1. Definicija prenosa toplote s kondukcijo
Če sedite na lesenem stolu, se površina lesenega stola segreje. Nasprotno pa, če sedite na stolu iz plastike ali kovine, površina kovinskega ali plastičnega stola po sedenju ni topla. Zakaj se površina lesenega stola segreje, kovinska pa ne? Zakaj lahko spanje na hladnih tleh brez vzmetnice povzroči bolečino? Ste že kdaj nosili jakno proti mrazu? Zakaj je večina jaken proti mrazu iz volne? V zvezi s prenosom toplote s prevodnostjo je še veliko stvari, o katerih je mogoče razmišljati in se spraševati.
Ko je del visokotemperaturnega predmeta v stiku s predmetom z nizkotemperaturo, se energija premakne iz visokotemperaturnega predmeta na del predmeta z nizko temperaturo. Dodatek energije povzroči, da se atomi in molekule gibljejo hitreje. Pri gibanju ima molekula kinetično energijo (KE = 1/2 mV2). Molekule, ki se gibljejo hitreje (z večjo kinetično energijo), trčijo ob molekule poleg sebe. Molekula trči ob drugo molekulo poleg sebe. Tako naprej. Molekule torej trčijo druga v drugo, medtem ko prenašajo energijo. Prenos toplote, ki se pojavi s trki med molekulami predmeta, se imenuje prenos toplote s prevodnostjo.
2. Enačba prenosa toplote s prevodnostjo
Predmet na levi ima višjo temperaturo (T1), medtem ko ima objekt na desni nižjo temperaturo (T2). Zaradi temperaturne razlike (T1 - T2), toplota se premika od predmeta z visoko temperaturo k predmetu z nizko temperaturo (smer toplotnega toka v desno). Predmet, ki ga toplota prehaja, ima površino prečnega prereza (A) in dolžino (l).
Na podlagi rezultatov poskusa je toplota, ki se premika v določenem časovnem intervalu (Q/t), neposredno sorazmerna s temperaturno razliko (T1 - T.2),
površina prečnega prereza (A), narava predmeta (k = toplotna prevodnost) in obratno sorazmerna z dolžino predmeta. Formula za prenos toplote s prevodnostjo:
Opis: Q/t = hitrost prenosa toplote, k = toplotna prevodnost, A = površina prečnega prereza, T1 = visoka temperatura, T2 = nizka temperatura, l = dolžina predmeta.
3. Toplotna prevodnost (k)
Zakaj je večina posode izdelane iz aluminija? Če z levo roko držite železo, z desno pa steklo, se železo in steklo dotaknete ognja. Se hitreje počutite z levo ali desno roko? Ta vprašanja in morda še druga vprašanja, ki si jih boste zastavili, se nanašajo na toplotno prevodnost predmetov. Toplotna prevodnost predmeta je sposobnost predmeta, da prenaša toploto skoznj. Predmeti z veliko toplotno prevodnostjo (k) so dobri toplotni prevodniki (dobri toplotni prevodniki). Nasprotno pa so predmeti z majhno toplotno prevodnostjo slabi toplotni prevodniki (slabi toplotni prevodniki).
4. Uporaba prenosa toplote s prevodnostjo
Zakaj so ploščice na otip hladnejše od preproge? Ploščice imajo večjo toplotno prevodnost kot preproge. Zato so ploščice dober toplotni prevodnik, medtem ko je preproga slab. Ko hodimo po preprogi, toplota teče od stopal proti preprogi. To se zgodi, ker je naša telesna temperatura višja od temperature preproge. Preproga je slab toplotni prevodnik, zato se toplota, ki teče od naših stopal, kopiči na površini preproge, zato se preproga segreje. Ko hodimo po ploščicah ali keramiki, toplota teče od stopala do ploščic ali keramike. Ker so ploščice dober toplotni prevodnik, se toplota ne zadržuje na površini ploščic. Toplota teče gladko, zato so naša stopala hladna.
Spanje na tleh hiše brez podstavka lahko povzroči bolečino. Zakaj? To je posledica količine toplote, ki se premika od telesa do tal. Toplota je energija, ki se premika. Ko vaše telo izgubi veliko toplote, se energija v telesu zmanjša. Če vam primanjkuje energije, lahko zbolite!
Kakšne so funkcije oken in vrat? Zakaj bi morala biti vrata in okna lesena? Ponoči je temperatura zunaj hiše nižja od temperature zraka v hiši. Ta razlika v temperaturi zraka povzroči, da se toplota premika iz notranjosti hiše navzven. Zato običajno ponoči zapremo vrata ali okna. Zrak, ujet na notranji strani okna ali vrat, služi kot dober izolator. Manjša kot je toplotna prevodnost predmeta, težji je prenos toplote s prevajanjem skozi predmet.
Poleg tega, da ohranjamo status civiliziranih in normalnih človeških bitij, imajo oblačila tudi funkcijo ohranjanja stabilne telesne temperature. Oblačila, ki jih uporabljamo, so običajno prilagojena temperaturi zraka. Ko je temperatura zraka dovolj nizka, so oblačila, ki jih uporabljamo, debelejša. Debele odeje ali oblačila (jakne itd.) preprečujejo gibanje zraka. Zrak je ujet med kožo in jakno ali odejo. Ker je temperaturna razlika med našim telesom in ujetim zrakom, se toplota premika iz telesa v zrak. Dodatek toplote iz telesa povzroči zvišanje temperature ujetega zraka (zrak postane toplejši). Vrednost toplotne prevodnosti zraka je minimalna. Zato toplota ne more izstopiti iz telesa. Ohrani se tudi naša telesna temperatura. Če ne uporabljamo jakne, ko je zrak dovolj hladen, toplota izstopa iz našega telesa. Več toplote kot izstopa iz telesa, veliko energije telo izgubi!
