1. Definiția transferului de căldură prin conducție
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 unui scaun din metal sau plastic nu se simte caldă după ce stai pe scaun. De ce se încălzește suprafața scaunului de lemn, în timp ce suprafața scaunului metalic nu? De ce poate provoca durere dormitul pe o podea rece fără saltea? Ai purtat vreodată o jachetă anti-frig? De ce majoritatea jachetelor anti-frig sunt fabricate din lână? Există încă multe lucruri care pot fi luate în considerare și puse sub semnul întrebării legate de subiectul transferului de căldură prin conducție.
Când o parte a unui obiect cu temperatură ridicată intră în contact cu un obiect cu temperatură scăzută, energia se deplasează de la obiectul cu temperatură ridicată la o parte a obiectului cu temperatură scăzută. Adăugarea de energie face ca atomii și moleculele să accelereze mișcarea obiectelor. În mișcare, molecula are energie cinetică (KE = 1/2 mv² ) . Moleculele care se mișcă mai repede (energie cinetică mai mare) lovesc moleculele de lângă ele. Molecula lovește o altă moleculă de lângă ea. Și așa mai departe. Deci, moleculele se ciocnesc între ele în timp ce deplasează energie. Transferul de căldură care are loc prin coliziuni între moleculele obiectului se numește transfer de căldură prin conducție.
2. Ecuația transferului de căldură prin conducție
Obiectul situat în stânga are o temperatură mai ridicată (T1) în timp ce obiectul situat în 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 spre dreapta). Obiectul prin care trece căldura are o arie a secțiunii transversale (A) și o lungime (l).
Pe baza rezultatelor experimentului, căldura care se deplasează într-un anumit interval de timp (Q/t) este direct proporțională cu diferența de temperatură (T1 – T2 ).
aria secțiunii transversale (A), natura unui obiect (k = conductivitate termică) și invers proporțională cu lungimea obiectului. Formula pentru transferul de căldură prin conducție:
Descriere: Q/t = rata de transfer de căldură, k = conductivitatea termică, A = aria secțiunii transversale, T1 = temperatură ridicată, T2 = temperatură scăzută, l = lungimea obiectului.
3. Conductivitatea termică (k)
De ce sunt fabricate majoritatea vaselor de gătit din aluminiu? Dacă mâna stângă ține fierul de călcat, iar mâna dreaptă ține paharul, atunci fierul și sticla sunt atinse de foc. Mâna stângă sau mâna dreaptă se simte mai repede? Aceste întrebări și poate alte întrebări pe care le veți pune se referă la conductivitatea termică a obiectelor. Conductivitatea termică a unui obiect este capacitatea unui obiect de a transporta căldura prin el. Obiectele care au o conductivitate termică mare (k) sunt bune conductoare de căldură (conductori termici buni). În schimb, obiectele care au o conductivitate termică mică sunt conductori de căldură slabi (conductori termici slabi).
4. Aplicarea transferului de căldură prin conducție
De ce pare gresia mai rece decât covorul? Gresia are o conductivitate termică mai mare decât covoarele. Prin urmare, gresia este un bun conductor de căldură, în timp ce covorul este un conductor de căldură prost. Când mergem pe covor, căldura curge de la picioare spre covor. Acest lucru se întâmplă deoarece temperatura corpului nostru este mai mare decât temperatura covorului. Covorul este un conductor de căldură prost, așa căldura care curge de la picioarele noastre se acumulează pe suprafața covorului, astfel încât covorul devine mai cald. Când mergem pe o gresie sau ceramică, căldura curge de la picior la gresie sau ceramică. Deoarece gresia este un bun conductor de căldură, căldura nu rămâne blocată pe suprafața plăcii. Căldura circulă uniform, astfel încât picioarele noastre se simt reci.
Dormitul pe podeaua casei, fără un piedestal, poate provoca durere. De ce? Acest lucru se datorează cantității de căldură care se deplasează de la corp la podea. Căldura este energia care se deplasează. Când corpul tău pierde multă căldură, energia din corp scade. Dacă îți lipsește energia, te poți îmbolnăvi!
Care sunt funcțiile ferestrelor și ușilor? De ce ar trebui ușile și ferestrele să fie din lemn? Noaptea, temperatura din exteriorul casei este mai scăzută decât temperatura aerului din interiorul casei. Această diferență de temperatură a aerului face ca căldura să se deplaseze din interiorul casei spre exteriorul casei. Prin urmare, de obicei noaptea, închidem ușile sau ferestrele. Aerul prins în interiorul ferestrei sau ușii servește ca un bun izolator. Cu cât conductivitatea termică a unui obiect este mai mică, cu atât transferul de căldură prin conducție prin obiect este mai dificil.
Pe lângă faptul că ne menține statutul de ființe umane civilizate și normale, îmbrăcămintea are și rolul de a menține temperatura corpului stabilă. Hainele pe care le folosim sunt de obicei ajustate la temperatura aerului. Când temperatura aerului este suficient de scăzută, hainele pe care le folosim sunt mai groase. Păturile sau hainele groase (jachetele etc.) împiedică aerul să se miște. 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. Adăugarea de căldură din corp face ca temperatura aerului prins să crească (aerul devine mai cald). Valoarea conductivității termice a aerului este minimă. Prin urmare, căldura nu poate ieși din corp. Temperatura corpului nostru este, de asemenea, menținută. Dacă nu folosim o jachetă atunci când aerul este suficient de rece, căldura iese din corpul nostru. Cu cât iese mai multă căldură din corp, corpul pierde multă energie!
