagođava temperaturi zraka. Kada je temperatura zraka dovoljno niska, odjeća koju koristimo je deblja. Debele deke ili odjeća (jakne itd.) onemogućuju kretanje zraka. Zrak je zarobljen između kože i jakne ili deke. Budući da postoji temperaturna razlika između našeg tijela i zarobljenog zraka, toplina se prenosi s tijela na zrak. Dodavanje topline iz tijela uzrokuje porast temperature zarobljenog zraka (zrak postaje topliji). Vrijednost toplinske vodljivosti zraka je minimalna. Stoga toplina ne može izaći iz tijela. Naša tjelesna temperatura se također održava. Ako ne koristimo jaknu kada je zrak dovoljno hladan, toplina izlazi iz našeg tijela. Što više topline izlazi iz tijela, tijelo gubi puno energije!
