1. Definisjon av varmeoverføring ved konduksjon
Hvis du sitter i en trestol, blir overflaten på trestolen varm. Omvendt, hvis du sitter i en stol laget av plast eller metall, føles ikke overflaten på en metall- eller plaststol varm etter at du har sittet. Hvorfor blir overflaten på trestolen varm, mens metalloverflaten ikke blir det? Hvorfor kan det å sove på et kaldt gulv uten madrass forårsake smerte? Har du noen gang brukt en kuldebeskyttelsesjakke? Hvorfor er de fleste kuldebeskyttelsesjakker laget av ull? Det er fortsatt mange ting som kan vurderes og stilles spørsmål ved knyttet til emnet varmeoverføring ved konduksjon.
Når en del av et objekt med høy temperatur er i kontakt med et objekt med lav temperatur, beveger energi seg fra et objekt med høy temperatur til en del av objektet med lav temperatur. Tilførselen av energi får atomer og molekyler til å bevege seg raskere. Når molekylet beveger seg, har det kinetisk energi (KE = 1/2 mv² ) . Molekylene som beveger seg raskere (større kinetisk energi) hamrer molekylene ved siden av seg. Molekylet treffer et annet molekyl ved siden av. Så videre. Så kolliderer molekyler med hverandre mens de beveger energi. Varmeoverføringen som skjer gjennom kollisjoner mellom molekylene i objektet kalles varmeoverføring ved konduksjon.
2. Ligningen for varmeoverføring ved konduksjon
Objektet til venstre har en høyere temperatur (T1) mens objektet til høyre har en lavere temperatur (T2). På grunn av temperaturforskjellen (T1 - T2), beveger varme seg fra et objekt med høy temperatur til et objekt med lav temperatur (varmestrømmens retning er mot høyre). Objektet som passerer gjennom varmen har et tverrsnittsareal (A) og en lengde (l).
Basert på resultatene fra eksperimentet er varmen som beveger seg i løpet av et visst tidsintervall (Q/t) direkte proporsjonal med temperaturforskjellen (T1 – T2 ) ,
tverrsnittsareal (A), objektets natur (k = varmeledningsevne) og omvendt proporsjonal med objektets lengde. Formelen for varmeoverføring ved konduksjon:
Beskrivelse: Q/t = varmeoverføringshastighet, k = varmeledningsevne, A = tverrsnittsareal, T1 = høy temperatur, T2 = lav temperatur, l = objektets lengde.
3. Varmeledningsevnen (k)
Hvorfor er de fleste kokekar laget av aluminium? Hvis venstre hånd holder strykejernet, høyre hånd holder glasset, da berøres strykejernet og glasset ilden. Føler venstre eller høyre hånd seg raskere? Disse spørsmålene og kanskje andre spørsmål du vil stille, gjelder varmeledningsevnen til objekter. Varmeledningsevnen til en gjenstand er en gjenstands evne til å bevege varme gjennom gjenstanden. Gjenstander som har høy varmeledningsevne (k) er gode varmeledere (gode varmeledere). Omvendt er gjenstander som har lav varmeledningsevne dårlige varmeledere (dårlige varmeledere).
4. Anvendelse av varmeoverføring ved konduksjon
Hvorfor føles fliser kjøligere enn teppet? Fliser har en høyere varmeledningsevne enn tepper. Derfor er fliser en god varmeleder, mens teppet er en dårlig varmeleder. Når vi går på teppet, strømmer varme fra føttene mot teppet. Dette skjer fordi kroppstemperaturen vår er høyere enn teppets temperatur. Teppet er en dårlig varmeleder, så varmen som strømmer fra føttene våre akkumuleres på overflaten av teppet, slik at teppet blir varmere. Når vi går på en flis eller keramikk, strømmer varme fra foten til flisen eller keramikken. Fordi fliser er en god varmeleder, sitter ikke varmen fast på flisoverflaten. Varmen flyter jevnt slik at føttene våre føles kalde.
Å sove på gulvet i huset uten en sokkel kan forårsake smerte. Hvorfor? Dette skyldes mengden varme som beveger seg fra kroppen til gulvet. Varme er energien som beveger seg. Når kroppen mister mye varme, reduseres energien i kroppen. Hvis du mangler energi, kan du bli syk!
Hva er funksjonene til vinduer og dører? Hvorfor bør dører og vinduer være laget av tre? Om natten er temperaturen utenfor huset lavere enn lufttemperaturen inne i huset. Denne forskjellen i lufttemperatur fører til at varme beveger seg fra innsiden av huset til utsiden av huset. Derfor lukker vi vanligvis dører eller vinduer om natten. Luften som er fanget på innsiden av vinduet eller døren fungerer som en god isolator. Jo mindre varmeledningsevnen til en gjenstand er, desto vanskeligere er varmeoverføring ved ledning gjennom gjenstanden.
I tillegg til å opprettholde vår status som siviliserte og normale mennesker, fungerer klær også for å holde kroppstemperaturen stabil. Klærne vi bruker er vanligvis tilpasset lufttemperaturen. Når lufttemperaturen er lav nok, er klærne vi bruker tykkere. Tykke tepper eller klær (jakker osv.) gjør at luften ikke kan bevege seg. Luften er fanget mellom huden og jakken eller teppet. Fordi det er en temperaturforskjell mellom kroppen vår og den fangede luften, beveger varme seg fra kroppen til luften. Tilførselen av varme fra kroppen fører til at temperaturen på den fangede luften øker (luften blir varmere). Verdien av luftens varmeledningsevne er minimal. Derfor kan ikke varme komme ut av kroppen. Kroppstemperaturen vår opprettholdes også. Hvis vi ikke bruker en jakke når luften er kald nok, kommer varmen ut av kroppen vår. Jo mer varme som kommer ut av kroppen, desto mye energi mister kroppen!
