Եթե նստեք փայտե աթոռի վրա, փայտե աթոռի մակերեսը տաքանում է։ Եվ հակառակը, եթե նստեք պլաստմասե կամ մետաղական աթոռի վրա, մետաղական կամ պլաստմասե աթոռի մակերեսը նստելուց հետո տաք չի զգացվում։ Ինչո՞ւ է փայտե աթոռի մակերեսը տաք, մինչդեռ մետաղական աթոռինը՝ ոչ։ Ինչո՞ւ կարող է սառը հատակին առանց ներքնակի քնելը ցավ պատճառել։ Դուք երբևէ հագե՞լ եք սառը բաճկոն։ Ինչո՞ւ են սառը բաճկոնների մեծ մասը պատրաստված բրդից։ Դեռ շատ բաներ կան մտածելու և հարցնելու, որոնք կապված են ջերմահաղորդականության միջոցով փոխանցման թեմայի հետ ։
Պատրաստեք մոմ և բարակ մետաղալարի մի կտոր։ Բռնեք մետաղալարի մի ծայրը և մյուս ծայրը դիպչեք մոմի բոցին։ Սպասեք մի քանի րոպե, մինչև ձեր ձեռքը տաքանա։ Ինչո՞ւ է ձեր ձեռքը տաքանում։ Երբ մետաղալարի մի ծայրը դիպչում է մոմի բոցին, ջերմությունը տեղափոխվում է մոմի բոցից (բարձր ջերմաստիճան) դեպի մետաղալարի մյուս ծայրը (ցածր ջերմաստիճան)։ Այս ջերմափոխանակումը հանգեցնում է բոցին դիպչող մետաղալարի ծայրի ջերմաստիճանի բարձրացմանը։ Մոմի բոցին դիպչող մետաղալարի ծայրի և մետաղալարի մյուս ծայրի միջև ջերմաստիճանի տարբերության պատճառով ջերմությունը տեղափոխվում է բոցին դիպչող մետաղալարի ծայրից դեպի այն մետաղալարի ծայրը, որին ձեր ձեռքը դիպչում է։ Այս ջերմափոխանակումը հանգեցնում է դիպչող մետաղալարի ծայրի ջերմաստիճանի բարձրացմանը։ Այնուհետև ջերմությունը տեղափոխվում է ձեր ավելի սառը ձեռքը։ Արդյունքում ձեր ձեռքը տաքանում է։
Երբ բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմնի մի մասը շփվում է ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմնի հետ, ջերմությունը բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմնից անցնում է ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմնին։ Լրացուցիչ էներգիան ստիպում է մարմինը կազմող ատոմներին և մոլեկուլներին ավելի արագ շարժվել։ Շարժվելիս մոլեկուլներն ունեն կինետիկ էներգիա (EK = ½ mv 2 ): Ավելի արագ շարժվող մոլեկուլները (որոնք ունեն ավելի մեծ կինետիկ էներգիա) բախվում են իրենց կողքին գտնվող մոլեկուլներին։ Այնուհետև այդ մոլեկուլները բախվում են իրենց կողքին գտնվող այլ մոլեկուլների հետ։ Եվ այսպես շարունակ։ Այսպիսով, մոլեկուլները բախվում են միմյանց՝ փոխանցելով էներգիա։ Ջերմափոխանակումը, որը տեղի է ունենում մարմինը կազմող մոլեկուլների միջև բախումների միջոցով, կոչվում է ջերմափոխանակում հաղորդականությամբ։
Ջերմահաղորդման միջոցով ջերմափոխանակման բանաձևը
Ձախ կողմում գտնվող օբյեկտն ունի ավելի բարձր ջերմաստիճան (T1), մինչդեռ աջ կողմում գտնվող օբյեկտն ունի ավելի ցածր ջերմաստիճան (T2)։ Ջերմաստիճանի տարբերության պատճառով (T1 - Տ2), ջերմությունը բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմնից անցնում է ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմնին (ջերմային հոսքի ուղղությունը դեպի աջ է): Մարմինը, որի միջով անցնում է ջերմությունը, ունի լայնական հատույթի մակերես (A) և երկարություն (l):
Փորձի արդյունքների հիման վրա, որոշակի ժամանակահատվածում փոխանցված ջերմությունը (Q/t) ուղիղ համեմատական է ջերմաստիճանների տարբերությանը (T 1 – T 2 ), լայնական հատույթի մակերեսին (A), մարմնի բնույթին (k = ջերմահաղորդականություն) և հակադարձ համեմատական է մարմնի երկարությանը: Ջերմահաղորդականությամբ ջերմափոխանակման արագության բանաձևը՝
Նկարագրություն՝ Q/t = ջերմափոխանակման արագություն, k = ջերմահաղորդականություն, A = լայնական հատույթի մակերես, T1 = բարձր ջերմաստիճան, T2 = ցածր ջերմաստիճան, l = առարկայի երկարություն։
Ջերմափոխանակման կիրառումը ջերմահաղորդականությամբ
Ինչո՞ւ են սալիկները ավելի զով զգացվում, քան գորգը։ Սալիկներն ավելի մեծ ջերմահաղորդականություն ունեն, քան գորգերը։ Հետևաբար, սալիկները լավ ջերմահաղորդիչներ են, մինչդեռ գորգերը՝ վատ։ Երբ մենք ոտք ենք դնում գորգի վրա, ջերմությունը մեր ոտքերից հոսում է դեպի գորգ։ Սա տեղի է ունենում, քանի որ մեր մարմնի ջերմաստիճանը ավելի բարձր է, քան գորգի ջերմաստիճանը։ Գորգերը վատ ջերմահաղորդիչներ են, հետևաբար մեր ոտքերից հոսող ջերմությունը կուտակվում է գորգի մակերեսին՝ այն ավելի տաք դարձնելով։ Երբ մենք ոտք ենք դնում սալիկների կամ կերամիկայի վրա, ջերմությունը հոսում է մեր ոտքերից դեպի սալիկներ կամ կերամիկա։ Քանի որ սալիկները լավ ջերմահաղորդիչներ են, ջերմությունը չի պահպանվում սալիկների մակերեսին։ Ջերմությունը սահուն հոսում է, ինչը մեր ոտքերը սառը զգացողություն է առաջացնում։ Եթե ձեր տունը գտնվում է ցուրտ տարածքում, դուք պետք է ձեր ննջասենյակի հատակը ծածկեք գորգով, որպեսզի ձեր մարմինը չկորցնի ջերմությունը։ Եվ հակառակը, եթե ձեր տունը գտնվում է տաք տարածքում, դուք չպետք է ձեր ննջասենյակի հատակը ծածկեք գորգով, քանի որ դուք ոչ թե զով կզգաք, այլ տաք 😉
Առանց ներքնակի հատակին քնելը կարող է հիվանդություն առաջացնել։ Ինչո՞ւ։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ մեծ քանակությամբ ջերմություն է փոխանցվում ձեր մարմնից հատակին։ Ջերմությունը շարժման մեջ գտնվող էներգիա է։ Երբ ձեր մարմինը շատ ջերմություն է կորցնում, նրա էներգիայի մակարդակը նվազում է։ Եթե ձեզ էներգիա է պակասում, կարող եք հիվանդանալ։
Ի՞նչ գործառույթ ունեն պատուհաններն ու դռները: Ինչո՞ւ պետք է դռներն ու պատուհանները փայտից լինեն: Գիշերը տան դրսի օդի ջերմաստիճանը ցածր է տան ներսում օդի ջերմաստիճանից: Օդի ջերմաստիճանի այս տարբերությունը ջերմության տեղափոխման պատճառ է դառնում տան ներսից դեպի դուրս: Հետևաբար, գիշերը մենք սովորաբար փակում ենք դռները կամ պատուհանները: Բացի հանցագործներին վանելուց, պատուհանների կամ դռների գործառույթներից մեկը տնից ջերմության դուրս գալը կանխելն է: Սովորաբար դռները կամ պատուհանները պատրաստված են փայտից: Փայտի ջերմահաղորդականությունը բավականին ցածր է, որպեսզի այն կարողանա հանդես գալ որպես ջերմամեկուսիչ: Պատուհանների կամ դռների մեկ այլ գործառույթ է օդը պահելը: Պատուհանի կամ դռան ներսում կուտակված օդը հանդես է գալիս որպես լավ մեկուսիչ (կանխելով ջերմության դուրս գալը): Օդի ջերմահաղորդականությունը շատ ցածր է: Որքան ցածր է առարկայի ջերմահաղորդականությունը, այնքան ավելի դժվար է ջերմության փոխանցումը այդ առարկայի միջով:
Բացի մեր քաղաքակիրթ և նորմալ մարդկանց կարգավիճակը պահպանելուց 🙂, հագուստը նաև ծառայում է մարմնի կայուն ջերմաստիճանի պահպանմանը: Մեր կրած հագուստը սովորաբար հարմարեցված է օդի ջերմաստիճանին: Երբ օդի ջերմաստիճանը բավականին ցածր է, մեր կրած հագուստը ավելի հաստ է: Վերմակները կամ հաստ հագուստը (բաճկոններ և այլն) խոչընդոտում են օդի սահուն շարժմանը: Օդը մնում է մաշկի և բաճկոնի կամ վերմակի միջև: Քանի որ մեր մարմնի և արգելափակված օդի միջև ջերմաստիճանի տարբերություն կա, ջերմությունը մարմնից տեղափոխվում է օդ: Մարմնից եկող լրացուցիչ ջերմությունը բարձրացնում է արգելափակված օդի ջերմաստիճանը (օդը դառնում է ավելի տաք): Նայեք վերևում գտնվող ջերմահաղորդականության աղյուսակին: Օդի ջերմահաղորդականության արժեքը շատ փոքր է: Հետևաբար, ջերմությունը չի կարող դուրս գալ մարմնից: Մեր մարմնի ջերմաստիճանը մնում է կայուն: Եթե մենք բաճկոն չենք հագնում, երբ օդը բավականին ցուրտ է, ջերմությունը դուրս է գալիս մեր մարմնից: Որքան շատ ջերմություն է դուրս գալիս մարմնից, այնքան շատ էներգիա է կորցնում մարմինը:
Խնդիրների օրինակ
1. 2011/2012 ազգային քննության հարց A81 թիվ 10
Ուշադրություն դարձրեք հետևյալ հայտարարությանը։
(1) Մետաղական հաղորդունակություն
(2) Մետաղական ծայրերի միջև ջերմաստիճանի տարբերությունը
(3) Մետաղի երկարությունը
(4) Մետաղական զանգված
Մետաղի ջերմության տարածման արագությունը որոշող գործոններն են՝
Ա. (1), (2) և (3)
Բ. (1) և (4)
Գ. (2) և (4)
Դ. (3) և (4)
Ե. (4) միայն
Քննարկում
Ջերմահաղորդականությամբ ջերմափոխանակման արագության բանաձևի հիման վրա ջերմափոխանակման արագությունը որոշող գործոններն են՝ մետաղի հաղորդականությունը (k), մետաղի ծայրերի միջև ջերմաստիճանի տարբերությունը (T) և մետաղի երկարությունը (l): Մետաղի զանգվածը ազդեցություն չունի:
Ճիշտ պատասխանը Ա-ն է։
