Если вы сядете на деревянный стул, его поверхность нагреется. И наоборот, если вы сядете на стул из пластика или металла, поверхность металлического или пластикового стула не будет казаться теплой после того, как вы на него сядете. Почему поверхность деревянного стула теплая, а поверхность металлического — нет? Почему сон на холодном полу без матраса может вызывать боль? Вы когда-нибудь носили холодную куртку? Почему большинство холодных курток делают из шерсти? Есть еще много вопросов и размышлений, связанных с темой теплопередачи путем проводимости.
Подготовьте свечу и тонкую проволоку. Возьмите один конец проволоки и прикоснитесь другим концом к пламени свечи. Подождите несколько мгновений, пока ваша рука не станет горячей. Почему рука становится горячей? Когда один конец проволоки касается пламени свечи, тепло передается от пламени (высокая температура) к другому концу проволоки (низкая температура). Эта передача тепла приводит к повышению температуры конца проволоки, который касается пламени. Разница температур между концом проволоки, который касается пламени, и другим концом проволоки приводит к передаче тепла от конца проволоки, который касается пламени, к концу проволоки, которого касается ваша рука. Эта передача тепла приводит к повышению температуры конца проволоки, к которому прикасаются. Затем тепло передается к вашей более холодной руке. В результате ваша рука становится горячей.
Когда часть объекта с высокой температурой соприкасается с объектом с низкой температурой, тепло передается от объекта с высокой температурой к объекту с низкой температурой. Дополнительная энергия заставляет атомы и молекулы, составляющие объект, двигаться быстрее. При движении молекулы обладают кинетической энергией (EK = ½ mv²). Молекулы, движущиеся быстрее (обладающие большей кинетической энергией), сталкиваются с соседними молекулами. Затем эти молекулы сталкиваются с другими соседними молекулами. И так далее. Таким образом, молекулы сталкиваются друг с другом, передавая энергию. Передача тепла, происходящая посредством столкновений между молекулами, составляющими объект, называется теплопередачей путем проводимости.
Формула для теплопередачи путем проводимости.
Объект слева имеет более высокую температуру (Т).1) в то время как объект справа имеет более низкую температуру (Т).2Из-за разницы температур (Т).1 - Т2Тепло передается от объекта с высокой температурой к объекту с низкой температурой (направление теплового потока — вправо). Объект, через который проходит тепло, имеет площадь поперечного сечения (A) и длину (l).
На основании результатов эксперимента установлено, что количество теплоты, передаваемой за определенный интервал времени (Q/t), прямо пропорционально разности температур (T₁ – T₂ ) , площади поперечного сечения (A), природе объекта (k = теплопроводность) и обратно пропорционально длине объекта. Формула для скорости теплопередачи путем проводимости:
Описание: Q/t = скорость теплопередачи, k = теплопроводность, A = площадь поперечного сечения, T1 = высокая температура, Т2 = низкая температура, l = длина объекта.
Применение теплопередачи путем проводимости
Почему плитка кажется прохладнее ковра? Плитка обладает большей теплопроводностью, чем ковры. Поэтому плитка хорошо проводит тепло, а ковры — плохо. Когда мы наступаем на ковер, тепло передается от наших ног к ковру. Это происходит потому, что температура нашего тела выше температуры ковра. Ковры плохо проводят тепло, поэтому тепло, передаваемое от наших ног, накапливается на поверхности ковра, делая его теплее. Когда мы наступаем на плитку или керамику, тепло передается от наших ног к плитке или керамике. Поскольку плитка хорошо проводит тепло, тепло не задерживается на ее поверхности. Тепло плавно передается, из-за чего наши ноги могут замерзнуть. Если ваш дом находится в холодном регионе, следует застелить пол в спальне ковром, чтобы ваше тело не теряло тепло. И наоборот, если ваш дом находится в жарком регионе, не следует застелять пол в спальне ковром, потому что вы будете чувствовать не прохладу, а жару 😉
Сон на полу без матраса может вызвать заболевание. Почему? Потому что большое количество тепла передается от вашего тела к полу. Тепло — это энергия в движении. Когда ваше тело теряет много тепла, уровень его энергии снижается. Если вам не хватает энергии, вы можете заболеть!
Какова функция окон и дверей? Почему двери и окна должны быть сделаны из дерева? Ночью температура воздуха снаружи дома ниже, чем температура воздуха внутри дома. Эта разница температур воздуха приводит к перемещению тепла изнутри дома наружу. Поэтому ночью мы обычно закрываем двери или окна. Помимо защиты от преступников, одной из функций окон и дверей является предотвращение утечки тепла из дома. Обычно двери и окна изготавливаются из дерева. Теплопроводность дерева достаточно низка, чтобы оно могло действовать как теплоизолятор. Другая функция окон и дверей — удержание воздуха. Воздух, запертый внутри окна или двери, действует как хороший изолятор (препятствуя утечке тепла). Теплопроводность воздуха очень низкая. Чем ниже теплопроводность объекта, тем сложнее теплу передаваться через этот объект путем проводимости.
Помимо поддержания нашего статуса цивилизованных и нормальных людей 🙂, одежда также служит для поддержания стабильной температуры тела. Одежда, которую мы носим, обычно подбирается в соответствии с температурой воздуха. Когда температура воздуха довольно низкая, мы носим более толстую одежду. Одеяла или толстая одежда (куртки и т. д.) препятствуют свободному перемещению воздуха. Воздух задерживается между кожей и курткой или одеялом. Поскольку существует разница температур между нашим телом и запертым воздухом, тепло передается от тела к воздуху. Дополнительное тепло от тела приводит к повышению температуры запертого воздуха (воздух становится теплее). Посмотрите на таблицу теплопроводности выше. Значение теплопроводности воздуха очень мало. Поэтому тепло не может отходить от тела. Температура нашего тела остается стабильной. Если мы не носим куртку, когда воздух довольно холодный, тепло уходит от нашего тела. Чем больше тепла уходит от тела, тем больше энергии тело теряет.
Примеры заданий
1. Вопрос A81 № 10 Национального экзамена 2011/2012 года.
Обратите внимание на следующее утверждение!
(1) Проводимость металла
(2) Разница температур между металлическими концами
(3) Длина металла
(4) Масса металла
Факторы, определяющие скорость распространения тепла в металле, следующие...
А. (1), (2) и (3)
Б. (1) и (4)
С. (2) и (4)
Д. (3) и (4)
Е. (4) только
Обсуждение
Исходя из формулы скорости теплопередачи путем проводимости, факторами, определяющими скорость теплопередачи, являются теплопроводность металла (k), разность температур между концами металла (T) и длина металла (l). Масса металла не оказывает влияния.
Правильный ответ — А.
