1. Definícia prenosu tepla vedením
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 nezahreje. Prečo je povrch drevenej stoličky zahrievaný, zatiaľ čo povrch kovovej stoličky nie? Prečo môže spanie na studenej podlahe bez matraca spôsobiť bolesť? Nosili ste niekedy bundu proti prechladnutiu? Prečo je väčšina búnd proti prechladnutiu vyrobená z vlny? V súvislosti s prenosom tepla vedením tepla je stále veľa vecí, ktoré možno zvážiť a spochybniť.
Keď je jedna časť objektu s vysokou teplotou v kontakte s objektom s nízkou teplotou, energia sa presúva z objektu s vysokou teplotou na časť objektu s nízkou teplotou. Pridanie energie spôsobuje, že atómy a molekuly sa pohybujú rýchlejšie. Pri pohybe má molekula kinetickú energiu (KE = 1/2 mV2). Molekuly, ktoré sa pohybujú rýchlejšie (väčšia kinetická energia), narážajú do molekúl vedľa seba. Molekula narazí do inej molekuly vedľa seba. Tak ďalej. Molekuly sa teda navzájom zrážajú a zároveň prenášajú energiu. Prenos tepla, ku ktorému dochádza zrážkami medzi molekulami objektu, sa nazýva prenos tepla vedením tepla.
2. Rovnica prenosu tepla vedením
Objekt umiestnený vľavo má vyššiu teplotu (T1), zatiaľ čo objekt vpravo má nižšiu teplotu (T2). Kvôli teplotnému rozdielu (T1 - T2), teplo sa presúva z objektu s vysokou teplotou na objekt s nízkou teplotou (smer tepelného toku doprava). Objekt, ktorým teplo prechádza, má prierezovú plochu (A) a dĺžku (l).
Na základe výsledkov experimentu je teplo, ktoré sa pohybuje počas určitého časového intervalu (Q/t), priamo úmerné teplotnému rozdielu (T1 - T2),
plocha prierezu (A), povaha objektu (k = tepelná vodivosť) a nepriamo úmerná dĺžke objektu. Vzorec pre prenos tepla vedením:
Popis: Q/t = rýchlosť prestupu tepla, k = tepelná vodivosť, A = plocha prierezu, T1 = vysoká teplota, T2 = nízka teplota, l = dĺžka objektu.
3. Tepelná vodivosť (k)
Prečo je väčšina kuchynského riadu vyrobená z hliníka? Ak ľavá ruka drží žehličku, pravá sklo, potom sa železo a sklo dotknú ohňa. Ľavá alebo pravá ruka sa cíti rýchlejšie? Tieto otázky a možno aj ďalšie otázky, ktoré si položíte, sa týkajú tepelnej vodivosti predmetov. Tepelná vodivosť predmetu je schopnosť predmetu prenášať teplo cez predmet. Predmety, ktoré majú veľkú tepelnú vodivosť (k), sú dobrými vodičmi tepla (dobré tepelné vodiče). Naopak, predmety, ktoré majú malú tepelnú vodivosť, sú zlými vodičmi tepla (zlé tepelné vodiče).
4. Aplikácia prenosu tepla vedením
Prečo sa dlaždica cíti chladnejšia ako koberec? Dlaždice majú väčšiu tepelnú vodivosť ako koberce. Preto je dlaždica dobrým vodičom tepla, zatiaľ čo koberec je zlým vodičom tepla. Keď kráčame po koberci, teplo prúdi od nôh smerom ku kobercu. Deje sa to preto, lebo naša telesná teplota je vyššia ako teplota koberca. Koberec je zlým vodičom tepla, takže teplo prúdiace od našich nôh sa hromadí na povrchu koberca, čím sa koberec otepľuje. Keď kráčame po dlaždici alebo keramike, teplo prúdi od nohy k dlaždici alebo keramike. Pretože dlaždice sú dobrým vodičom tepla, teplo sa nelepí na povrchu dlaždice. Teplo prúdi plynulo, takže naše nohy sú studené.
Spanie na podlahe domu bez podstavca môže spôsobiť bolesť. Prečo? Je to kvôli množstvu tepla, ktoré sa prenáša z tela na podlahu. Teplo je energia, ktorá sa prenáša. Keď vaše telo stráca veľa tepla, energia vo vašom tele sa znižuje. Ak vám chýba energia, môžete ochorieť!
Aké sú funkcie okien a dverí? Prečo by mali byť dvere a okná vyrobené z dreva? V noci je teplota vonku v dome nižšia ako teplota vzduchu vo vnútri domu. Tento rozdiel v teplote vzduchu spôsobuje, že teplo prechádza zvnútra domu von z domu. Preto zvyčajne v noci zatvárame dvere alebo okná. Vzduch zachytený na vnútornej strane okna alebo dverí slúži ako dobrý izolant. Čím menšia je tepelná vodivosť objektu, tým ťažší je prenos tepla vedením cez objekt.
Okrem toho, že si udržiavame status civilizovaných a normálnych ľudských bytostí, oblečenie tiež slúži na udržiavanie stabilnej telesnej teploty. Oblečenie, ktoré nosíme, sa zvyčajne prispôsobuje teplote vzduchu. Keď je teplota vzduchu dostatočne nízka, oblečenie, ktoré nosíme, je hrubšie. Hrubé prikrývky alebo oblečenie (bundy atď.) bránia pohybu 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. Pridanie tepla z tela spôsobuje zvýšenie teploty zachyteného vzduchu (vzduch sa otepľuje). Hodnota tepelnej vodivosti vzduchu je minimálna. Preto sa teplo nemôže dostať von z tela. Naša telesná teplota sa tiež udržiava. Ak nepoužívame bundu, keď je vzduch dostatočne studený, teplo z nášho tela uniká. Čím viac tepla z tela uniká, tým viac energie telo stráca!
