Ef þú situr á tréstól hlýnar yfirborðið. Ef þú situr hins vegar á stól úr plasti eða málmi, þá finnst mér yfirborð málm- eða plaststólsins ekki hlýtt eftir að hafa setið á honum. Af hverju er yfirborð tréstóls hlýtt en yfirborð málmstóls ekki? Af hverju getur það valdið sársauka að sofa á köldu gólfi án dýnu? Hefur þú einhvern tíma klæðst kuldagalla? Af hverju eru flestir kuldagallar úr ull? Það er enn margt sem vert er að hugsa um og spyrja sig að varðandi varmaleiðni.
Undirbúið kerti og þunnan vírbút. Haldið öðrum enda vírsins og snertið hinn endann við kertalogann. Bíðið í smá stund þar til höndin á ykkur hitnar. Af hverju hitnar höndin á ykkur? Þegar annar endi vírsins snertir kertalogann færist hiti frá kertaloganum (hár hiti) yfir í hinn endann á vírnum (lágur hiti). Þessi varmaflutningur veldur því að hitastig enda vírsins sem snertir logann eykst. Hitamunurinn á milli enda vírsins sem snertir kertalogann og hins enda vírsins veldur því að hiti færist frá enda vírsins sem snertir logann yfir í enda vírsins sem höndin á ykkur snertir. Tilvist... varmaflutningur Þetta veldur því að hitastig snertienda vírsins hækkar. Hitinn færist síðan yfir í kaldari höndina þína og veldur því að hún verður heit.
Þegar einn hluti hlutar hefur suhu snertingu við hlut sem er undir lágum hita, hita að færa sig frá hlut með háan hita yfir í hlut með lágan hita. Aukaorkan veldur því að atómin og sameindirnar sem mynda hlutinn hreyfast hraðar. Þegar sameindirnar hreyfast hafa þær hreyfiorku (EK = ½ mV)2Sameindir sem hreyfast hraðar (með meiri hreyfiorku) rekast á sameindirnar við hliðina á sér. Þessar sameindir rekast síðan á aðrar sameindir við hliðina á sér. Og svo framvegis. Þannig rekast sameindirnar hver á aðra og flytja orku. Varmaflutningurinn sem á sér stað við árekstra milli sameindanna sem mynda hlut kallast varmaleiðsla með leiðni.
Formúlan fyrir varmaflutning með leiðni
Hluturinn vinstra megin hefur hærra hitastig (T1) en hluturinn hægra megin hefur lægra hitastig (T2Vegna hitastigsmismunar (T1 - T2), færist varmi frá hlut með hátt hitastig til hlutar með lágt hitastig (varmaflæðisáttin er til hægri). Hluturinn sem varminn fer í gegnum hefur þversniðsflatarmál (A) og lengd (l).
Samkvæmt niðurstöðum tilraunarinnar er varmaflutningurinn á ákveðnu tímabili (Q/t) í réttu hlutfalli við hitamismuninn (T1 - T2), þversniðsflatarmál (A), eiginleika hlutar (k = varmaleiðni) og er í öfugu hlutfalli við lengd hlutarins. Formúlan fyrir hraða varmaflutnings með leiðni:
Lýsing: Q/t = varmaflutningshraði, k = varmaleiðni, A = þversniðsflatarmál, T1 = hár hiti, T2 = lágt hitastig, l = lengd hlutar.
Notkun varmaflutnings með leiðni
Af hverju finnst flísar kaldari en teppi? Flísar hafa meiri varmaleiðni en teppi. Þess vegna eru flísar góðir hitaleiðarar, en teppi eru lélegir hitaleiðarar. Þegar við stígum á teppi streymir hiti frá fótunum okkar að teppinu. Þetta gerist vegna þess að líkamshiti okkar er hærri en hitastig teppisins. Teppi eru lélegir hitaleiðarar, þess vegna safnast hitinn sem streymir frá fótunum okkar fyrir á yfirborði teppisins, sem gerir teppið hlýrra. Þegar við stígum á flísar eða keramik streymir hiti frá fótunum okkar að flísunum eða keramikinu. Vegna þess að flísar eru góðir hitaleiðarar, helst hiti ekki á yfirborði flísanna. Hiti streymir vel og gerir fæturna kalda. Ef húsið þitt er á köldu svæði ættir þú að hylja svefnherbergisgólfið með teppi svo að líkaminn tapi ekki hita. Aftur á móti, ef húsið þitt er á heitu svæði ættir þú ekki að hylja svefnherbergisgólfið með teppi því þér mun ekki finnast kalt heldur heitt 😉
Að sofa á gólfinu án dýnu getur valdið veikindum. Af hverju? Þetta er vegna þess að mikill hiti flyst frá líkamanum til gólfsins. Hiti er orka í hreyfingu. Þegar líkaminn tapar miklum hita lækkar orkustig hans. Ef þú skortir orku geturðu veikst!
Hvert er hlutverk glugga og hurða? Hvers vegna ættu hurðir og gluggar að vera úr tré? Á nóttunni er lofthitinn utan hússins lægri en lofthitinn inni í húsinu. Þessi munur á lofthita veldur því að hiti færist innan úr húsinu út. Þess vegna lokum við venjulega hurðum eða gluggum á nóttunni. Auk þess að reyna að fæla burt glæpamenn er eitt af hlutverkum glugga eða hurða að koma í veg fyrir að hiti sleppi út úr húsinu. Venjulega eru hurðir eða gluggar úr tré. Varmaleiðni viðar er nógu lág til að hann geti virkað sem einangrunarefni. Annað hlutverk glugga eða hurða er að halda lofti. Loft sem er fast innan í glugganum eða hurðinni virkar sem góð einangrunarefni (og kemur í veg fyrir að hiti sleppi). Varmaleiðni lofts er mjög lág. Því lægri sem varmaleiðni hlutar er, því erfiðara er fyrir hita að flytjast með leiðni í gegnum hann.
Auk þess að viðhalda stöðu okkar sem siðmenntaðra og eðlilegra einstaklinga 🙂, þjóna föt einnig til að viðhalda stöðugu líkamshita. Fötin sem við klæðumst eru venjulega aðlöguð að lofthitanum. Þegar lofthitinn er frekar lágur eru fötin sem við klæðumst þykkari. Teppi eða þykk föt (jakkar o.s.frv.) koma í veg fyrir að loftið hreyfist vel. Loft er fast á milli húðarinnar og jakkans eða teppsins. Vegna þess að það er hitamunur á milli líkama okkar og fasta loftsins færist hiti frá líkamanum í loftið. Aukinn hiti frá líkamanum veldur því að hitastig fasta loftsins hækkar (loftið hlýnar). Skoðið varmaleiðnitöfluna hér að ofan. Varmaleiðni lofts er mjög lítil. Þess vegna getur hiti ekki sloppið frá líkamanum. Líkamshitastig okkar helst stöðugt. Ef við klæðumst ekki jakka þegar loftið er frekar kalt sleppur hiti frá líkama okkar. Því meiri hiti sem sleppur frá líkamanum, því meiri orku tapar líkaminn.
Dæmi um vandamál
1. Spurning A81 nr. 10 í landsprófinu 2011/2012
Gefðu gaum að eftirfarandi fullyrðingu!
(1) Leiðni málma
(2) Hitamunurinn á milli málmenda
(3) Lengd málms
(4) Málmmassi
Þættirnir sem ákvarða hraða varmaútbreiðslu í málmi eru...
A. (1), (2) og (3)
B. (1) og (4)
C. (2) og (4)
D. (3) og (4)
Aðeins E. (4)
Umræða
Samkvæmt formúlunni fyrir varmaflutningshraða með leiðni eru þættirnir sem ákvarða hraða varmaflutningsins leiðni málmsins (k), hitamunurinn á milli enda málmsins (T) og lengd málmsins (l). Massi málmsins hefur engin áhrif.
Rétta svarið er A.
