Ak sedíte na drevenej stoličke, jej povrch sa zahreje. Naopak, ak sedíte na stoličke vyrobenej z plastu alebo kovu, povrch kovovej alebo plastovej stoličky sa po sedení na nej nezhreje. Prečo je povrch drevenej stoličky teplý, zatiaľ čo povrch kovovej stoličky nie je? Prečo môže spanie na studenej podlahe bez matraca spôsobiť bolesť? Nosili ste niekedy studenú bundu? Prečo je väčšina studených búnd vyrobená z vlny? V súvislosti s témou prenosu tepla vedením tepla je stále veľa vecí, o ktorých treba premýšľať a na ktoré sa treba pýtať.
Pripravte si sviečku a kúsok tenkého drôtu. Držte jeden koniec drôtu a druhým koncom sa dotknite plameňa sviečky. Počkajte chvíľu, kým sa vám ruka nezahreje. Prečo sa vám ruka zahreje? Keď sa jeden koniec drôtu dotkne plameňa sviečky, teplo sa prenesie z plameňa sviečky (vysoká teplota) na druhý koniec drôtu (nízka teplota). Tento prenos tepla spôsobí zvýšenie teploty konca drôtu, ktorý sa dotýka plameňa. Teplotný rozdiel medzi koncom drôtu, ktorý sa dotýka plameňa sviečky, a druhým koncom drôtu spôsobí, že sa teplo prenesie z konca drôtu, ktorý sa dotýka plameňa, na koniec drôtu, ktorého sa dotýkate rukou. Tento prenos tepla spôsobí zvýšenie teploty konca drôtu, ktorého sa dotýkate. Teplo sa potom prenesie do vašej chladnejšej ruky. V dôsledku toho sa vám ruka zahreje.
Keď sa časť objektu s vysokou teplotou dostane do kontaktu s objektom s nízkou teplotou, teplo sa prenáša z objektu s vysokou teplotou na objekt s nízkou teplotou. Dodatočná energia spôsobuje, že atómy a molekuly, ktoré tvoria objekt, sa pohybujú rýchlejšie. Pri pohybe majú molekuly kinetickú energiu (EK = ½ mv² ) . Molekuly, ktoré sa pohybujú rýchlejšie (s väčšou kinetickou energiou), sa zrážajú s molekulami vedľa seba. Tieto molekuly sa potom zrážajú s inými molekulami vedľa seba. A tak ďalej. Molekuly sa teda zrážajú navzájom a prenášajú energiu. Prenos tepla, ku ktorému dochádza zrážkami medzi molekulami, ktoré tvoria objekt, sa nazýva prenos tepla vedením.
Vzorec pre prenos tepla vedením
Objekt vľavo má vyššiu teplotu (T1), zatiaľ čo objekt vpravo má nižšiu teplotu (T2). Kvôli rozdielu teplôt (T1 - T2), teplo sa prenáša z objektu s vysokou teplotou na objekt s nízkou teplotou (smer toku tepla je doprava). Objekt, cez ktorý teplo prechádza, má prierezovú plochu (A) a dĺžku (l).
Na základe výsledkov experimentu je teplo prenášané počas určitého časového intervalu (Q/t) priamo úmerné teplotnému rozdielu (T1 – T2 ) , ploche prierezu (A), povahe objektu (k = tepelná vodivosť) a nepriamo úmerné dĺžke objektu. Vzorec pre rýchlosť prenosu tepla vedením:
Popis: Q/t = rýchlosť prestupu tepla, k = tepelná vodivosť, A = plocha prierezu, T1 = vysoká teplota, T2 = nízka teplota, l = dĺžka objektu.
Aplikácia prenosu tepla vedením
Prečo sa dlaždice cítia chladnejšie ako koberec? Dlaždice majú väčšiu tepelnú vodivosť ako koberce. Preto sú dlaždice dobrými vodičmi tepla, zatiaľ čo koberce sú zlými vodičmi tepla. Keď stúpime na koberec, teplo prúdi z našich nôh na koberec. Deje sa to preto, lebo naša telesná teplota je vyššia ako teplota koberca. Koberce sú zlými vodičmi tepla, preto sa teplo prúdiace z našich nôh hromadí na povrchu koberca, čím sa koberec otepľuje. Keď stúpime na dlaždice alebo keramiku, teplo prúdi z našich nôh na dlaždice alebo keramiku. Pretože dlaždice sú dobrými vodičmi tepla, teplo sa na povrchu dlaždíc nezadržiava. Teplo prúdi hladko, takže naše nohy sú studené. Ak sa váš dom nachádza v chladnej oblasti, mali by ste podlahu spálne pokryť kobercom, aby vaše telo nestrácalo teplo. Naopak, ak sa váš dom nachádza v horúcej oblasti, nemali by ste podlahu spálne pokrývať kobercom, pretože sa nebudete cítiť chladne, ale teplo 😉
Spanie na podlahe bez matraca môže spôsobiť ochorenie. Prečo? Je to preto, že z tela sa na podlahu prenáša veľké množstvo tepla. Teplo je energia v pohybe. Keď vaše telo stráca veľa tepla, jeho energetická hladina klesá. Ak vám chýba energia, môžete ochorieť!
Aká je funkcia okien a dverí? Prečo by mali byť dvere a okná vyrobené z dreva? V noci je teplota vzduchu vonku nižšia ako teplota vzduchu vo vnútri domu. Tento rozdiel v teplote vzduchu spôsobuje, že teplo prechádza zvnútra domu von. Preto v noci zvyčajne zatvárame dvere alebo okná. Okrem toho, že sa snažia odradiť zločincov, jednou z funkcií okien alebo dverí je zabrániť úniku tepla z domu. Dvere alebo okná sú zvyčajne vyrobené z dreva. Tepelná vodivosť dreva je dostatočne nízka na to, aby mohlo pôsobiť ako tepelný izolant. Ďalšou funkciou okien alebo dverí je zadržiavať vzduch. Vzduch zachytený na vnútornej strane okna alebo dverí pôsobí ako dobrý izolant (blokuje únik tepla). Tepelná vodivosť vzduchu je veľmi nízka. Čím nižšia je tepelná vodivosť objektu, tým ťažšie je pre teplo prenášať vedením cez tento objekt.
Okrem toho, že si udržiavame status civilizovaných a normálnych ľudských bytostí 🙂, oblečenie slúži aj na udržanie stabilnej telesnej teploty. Oblečenie, ktoré nosíme, je zvyčajne prispôsobené teplote vzduchu. Keď je teplota vzduchu dosť nízka, oblečenie, ktoré nosíme, je hrubšie. Prikrývky alebo hrubé oblečenie (bundy atď.) bránia plynulému prúdeniu vzduchu. Vzduch je zachytený medzi pokožkou a bundou alebo prikrývkou. Pretože medzi naším telom a zachyteným vzduchom je teplotný rozdiel, teplo sa prenáša z tela do vzduchu. Dodatočné teplo z tela spôsobuje zvýšenie teploty zachyteného vzduchu (vzduch sa otepľuje). Pozrite sa na tabuľku tepelnej vodivosti vyššie. Hodnota tepelnej vodivosti vzduchu je veľmi malá. Preto teplo nemôže z tela unikať. Naša telesná teplota zostáva stabilná. Ak si nenosíme bundu, keď je vzduch dosť studený, teplo z nášho tela uniká. Čím viac tepla z tela uniká, tým viac energie telo stráca.
Príklad problémov
1. Otázka A81 č. 10 z celoštátnej skúšky pre akademický rok 2011/2012
Venujte pozornosť nasledujúcemu vyhláseniu!
(1) Vodivosť kovu
(2) Teplotný rozdiel medzi kovovými koncami
(3) Dĺžka kovu
(4) Kovová hmota
Faktory, ktoré určujú rýchlosť šírenia tepla v kove, sú...
A. (1), (2) a (3)
B. (1) a (4)
C. (2) a (4)
D. (3) a (4)
iba E. (4)
Diskusia
Na základe vzorca pre rýchlosť prenosu tepla vedením sú faktormi, ktoré určujú rýchlosť prenosu tepla, vodivosť kovu (k), teplotný rozdiel medzi koncami kovu (T) a dĺžka kovu (l). Hmotnosť kovu nemá žiadny vplyv.
Správna odpoveď je A.
