1. Definitie van warmteoverdracht door geleiding
Als je op een houten stoel zit, wordt het oppervlak van de stoel warm. Omgekeerd, als je op een stoel van plastic of metaal zit, voelt het oppervlak van een metalen of plastic stoel na het zitten niet warm aan. Waarom wordt het oppervlak van een houten stoel wel warm, terwijl dat van een metalen stoel niet warm wordt? Waarom kan slapen op een koude vloer zonder matras pijn veroorzaken? Heb je ooit een anti-koudejas gedragen? Waarom zijn de meeste anti-koudejassen van wol gemaakt? Er zijn nog veel meer vragen en overwegingen te stellen met betrekking tot warmteoverdracht door geleiding.
Wanneer een deel van een object met een hoge temperatuur in contact komt met een object met een lage temperatuur, wordt energie overgedragen van het object met de hoge temperatuur naar het deel met de lage temperatuur. Door de energieoverdracht gaan atomen en moleculen sneller bewegen. Tijdens de beweging heeft een molecuul kinetische energie (KE = 1/2 mv² ) . De moleculen die sneller bewegen (grotere kinetische energie) botsen tegen de moleculen ernaast. Een molecuul botst tegen een ander molecuul ernaast, enzovoort. Moleculen botsen dus met elkaar terwijl ze energie overdragen. De warmteoverdracht die plaatsvindt door botsingen tussen de moleculen van het object wordt warmtegeleiding genoemd.
2. De vergelijking voor warmteoverdracht door geleiding
Het object aan de linkerkant heeft een hogere temperatuur (T).1) terwijl het object aan de rechterkant een lagere temperatuur heeft (T2Vanwege het temperatuurverschil (T1 - T2Warmte verplaatst zich van een object met een hoge temperatuur naar een object met een lage temperatuur (de warmtestroom is naar rechts). Het object waar de warmte doorheen stroomt, heeft een dwarsdoorsnedeoppervlakte (A) en een lengte (l).
Op basis van de resultaten van het experiment is de hoeveelheid warmte die gedurende een bepaald tijdsinterval wordt verplaatst (Q/t) recht evenredig met het temperatuurverschil (T 1 – T 2 ).
De dwarsdoorsnede (A), de aard van een object (k = thermische geleidbaarheid) en omgekeerd evenredig met de lengte van het object. De formule voor warmteoverdracht door geleiding:
Omschrijving: Q/t = warmteoverdrachtssnelheid, k = thermische geleidbaarheid, A = dwarsdoorsnede, T 1 = hoge temperatuur, T 2 = lage temperatuur, l = lengte van het object.
3. De thermische geleidbaarheid (k)
Waarom is het meeste kookgerei van aluminium gemaakt? Als je met je linkerhand het strijkijzer vasthoudt en met je rechterhand het glas, dan raken zowel het strijkijzer als het glas het vuur aan. Voelt je linker- of rechterhand sneller aan? Deze vragen, en wellicht andere vragen die je jezelf stelt, hebben betrekking op de warmtegeleiding van objecten. De warmtegeleiding van een object is het vermogen van een object om warmte door te geven. Objecten met een hoge warmtegeleiding (k) zijn goede warmtegeleiders. Omgekeerd zijn objecten met een lage warmtegeleiding slechte warmtegeleiders.
4. Toepassing van warmteoverdracht door geleiding
Waarom voelt een tegel koeler aan dan een tapijt? Tegels hebben een hogere warmtegeleidingscoëfficiënt dan tapijt. Een tegel is dus een goede warmtegeleider, terwijl een tapijt een slechte warmtegeleider is. Wanneer we op een tapijt lopen, stroomt de warmte van onze voeten naar het tapijt. Dit komt doordat onze lichaamstemperatuur hoger is dan de temperatuur van het tapijt. Omdat een tapijt een slechte warmtegeleider is, hoopt de warmte die van onze voeten afstroomt zich op aan het oppervlak van het tapijt, waardoor het tapijt warmer wordt. Wanneer we op een tegel of keramische plaat lopen, stroomt de warmte van onze voeten naar de tegel of keramische plaat. Omdat tegels een goede warmtegeleider zijn, blijft de warmte niet aan het oppervlak hangen. De warmte verspreidt zich gelijkmatig, waardoor onze voeten koud aanvoelen.
Slapen op de vloer van het huis zonder matras kan pijn veroorzaken. Waarom? Dit komt door de hoeveelheid warmte die van het lichaam naar de vloer wordt overgedragen. Warmte is energie die zich verplaatst. Wanneer je lichaam veel warmte verliest, neemt de energie in je lichaam af. Als je energie tekortkomt, kun je ziek worden!
Wat zijn de functies van ramen en deuren? Waarom zouden deuren en ramen van hout gemaakt moeten zijn? 's Nachts is de temperatuur buiten het huis lager dan de temperatuur binnen. Dit temperatuurverschil zorgt ervoor dat warmte van binnen naar buiten ontsnapt. Daarom sluiten we 's nachts meestal de deuren of ramen. De lucht die aan de binnenkant van het raam of de deur is opgesloten, werkt als een goede isolator. Hoe lager de warmtegeleidingscoëfficiënt van een object, hoe moeilijker warmteoverdracht door geleiding door dat object verloopt.
Naast het behouden van onze status als beschaafde en normale mensen, heeft kleding ook de functie om onze lichaamstemperatuur stabiel te houden. De kleding die we dragen is doorgaans afgestemd op de luchttemperatuur. Wanneer de luchttemperatuur laag genoeg is, dragen we dikkere kleding. Dikke dekens of kleding (zoals jassen) belemmeren de luchtcirculatie. De lucht blijft gevangen tussen de huid en de jas of deken. Omdat er een temperatuurverschil is tussen ons lichaam en de ingesloten lucht, gaat warmte van het lichaam naar de lucht. De warmte die het lichaam afgeeft, zorgt ervoor dat de temperatuur van de ingesloten lucht stijgt (de lucht wordt warmer). De thermische geleidbaarheid van lucht is minimaal. Daarom kan warmte niet uit het lichaam ontsnappen. Onze lichaamstemperatuur blijft dus stabiel. Als we geen jas dragen wanneer de lucht koud genoeg is, ontsnapt er warmte uit ons lichaam. Hoe meer warmte er uit het lichaam ontsnapt, hoe meer energie het lichaam verliest!
