Dacă stai pe un scaun de lemn, suprafața scaunului de lemn se încălzește. În schimb, dacă stai pe un scaun din plastic sau metal, suprafața scaunului din metal sau plastic nu se simte caldă după ce stai pe ea. De ce este caldă suprafața unui scaun de lemn, în timp ce suprafața unui scaun metalic nu este? De ce poate provoca durere dormitul pe o podea rece fără saltea? Ai purtat vreodată o jachetă rece? De ce majoritatea jachetelor reci sunt fabricate din lână? Există încă multe lucruri la care să te gândești și să te întrebi legate de subiectul transferului de căldură prin conducție.
Pregătește o lumânare și o bucată de sârmă subțire. Ține un capăt al sârmei și atinge celălalt capăt al sârmei de flacăra lumânării. Așteaptă câteva momente până când mâna ta se încălzește. De ce se simte mâna ta fierbinte? Când un capăt al sârmei atinge flacăra lumânării, căldura se deplasează de la flacăra lumânării (temperatură ridicată) la celălalt capăt al sârmei (temperatură scăzută). Acest transfer de căldură determină creșterea temperaturii capătului sârmei care atinge flacăra. Diferența de temperatură dintre capătul sârmei care atinge flacăra lumânării și celălalt capăt al sârmei determină deplasarea căldurii de la capătul sârmei care atinge flacăra la capătul sârmei care este atins de mâna ta. Acest transfer de căldură determină creșterea temperaturii capătului sârmei care este atins. Căldura se deplasează apoi către mâna ta mai rece. Drept urmare, mâna ta se simte fierbinte.
Când o parte a unui obiect cu temperatură ridicată intră în contact cu un obiect cu temperatură scăzută, căldura se deplasează de la obiectul cu temperatură ridicată la obiectul cu temperatură scăzută. Energia suplimentară face ca atomii și moleculele care alcătuiesc obiectul să se miște mai repede. Pe măsură ce se mișcă, moleculele au energie cinetică (EK = ½ mv² ) . Moleculele care se mișcă mai repede (cu energie cinetică mai mare) se ciocnesc cu moleculele de lângă ele. Aceste molecule se ciocnesc apoi cu alte molecule de lângă ele. Și așa mai departe. Astfel, moleculele se ciocnesc între ele, transferând energie. Transferul de căldură care are loc prin coliziuni între moleculele care alcătuiesc un obiect se numește transfer de căldură prin conducție.
Formula transferului de căldură prin conducție
Obiectul din stânga are o temperatură mai ridicată (T1) în timp ce obiectul din dreapta are o temperatură mai scăzută (T2). Din cauza diferenței de temperatură (T1 - T2), căldura se deplasează de la un obiect cu temperatură ridicată la un obiect cu temperatură scăzută (direcția fluxului de căldură este spre dreapta). Obiectul prin care trece căldura are o arie a secțiunii transversale (A) și o lungime (l).
Pe baza rezultatelor experimentului, căldura transferată într-un anumit interval de timp (Q/t) este direct proporțională cu diferența de temperatură (T1 – T2 ) , aria secțiunii transversale (A), natura obiectului (k = conductivitatea termică) și invers proporțională cu lungimea obiectului. Formula pentru rata de transfer de căldură prin conducție:
Descriere: Q/t = rata de transfer termic, k = conductivitatea termică, A = aria secțiunii transversale, T1 = temperatură ridicată, T2 = temperatură scăzută, l = lungimea obiectului.
Aplicarea transferului de căldură prin conducție
De ce plăcile par mai reci decât covorul? Plăcile au o conductivitate termică mai mare decât covoarele. Prin urmare, plăcile sunt buni conductori de căldură, în timp ce covoarele sunt slabi conductori de căldură. Când călcăm pe un covor, căldura curge de la picioarele noastre către covor. Acest lucru se întâmplă deoarece temperatura corpului nostru este mai mare decât temperatura covorului. Covoarele sunt slabi conductori de căldură, prin urmare, căldura care curge de la picioarele noastre se acumulează pe suprafața covorului, făcând covorul mai cald. Când călcăm pe plăci sau ceramică, căldura curge de la picioarele noastre către plăci sau ceramică. Deoarece plăcile sunt buni conductori de căldură, căldura nu este reținută pe suprafața plăcilor. Căldura circulă uniform, făcând ca picioarele noastre să se simtă reci. Dacă casa ta se află într-o zonă rece, ar trebui să acoperi podeaua dormitorului cu covor, astfel încât corpul tău să nu piardă căldură. În schimb, dacă casa ta se află într-o zonă caldă, nu ar trebui să acoperi podeaua dormitorului cu covor, deoarece nu te vei simți răcoros, ci cald 😉
Dormitul pe podea fără saltea poate provoca boli. De ce? Acest lucru se datorează faptului că o cantitate mare de căldură este transferată din corp pe podea. Căldura este energie în mișcare. Când corpul tău pierde multă căldură, nivelul său de energie scade. Dacă îți lipsește energia, te poți îmbolnăvi!
Care este funcția ferestrelor și ușilor? De ce ar trebui ușile și ferestrele să fie din lemn? Noaptea, temperatura aerului din exteriorul casei este mai mică decât temperatura aerului din interiorul casei. Această diferență de temperatură a aerului face ca căldura să se deplaseze din interiorul casei spre exterior. Prin urmare, noaptea închidem de obicei ușile sau ferestrele. Pe lângă scopul de a-i ține pe infractori, una dintre funcțiile ferestrelor sau ușilor este de a împiedica ieșirea căldurii din casă. De obicei, ușile sau ferestrele sunt din lemn. Conductivitatea termică a lemnului este suficient de scăzută încât acesta poate acționa ca un izolator termic. O altă funcție a ferestrelor sau ușilor este de a reține aerul. Aerul prins în interiorul ferestrei sau ușii acționează ca un bun izolator (blocând ieșirea căldurii). Conductivitatea termică a aerului este foarte scăzută. Cu cât conductivitatea termică a unui obiect este mai mică, cu atât este mai dificil transferul de căldură prin conducție prin acel obiect.
Pe lângă faptul că ne menține statutul de ființe umane civilizate și normale 🙂, îmbrăcămintea servește și la menținerea unei temperaturi stabile a corpului. Îmbrăcămintea pe care o purtăm este de obicei ajustată la temperatura aerului. Când temperatura aerului este destul de scăzută, îmbrăcămintea pe care o purtăm este mai groasă. Păturile sau hainele groase (jachete etc.) împiedică circulația ușoară a aerului. Aerul este prins între piele și jachetă sau pătură. Deoarece există o diferență de temperatură între corpul nostru și aerul prins, căldura se deplasează din corp în aer. Căldura suplimentară din corp face ca temperatura aerului prins să crească (aerul devine mai cald). Uitați-vă la tabelul de conductivitate termică de mai sus. Valoarea conductivității termice a aerului este foarte mică. Prin urmare, căldura nu poate scăpa din corp. Temperatura corpului nostru rămâne stabilă. Dacă nu purtăm o jachetă atunci când aerul este destul de rece, căldura scapă din corpul nostru. Cu cât mai multă căldură scapă din corp, cu atât corpul pierde mai multă energie.
Exemplu de probleme
1. Întrebarea A81 nr. 10 din cadrul examenului național 2011/2012
Acordați atenție următoarei afirmații!
(1) Conductivitatea metalelor
(2) Diferența de temperatură dintre capetele metalice
(3) Lungimea metalului
(4) Masă metalică
Factorii care determină viteza de propagare a căldurii în metal sunt...
A. (1), (2) și (3)
B. (1) și (4)
C. (2) și (4)
D. (3) și (4)
Numai E. (4)
Pembahasan
Conform formulei pentru rata de transfer de căldură prin conducție, factorii care determină rata de transfer de căldură sunt conductivitatea metalului (k), diferența de temperatură dintre capetele metalului (T) și lungimea metalului (l). Masa metalului nu are niciun efect.
Răspunsul corect este A.
