1. Definition av värmeöverföring genom ledning
Om du sitter i en trästol blir ytan på trästolen varm. Om du däremot sitter i en stol av plast eller metall känns ytan på en metall- eller plaststol inte varm efter att du suttit. Varför värms ytan på trästolen upp, medan metallstolens yta inte gör det? Varför kan det orsaka smärta att sova på ett kallt golv utan madrass? Har du någonsin burit en kyljacka? Varför är de flesta kyljackor gjorda av ull? Det finns fortfarande många saker som kan övervägas och ifrågasättas i samband med ämnet värmeöverföring genom ledning.
När en del av ett högtemperaturobjekt är i kontakt med ett lågtemperaturobjekt, rör sig energi från ett högtemperaturobjekt till en lågtemperaturdel av objektet. Tillförseln av energi gör att atomer och molekyler rör sig snabbare. När molekylen rör sig har den kinetisk energi (KE = 1/2 mV).2). De molekyler som rör sig snabbare (större kinetisk energi) slår mot molekylerna bredvid dem. Molekylen träffar en annan molekyl bredvid. Så vidare. Så molekyler kolliderar med varandra samtidigt som de transporterar energi. Värmeöverföringen som sker genom kollisioner mellan objektets molekyler kallas värmeöverföring genom ledning.
2. Ekvationen för värmeöverföring genom ledning
Objektet till vänster har en högre temperatur (T1) medan objektet till höger har en lägre temperatur (T2). På grund av temperaturskillnaden (T1 - T2), rör sig värme från ett objekt med hög temperatur till ett objekt med låg temperatur (värmeflödets riktning är åt höger). Objektet som passerar av värme har en tvärsnittsarea (A) och längd (l).
Baserat på experimentets resultat är värme som rör sig under ett visst tidsintervall (Q/t) direkt proportionell mot temperaturskillnaden (T1 - T2),
tvärsnittsarean (A), ett objekts beskaffenhet (k = värmeledningsförmåga) och omvänt proportionell mot objektets längd. Formeln för värmeöverföring genom ledning:
Beskrivning: Q/t = värmeöverföringshastighet, k = värmeledningsförmåga, A = tvärsnittsarea, T1 = hög temperatur, T2 = låg temperatur, l = objektets längd.
3. Värmeledningsförmågan (k)
Varför är de flesta köksredskap gjorda av aluminium? Om din vänstra hand håller strykjärnet, din högra hand håller glaset, då berörs strykjärnet och glaset elden. Känner du dig snabbare med vänster eller höger hand? Dessa frågor och kanske andra frågor som du kommer att ställa handlar om föremåls värmeledningsförmåga. Ett föremåls värmeledningsförmåga är dess förmåga att transportera värme genom föremålet. Föremål som har hög värmeledningsförmåga (k) är goda värmeledare (bra värmeledare). Omvänt är föremål som har låg värmeledningsförmåga dåliga värmeledare (dåliga värmeledare).
4. Tillämpning av värmeöverföring genom ledning
Varför känns kakel svalare än mattan? Kakel har en högre värmeledningsförmåga än mattor. Därför är kakel en bra värmeledare, medan mattan är en dålig värmeledare. När vi går på mattan flödar värme från fötterna mot mattan. Detta händer eftersom vår kroppstemperatur är högre än mattans temperatur. Mattan är en dålig värmeledare, så värmen som flödar från våra fötter ackumuleras på mattans yta, så mattan blir varmare. När vi går på en kakel eller keramik flödar värme från foten till kakel eller keramik. Eftersom kakel är en bra värmeledare fastnar inte värmen på kakelytan. Värmen flödar smidigt så att våra fötter känns kalla.
Att sova på golvet i huset utan en piedestal kan orsaka smärta. Varför? Detta beror på mängden värme som rör sig från kroppen till golvet. Värme är den energi som rör sig. När din kropp förlorar mycket värme minskar energin i din kropp. Om du saknar energi kan du bli sjuk!
Vilka funktioner har fönster och dörrar? Varför ska dörrar och fönster vara gjorda av trä? På natten är temperaturen utanför huset lägre än lufttemperaturen inuti huset. Denna skillnad i lufttemperatur gör att värme rör sig från husets insida till husets utsida. Därför stänger vi vanligtvis dörrar eller fönster på natten. Luften som är fångad på insidan av fönstret eller dörren fungerar som en bra isolator. Ju mindre värmeledningsförmågan hos ett föremål är, desto svårare är värmeöverföringen genom föremålet.
Förutom att upprätthålla vår status som civiliserade och normala människor, fungerar kläder också för att hålla vår kroppstemperatur stabil. Kläderna vi använder är vanligtvis anpassade till lufttemperaturen. När lufttemperaturen är tillräckligt låg är kläderna vi använder tjockare. Tjocka filtar eller kläder (jackor etc.) gör att luften inte kan röra sig. Luften är instängd mellan huden och jackan eller filten. Eftersom det finns en temperaturskillnad mellan vår kropp och instängd luft, rör sig värme från kroppen till luften. Tillförseln av värme från kroppen gör att temperaturen på den instängda luften ökar (luften blir varmare). Värdet på luftens värmeledningsförmåga är minimalt. Därför kan värme inte komma ut ur kroppen. Vår kroppstemperatur bibehålls också. Om vi inte använder en jacka när luften är tillräckligt kall, kommer värme ut ur vår kropp. Ju mer värme som kommer ut ur kroppen, desto mycket energi förlorar kroppen!
