1. A hővezetéses hőátadás definíciója
Ha fa széken ülsz, a fa szék felülete felmelegszik. Fordítva, ha műanyagból vagy fémből készült széken ülsz, a fém vagy műanyag szék felülete nem érződik melegnek ülés után. Miért melegszik fel a fa szék felülete, míg a fém szék felülete nem? Miért okozhat fájdalmat a hideg padlón matrac nélkül alvás? Viseltél már megfázás elleni kabátot? Miért készül a legtöbb megfázás elleni kabát gyapjúból? A hővezetéssel történő hőátadással kapcsolatban még sok minden felmerülhet és megkérdőjelezhető.
Amikor egy magas hőmérsékletű tárgy egyik része érintkezik egy alacsony hőmérsékletű tárggyal, az energia a magas hőmérsékletű tárgyról a tárgy egy alacsonyabb hőmérsékletű részére áramlik. Az energia hozzáadódása miatt az atomok és molekulák gyorsabb mozgásra késztetik a dolgokat. Mozgás közben a molekula kinetikus energiával rendelkezik (KE = 1/2 mv 2 ). A gyorsabban mozgó molekulák (nagyobb kinetikus energia) lökdösik a mellettük lévő molekulákat. A molekula egy másik mellette lévő molekulának ütközik. Így tovább. Tehát a molekulák ütköznek egymással, miközben energiát mozgatnak. A tárgy molekulái közötti ütközések révén létrejövő hőátadást hővezetéses hőátadásnak nevezzük.
2. A hővezetéssel történő hőátadás egyenlete
A bal oldalon található objektum hőmérséklete magasabb (T1), míg a jobb oldalon található objektum hőmérséklete alacsonyabb (T2). A hőmérsékletkülönbség (T1 - T2), a hő egy magas hőmérsékletű tárgyról egy alacsony hőmérsékletű tárgyra áramlik (a hőáramlás iránya jobbra). A hő által áthaladt tárgy keresztmetszeti területtel (A) és hosszal (l) rendelkezik.
A kísérlet eredményei alapján egy bizonyos időintervallum (Q/t) alatt mozgó hőmennyiség egyenesen arányos a hőmérsékletkülönbséggel (T1 – T2 ) ,
keresztmetszeti terület (A), egy tárgy természete (k = hővezető képesség) és fordítottan arányos a tárgy hosszával. A hővezetéssel történő hőátadás képlete:
Leírás: Q/t = hőátadási sebesség, k = hővezető képesség, A = keresztmetszeti terület, T1 = magas hőmérséklet, T2 = alacsony hőmérséklet, l = a tárgy hossza.
3. A hővezető képesség (k)
Miért készül a legtöbb edény alumíniumból? Ha a bal kezed a vasalót, a jobb kezed az üveget fogja, akkor a vasat és az üveget a tűz érinti. A bal vagy a jobb kéz érződik gyorsabbnak? Ezek és talán más kérdések is, amelyeket felteszel, a tárgyak hővezető képességére vonatkoznak. Egy tárgy hővezető képessége a tárgy azon képessége, hogy hőt tudjon vinni a tárgyon keresztül. A nagy hővezető képességgel (k) rendelkező tárgyak jó hővezetők (jó hővezetők). Ezzel szemben a kis hővezető képességgel rendelkező tárgyak rossz hővezetők (rossz hővezetők).
4. Hővezetéses hőátadás alkalmazása
Miért érződik a csempe hűvösebbnek, mint a szőnyeg? A csempék hővezető képessége nagyobb, mint a szőnyegeké. Ezért a csempe jó hővezető, míg a szőnyeg rossz. Amikor a szőnyegen járunk, a hő a lábunktól a szőnyeg felé áramlik. Ez azért történik, mert a testhőmérsékletünk magasabb, mint a szőnyeg hőmérséklete. A szőnyeg rossz hővezető, így a lábunktól áradó hő felhalmozódik a szőnyeg felületén, így a szőnyeg melegebbé válik. Amikor egy csempén vagy kerámián járunk, a hő a lábunktól a csempéhez vagy a kerámiához áramlik. Mivel a csempék jó hővezetők, a hő nem ragad meg a csempe felületén. A hő simán áramlik, így a lábunk hidegnek érződik.
A ház padlóján alvás talapzat nélkül fájdalmat okozhat. Miért? Ez a testről a padlóra áramló hőmennyiségnek köszönhető. A hő a mozgó energia. Amikor a tested sok hőt veszít, a benne lévő energia csökken. Ha nincs energiád, megbetegedhetsz!
Mi az ablakok és ajtók funkciója? Miért kell fából készíteni az ajtókat és ablakokat? Éjszaka a házon kívüli hőmérséklet alacsonyabb, mint a házon belüli levegő hőmérséklete. Ez a levegőhőmérséklet-különbség miatt a hő a ház belsejéből a házon kívülre áramlik. Ezért általában éjszaka bezárjuk az ajtókat vagy ablakokat. Az ablak vagy ajtó belsejében csapdába esett levegő jó szigetelőként szolgál. Minél kisebb egy tárgy hővezető képessége, annál nehezebb a hőátadás hővezetéssel a tárgyon keresztül.
Amellett, hogy civilizált és normális emberi lényként tartjuk fenn magunkat, a ruházat a testhőmérsékletünk stabilizálásában is szerepet játszik. A ruházatunk jellemzően a levegő hőmérsékletéhez igazodik. Amikor a levegő hőmérséklete elég alacsony, a ruházatunk vastagabb. A vastag takarók vagy ruhák (dzsekik stb.) megakadályozzák a levegő mozgását. A levegő a bőr és a kabát vagy takaró közé szorul. Mivel hőmérsékletkülönbség van a testünk és a csapdába esett levegő között, a hő a testből a levegőbe áramlik. A testből származó hő hozzáadása a csapdába esett levegő hőmérsékletének emelkedését okozza (a levegő melegebbé válik). A levegő hővezető képessége minimális. Ezért a hő nem tud távozni a testből. Testhőmérsékletünket is fenntartja. Ha nem viselünk kabátot, amikor a levegő elég hideg, hő távozik a testünkből. Minél több hő távozik a testből, a test sok energiát veszít!
