Ако седнете на дрвену столицу, површина дрвене столице се загрева. Насупрот томе, ако седнете на столицу направљену од пластике или метала, површина металне или пластичне столице се не осећа топло након што седнете на њу. Зашто је површина дрвене столице топла, док површина металне столице није? Зашто спавање на хладном поду без душека може изазвати бол? Да ли сте икада носили хладну јакну? Зашто је већина хладних јакни направљена од вуне? Још увек постоји много ствари о којима треба размишљати и питати се у вези са темом преноса топлоте проводљивошћу.
Припремите свећу и комад танке жице. Држите један крај жице, а другим крајем жице додирните пламен свеће. Сачекајте неколико тренутака док вам рука не постане врућа. Зашто вам је рука врућа? Када један крај жице додирне пламен свеће, топлота се преноси са пламена свеће (висока температура) на други крај жице (ниска температура). Овај пренос топлоте доводи до повећања температуре краја жице који додирује пламен. Температурна разлика између краја жице који додирује пламен свеће и другог краја жице доводи до тога да се топлота преноси са краја жице који додирује пламен на крај жице који додирујете руком. Овај пренос топлоте доводи до повећања температуре краја жице који додирујете. Топлота се затим премешта у вашу хладнију руку. Као резултат тога, ваша рука је врућа.
Када део објекта са високом температуром дође у контакт са објектом са ниском температуром, топлота се преноси са објекта са високом температуром на објекат са ниском температуром. Додатна енергија узрокује да се атоми и молекули који чине објекат крећу брже. Док се крећу, молекули имају кинетичку енергију (EK = ½ mv 2 ). Молекули који се крећу брже (са већом кинетичком енергијом) сударају се са молекулима поред себе. Ови молекули се затим сударају са другим молекулима поред себе. И тако даље. Дакле, молекули се сударају једни са другима, преносећи енергију. Пренос топлоте који се дешава сударањем између молекула који чине објекат назива се пренос топлоте проводљивошћу.
Формула за пренос топлоте кондукцијом
Објекат са леве стране има вишу температуру (T1) док објекат са десне стране има нижу температуру (T2). Због разлике у температури (Т1 - Т2), топлота се креће од објекта са високом температуром ка објекту са ниском температуром (смер тока топлоте је десно). Објекат кроз који топлота пролази има површину попречног пресека (А) и дужину (л).
На основу резултата експеримента, топлота пренета током одређеног временског интервала (Q/t) је директно пропорционална температурској разлици (T1 – T2 ) , површини попречног пресека (A), природи објекта (k = топлотна проводљивост) и обрнуто пропорционална дужини објекта. Формула за брзину преноса топлоте кондукцијом:
Опис: Q/t = брзина преноса топлоте, k = топлотна проводљивост, A = површина попречног пресека, T1 = висока температура, T2 = ниска температура, l = дужина објекта.
Примена преноса топлоте кондукцијом
Зашто су плочице хладније од тепиха? Плочице имају већу топлотну проводљивост од тепиха. Стога су плочице добри проводници топлоте, док су теписи лоши проводници топлоте. Када станемо на тепих, топлота тече од наших стопала до тепиха. То се дешава зато што је температура нашег тела виша од температуре тепиха. Теписи су лоши проводници топлоте, стога се топлота која тече од наших стопала акумулира на површини тепиха, чинећи тепих топлијим. Када станемо на плочице или керамику, топлота тече од наших стопала до плочица или керамике. Пошто су плочице добри проводници топлоте, топлота се не задржава на површини плочица. Топлота тече глатко, због чега су нам стопала хладна. Ако се ваша кућа налази у хладном подручју, требало би да прекријете под спаваће собе тепихом како ваше тело не би губило топлоту. Насупрот томе, ако се ваша кућа налази у врућем подручју, не би требало да прекријете под спаваће собе тепихом јер се нећете осећати хладно већ вруће 😉
Спавање на поду без душека може изазвати болест. Зашто? То је зато што се велика количина топлоте преноси са вашег тела на под. Топлота је енергија у покрету. Када ваше тело губи много топлоте, његов ниво енергије се смањује. Ако вам недостаје енергије, можете се разболети!
Која је функција прозора и врата? Зашто би врата и прозори требали бити направљени од дрвета? Ноћу је температура ваздуха испред куће нижа од температуре ваздуха унутар куће. Ова разлика у температури ваздуха узрокује да се топлота премешта из куће напоље. Стога ноћу обично затварамо врата или прозоре. Поред циља да одврате криминалце, једна од функција прозора или врата је да спрече излазак топлоте из куће. Обично су врата или прозори направљени од дрвета. Топлотна проводљивост дрвета је довољно ниска да може деловати као топлотни изолатор. Још једна функција прозора или врата је да задржавају ваздух. Ваздух заробљен на унутрашњој страни прозора или врата делује као добар изолатор (блокира излазак топлоте). Топлотна проводљивост ваздуха је веома ниска. Што је нижа топлотна проводљивост објекта, то је теже да се топлота пренесе проводљивошћу кроз тај објекат.
Поред одржавања нашег статуса цивилизованих и нормалних људских бића 🙂, одећа служи и за одржавање стабилне телесне температуре. Одећа коју носимо обично је прилагођена температури ваздуха. Када је температура ваздуха прилично ниска, одећа коју носимо је дебља. Ћебад или дебела одећа (јакне итд.) спречавају глатко кретање ваздуха. Ваздух је заробљен између коже и јакне или ћебета. Пошто постоји температурна разлика између нашег тела и заробљеног ваздуха, топлота се преноси са тела на ваздух. Додатна топлота из тела доводи до повећања температуре заробљеног ваздуха (ваздух постаје топлији). Погледајте табелу топлотне проводљивости изнад. Вредност топлотне проводљивости ваздуха је веома мала. Стога, топлота не може да побегне из тела. Наша телесна температура остаје стабилна. Ако не носимо јакну када је ваздух прилично хладан, топлота излази из нашег тела. Што више топлоте излази из тела, то више енергије тело губи.
Пример проблема
1. Национални испит за 2011/2012. годину, питање А81 бр. 10
Обратите пажњу на следећу изјаву!
(1) Проводљивост метала
(2) Температурна разлика између металних крајева
(3) Дужина метала
(4) Маса метала
Фактори који одређују брзину ширења топлоте у металу су...
А. (1), (2) и (3)
Б. (1) и (4)
Ц. (2) и (4)
Д. (3) и (4)
Само Е. (4)
Пембахасан
На основу формуле за брзину преноса топлоте кондукцијом, фактори који одређују брзину преноса топлоте су проводљивост метала (k), температурна разлика између крајева метала (T) и дужина метала (l). Маса метала нема утицаја.
Тачан одговор је А.
