Jei sėdite ant medinės kėdės, jos paviršius įšyla. Ir atvirkščiai, jei sėdite ant kėdės, pagamintos iš plastiko ar metalo, metalinės ar plastikinės kėdės paviršius po atsisėdimo nejaučiamas šiltas. Kodėl medinės kėdės paviršius yra šiltas, o metalinės – ne? Kodėl miegojimas ant šaltų grindų be čiužinio gali sukelti skausmą? Ar kada nors dėvėjote šaltą striukę? Kodėl dauguma šaltų striukių yra pagamintos iš vilnos? Vis dar yra daug dalykų, apie kuriuos reikia pagalvoti ir užduoti klausimus, susijusius su šilumos perdavimu laidumu.
Paruoškite žvakę ir plonos vielos gabalėlį. Laikykite vieną vielos galą ir kitą vielos galą palieskite žvakės liepsną. Palaukite kelias akimirkas, kol jūsų ranka pajus karštį. Kodėl jūsų ranka karšta? Kai vienas vielos galas paliečia žvakės liepsną, šiluma pereina iš žvakės liepsnos (aukšta temperatūra) į kitą vielos galą (žema temperatūra). Dėl šio šilumos perdavimo padidėja vielos galo, kuris liečiasi su liepsna, temperatūra. Temperatūrų skirtumas tarp vielos galo, kuris liečiasi su žvakės liepsna, ir kito vielos galo sukelia šilumos perdavimą iš vielos galo, kuris liečiasi su liepsna, į vielos galą, kurį liečiate savo ranka. Dėl šio šilumos perdavimo padidėja liečiamo vielos galo temperatūra. Tada šiluma pereina į jūsų šaltesnę ranką. Dėl to jūsų ranka tampa karšta.
Kai aukštos temperatūros objekto dalis liečiasi su žemos temperatūros objektu, šiluma pereina iš aukštos temperatūros objekto į žemos temperatūros objektą. Papildoma energija verčia objektą sudarančius atomus ir molekules judėti greičiau. Judėdamos molekulės įgauna kinetinę energiją (EK = ½ mv 2 ). Greičiau judančios molekulės (su didesne kinetine energija) susiduria su greta esančiomis molekulėmis. Šios molekulės tada susiduria su kitomis greta esančiomis molekulėmis. Ir taip toliau. Taigi molekulės susiduria viena su kita, perduodamos energiją. Šilumos perdavimas, vykstantis per susidūrimus tarp objektą sudarančių molekulių, vadinamas šilumos perdavimu laidumu.
Šilumos perdavimo laidumo būdu formulė
Kairėje pusėje esančio objekto temperatūra yra aukštesnė (T1), o dešinėje esantis objektas turi žemesnę temperatūrą (T2). Dėl temperatūros skirtumo (T1 - T.2), šiluma juda iš aukštos temperatūros objekto į žemos temperatūros objektą (šilumos srauto kryptis yra į dešinę). Objektas, per kurį praeina šiluma, turi skerspjūvio plotą (A) ir ilgį (l).
Remiantis eksperimento rezultatais, per tam tikrą laiko intervalą perduota šiluma (Q/t) yra tiesiogiai proporcinga temperatūrų skirtumui (T1 – T2 ) , skerspjūvio plotui (A), objekto pobūdžiui (k = šilumos laidumas) ir atvirkščiai proporcinga objekto ilgiui. Šilumos perdavimo laidumo greičiui apskaičiuoti naudojama formulė:
Aprašymas: Q/t = šilumos perdavimo greitis, k = šilumos laidumas, A = skerspjūvio plotas, T1 = aukšta temperatūra, T2 = žema temperatūra, l = objekto ilgis.
Šilumos perdavimo laidumo būdu taikymas
Kodėl plytelės jaučiasi vėsesnės nei kilimai? Plytelės pasižymi didesniu šilumos laidumu nei kilimai. Todėl plytelės yra geros šilumos laidininkės, o kilimai – prastos. Kai žengiame ant kilimo, šiluma iš mūsų pėdų teka į kilimą. Taip atsitinka todėl, kad mūsų kūno temperatūra yra aukštesnė nei kilimo temperatūra. Kilimai yra prastos šilumos laidininkės, todėl iš mūsų pėdų sklindanti šiluma kaupiasi kilimo paviršiuje, todėl jis šiltesnis. Kai žengiame ant plytelių ar keramikos, šiluma iš mūsų pėdų teka į plyteles ar keramiką. Kadangi plytelės yra geros šilumos laidininkės, šiluma jų paviršiuje nelaikoma. Šiluma teka sklandžiai, todėl mūsų pėdos jaučiasi šaltos. Jei jūsų namas yra šaltoje vietoje, miegamojo grindis turėtumėte uždengti kilimu, kad jūsų kūnas neprarastų šilumos. Ir atvirkščiai, jei jūsų namas yra karštoje vietoje, neturėtumėte uždengti miegamojo grindų kilimu, nes jausitės ne vėsūs, o karšti 😉
Miegojimas ant grindų be čiužinio gali sukelti ligas. Kodėl? Taip yra todėl, kad didelis šilumos kiekis perduodamas iš jūsų kūno į grindis. Šiluma yra judėjimo energija. Kai jūsų kūnas praranda daug šilumos, jo energijos lygis sumažėja. Jei trūksta energijos, galite susirgti!
Kokia langų ir durų funkcija? Kodėl durys ir langai turėtų būti mediniai? Naktį oro temperatūra namo išorėje yra žemesnė nei oro temperatūra namo viduje. Dėl šio oro temperatūros skirtumo šiluma juda iš namo vidaus į išorę. Todėl naktį paprastai uždarome duris ar langus. Be to, kad siekiama atbaidyti nusikaltėlius, viena iš langų ar durų funkcijų yra neleisti šilumai išeiti iš namo. Paprastai durys ar langai gaminami iš medžio. Medžio šilumos laidumas yra pakankamai mažas, kad ji galėtų veikti kaip šilumos izoliatorius. Kita langų ar durų funkcija – sulaikyti orą. Oras, įstrigęs lango ar durų vidinėje pusėje, veikia kaip geras izoliatorius (blokuojantis šilumos išėjimą). Oro šilumos laidumas yra labai mažas. Kuo mažesnis objekto šilumos laidumas, tuo sunkiau šilumai perduoti laidumo būdu per tą objektą.
Be to, kad drabužiai padeda išlaikyti civilizuotų ir normalių žmonių statusą 🙂, jie taip pat padeda palaikyti stabilią kūno temperatūrą. Mūsų dėvimi drabužiai paprastai yra pritaikyti prie oro temperatūros. Kai oro temperatūra yra gana žema, dėvime storesnius drabužius. Antklodės arba stori drabužiai (striukės ir kt.) neleidžia orui sklandžiai cirkuliuoti. Oras įstringa tarp odos ir striukės ar antklodės. Kadangi tarp mūsų kūno ir įstrigusio oro yra temperatūrų skirtumas, šiluma iš kūno pereina į orą. Papildoma šiluma iš kūno padidina įstrigusio oro temperatūrą (oras tampa šiltesnis). Pažvelkite į aukščiau esančią šilumos laidumo lentelę. Oro šilumos laidumo vertė yra labai maža. Todėl šiluma negali išeiti iš kūno. Mūsų kūno temperatūra išlieka stabili. Jei nedėvime striukės, kai oras gana šaltas, iš mūsų kūno išeina šiluma. Kuo daugiau šilumos išeina iš kūno, tuo daugiau energijos kūnas praranda.
Contoh soal
1. 2011/2012 mokslo metų nacionalinio egzamino klausimas A81 Nr. 10
Atkreipkite dėmesį į toliau pateiktą teiginį!
(1) Metalo laidumas
(2) Temperatūros skirtumas tarp metalinių galų
(3) Metalo ilgis
(4) Metalo masė
Šilumos sklidimo metale greitį lemia šie veiksniai...
A. (1), (2) ir (3) punktai
B. (1) ir (4)
C. (2) ir (4)
D. (3) ir (4)
Tik E. (4)
Pembahasanas
Remiantis šilumos perdavimo laidumo būdu greičio formule, šilumos perdavimo greitį lemia metalo laidumas (k), temperatūrų skirtumas tarp metalo galų (T) ir metalo ilgis (l). Metalo masė neturi jokios įtakos.
Teisingas atsakymas yra A.
