1. Định nghĩa về truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt
Nếu bạn ngồi trên một chiếc ghế gỗ, bề mặt của ghế gỗ sẽ ấm lên. Ngược lại, nếu bạn ngồi trên một chiếc ghế làm bằng nhựa hoặc kim loại, bề mặt của ghế kim loại hoặc nhựa sẽ không cảm thấy ấm sau khi ngồi. Tại sao bề mặt ghế gỗ lại nóng lên, trong khi bề mặt ghế kim loại thì không? Tại sao ngủ trên sàn nhà lạnh mà không có nệm lại có thể gây đau? Bạn đã bao giờ mặc áo khoác chống lạnh chưa? Tại sao hầu hết các áo khoác chống lạnh lại được làm bằng len? Vẫn còn rất nhiều điều có thể được xem xét và đặt câu hỏi liên quan đến chủ đề truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt.
Khi một phần của vật thể có nhiệt độ cao tiếp xúc với vật thể có nhiệt độ thấp, năng lượng sẽ truyền từ phần có nhiệt độ cao sang phần có nhiệt độ thấp của vật thể đó. Sự truyền năng lượng này khiến các nguyên tử và phân tử chuyển động nhanh hơn. Khi chuyển động, phân tử có động năng (KE = 1/2 mv² ) . Các phân tử chuyển động nhanh hơn (động năng lớn hơn) sẽ va chạm với các phân tử bên cạnh. Phân tử này lại va chạm với một phân tử khác bên cạnh nó. Cứ thế tiếp diễn. Vì vậy, các phân tử va chạm với nhau trong khi truyền năng lượng. Sự truyền nhiệt xảy ra thông qua các va chạm giữa các phân tử của vật thể được gọi là truyền nhiệt dẫn.
2. Phương trình truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt
Vật thể nằm bên trái có nhiệt độ cao hơn (T).1) trong khi vật thể nằm bên phải có nhiệt độ thấp hơn (T).2). Do sự chênh lệch nhiệt độ (T)1 – T2Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp (hướng truyền nhiệt sang phải). Vật được truyền nhiệt có diện tích mặt cắt ngang (A) và chiều dài (l).
Dựa trên kết quả thí nghiệm, lượng nhiệt truyền đi trong một khoảng thời gian nhất định (Q/t) tỷ lệ thuận với hiệu số nhiệt độ (T 1 – T 2 ).
diện tích mặt cắt ngang (A), bản chất của vật thể (k = độ dẫn nhiệt) và tỷ lệ nghịch với chiều dài của vật thể. Công thức truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt:
Mô tả: Q/t = hệ số truyền nhiệt, k = độ dẫn nhiệt, A = diện tích mặt cắt ngang, T1 = nhiệt độ cao, T2 = nhiệt độ thấp, l = chiều dài của vật thể.
3. Hệ số dẫn nhiệt (k)
Tại sao hầu hết dụng cụ nấu ăn được làm bằng nhôm? Nếu tay trái bạn cầm bàn ủi, tay phải bạn cầm cốc thủy tinh, thì bàn ủi và cốc thủy tinh đều tiếp xúc với lửa. Bạn cảm thấy tay trái hay tay phải nhanh hơn? Những câu hỏi này và có lẽ cả những câu hỏi khác mà bạn sẽ đặt ra đều liên quan đến độ dẫn nhiệt của các vật thể. Độ dẫn nhiệt của một vật thể là khả năng truyền nhiệt của vật thể đó. Các vật thể có độ dẫn nhiệt lớn (k) là chất dẫn nhiệt tốt. Ngược lại, các vật thể có độ dẫn nhiệt nhỏ là chất dẫn nhiệt kém.
4. Ứng dụng truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt
Tại sao sàn gạch lại có cảm giác mát hơn thảm? Gạch có độ dẫn nhiệt cao hơn thảm. Do đó, gạch là chất dẫn nhiệt tốt, trong khi thảm là chất dẫn nhiệt kém. Khi chúng ta đi trên thảm, nhiệt truyền từ chân sang thảm. Điều này xảy ra vì nhiệt độ cơ thể của chúng ta cao hơn nhiệt độ của thảm. Thảm là chất dẫn nhiệt kém, vì vậy nhiệt truyền từ chân tích tụ trên bề mặt thảm, khiến thảm trở nên ấm hơn. Khi chúng ta đi trên gạch hoặc gốm, nhiệt truyền từ chân sang gạch hoặc gốm. Vì gạch là chất dẫn nhiệt tốt, nhiệt không bị giữ lại trên bề mặt gạch. Nhiệt truyền đi một cách trơn tru nên chân chúng ta cảm thấy mát.
Ngủ trên sàn nhà mà không có gối kê có thể gây đau nhức. Tại sao? Đó là do lượng nhiệt truyền từ cơ thể xuống sàn. Nhiệt là năng lượng di chuyển. Khi cơ thể mất nhiều nhiệt, năng lượng trong cơ thể sẽ giảm. Nếu thiếu năng lượng, bạn có thể bị ốm!
Chức năng của cửa sổ và cửa ra vào là gì? Tại sao cửa ra vào và cửa sổ nên được làm bằng gỗ? Vào ban đêm, nhiệt độ bên ngoài nhà thấp hơn nhiệt độ không khí bên trong nhà. Sự chênh lệch nhiệt độ này khiến nhiệt truyền từ bên trong nhà ra bên ngoài. Do đó, thông thường vào ban đêm, chúng ta đóng cửa ra vào hoặc cửa sổ. Không khí bị giữ lại bên trong cửa sổ hoặc cửa ra vào đóng vai trò như một chất cách nhiệt tốt. Độ dẫn nhiệt của một vật càng nhỏ thì sự truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt qua vật đó càng khó khăn.
Ngoài việc duy trì vị thế của chúng ta như những con người văn minh và bình thường, quần áo còn có chức năng giữ cho nhiệt độ cơ thể ổn định. Quần áo chúng ta sử dụng thường được điều chỉnh theo nhiệt độ không khí. Khi nhiệt độ không khí đủ thấp, quần áo chúng ta mặc sẽ dày hơn. Chăn hoặc quần áo dày (áo khoác, v.v.) khiến không khí không thể lưu thông. Không khí bị giữ lại giữa da và áo khoác hoặc chăn. Vì có sự chênh lệch nhiệt độ giữa cơ thể chúng ta và không khí bị giữ lại, nhiệt truyền từ cơ thể sang không khí. Lượng nhiệt từ cơ thể làm tăng nhiệt độ của không khí bị giữ lại (không khí trở nên ấm hơn). Giá trị dẫn nhiệt của không khí là rất nhỏ. Do đó, nhiệt không thể thoát ra khỏi cơ thể. Nhiệt độ cơ thể của chúng ta cũng được duy trì. Nếu chúng ta không mặc áo khoác khi không khí đủ lạnh, nhiệt sẽ thoát ra khỏi cơ thể. Càng nhiều nhiệt thoát ra khỏi cơ thể, cơ thể càng mất nhiều năng lượng!
