Juhtivus on keha või materjali võime soojust edasi anda. Seejuures liigub see läbi tahke objekti või ühelt objektilt teisele, kuna mõlemad on üksteisega kontaktis. See on ainus viis, kuidas soojus läbib kogu keha. Tekib küsimus: "Kuidas õhk ja muud materjalid soojust juhivad?" Uurige artiklist!
Soojusjuhtivus
Soojusjuhtivuse võimet objekti sees nimetatakse soojusjuhtivuseks. Seda omadust tähistatakse tähega k ja mõõdetakse W / (m × K). Soojusjuhtivuse väärtused on erinevate materjalide puhul erinevad. Seega on kullal, hõbedal ja vasel kõrge soojusjuhtivus. Muide, need materjalid on ka head elektrijuhid. Kuidas õhk soojust juhib? Vastus on lühike: see on kehv dirigent. Kulla, hõbeda ja vase kõrge juhtivus on tingitud asjaolust, et elektronid, mis vastutavad laengu ülekande eest, võtavad osa ka soojusenergia ülekandest.
Kuid sellistel materjalidel nagu klaas ja mineraalvill on madal soojusjuhtivus. Seda seletatakse asjaoluga, et neil on väga vähe "vabu" elektrone soojusenergia ülekandmiseks tahke aine sees. Seda tüüpi materjale nimetatakse isolaatoriteks. Soojusülekande kiirus (st soojusenergia liikumise kiirus) sõltub otseselt soojusjuhtivusest, temperatuuride erinevusest ja kontaktpinnast ning materjalist, mis kehas on. Samal põhjusel ei saa öelda, et õhk juhib hästi soojust.
Kui materjal on hea soojusjuht, siis liigub see kiiresti läbi keha. Metalle kasutatakse laialdaselt soojusülekande eesmärgil, kuna neil on omadused, mis võimaldavad soojusel ringleda, taludes samal ajal kuumutamisega seotud äärmuslikke temperatuure.
Soojusenergia ja ka elektrilaengu ülekande eest vastutavad elektronid. Seetõttu on metallid head soojus- ja elektrijuhid! Siin peitubki vastus küsimusele: "Miks on õhk halb soojusjuht?"
Ärge aga ajage elektrijuhtivust (mis on seotud elektronide laenguga) segamini, kui mõtlete soojusjuhtivust (mis on seotud elektronide energiaülekandega).
Tõestame kogemusega
Proovige hoida metallvarda ühte otsa leegi kohal – mõne minuti pärast see kuumeneb.
Nüüd hoia puupulga otsa leegis ja ots läheb nii kuumaks, et hakkab lõpuks põlema. Küll aga pulgaots mille eesthoiad kinni, ole suhteliselt lahe.
Soojus ei levi selle koostise tõttu kogu keha mahus: selle struktuur raskendab elektronide soojuse edastamist läbi materjali.
Seega näitab igapäevane kogemus, et puit ei ole hea soojusjuht. Kui olete kunagi näinud mikroskoobi all osa puidust, olete ilmselt märganud puidu struktuuri: see koosneb üksikutest rakkudest, mis toimivad isolaatoritena, kuna need ei ole omavahel seotud. Rakud on laiali nagu kivid ojas. Soojus liigub läbi sellise materjali palju aeglasem alt kui metallides, kus aatomid on omavahel seotud kolmemõõtmeliseks "võreks".
Õhk on halb soojusjuht. Igapäevaelu kogemus näitab: pidage meeles akende ehitust. Need koosnevad alati vähem alt kahest klaasist, mille vahel on õhk "padi". See kiht aitab hoida soojust ruumis ilma seda välja laskmata.
Seega, kui soojusenergiat rakendatakse otse tahke objekti ühele osale, ergastuvad objektis olevad elektronid. Selle tulemuseks on aatomvõre vibratsioonid, mis liiguvad läbi objekti, tõstes läbimise ajal temperatuuri. Mida lähemal on lülid tahkis, seda kiirem on soojusülekanne.
Vedelikud on halvad soojusjuhid
Kui kinnitate jääkuubiku veekatseklaasi põhja (peate selleks kasutama raskust, muidu hõljub see pinnal,nagu jääl on väiksem tihedus kui veel) ja seejärel soojendage vett toru ülaosas, avastate, et vesi keeb toru ülaosas ja jääkuubik jääb külmunuks.
See on tingitud asjaolust, et vesi on halb soojusjuht. Suurem osa soojusest liigub konvektsioonivooluna vee sees toru ülaosas, vaid väike osa sellest vajub jääkuubikuks.
Kuidas õhk soojust juhib?
Õhk on gaaside kogum. Kuigi see sobib suurepäraselt konvektsiooniks, on selle ülekantav soojushulk minimaalne, kuna väike ainemass ei suuda palju soojust salvestada – seetõttu ei peeta seda heaks juhiks. Õhu isoleerivaid omadusi kasutab inimkond igapäevaelus. Seega kasutatakse neid hoone seinte jahutite isoleerimiseks. Isegi termose töö põhineb sellel, et õhk ei juhi hästi soojust. Näiteid on tõesti palju!
Mis siis selle nähtuse põhjustab? Kuna õhk ei ole tihe, on soojusenergia juhtivuse kaudu ülekandmiseks saadaval teatud kogus massi. Seetõttu on see halb juht, kuid suurepärane isolaator. Sellegipoolest on vastus küsimusele: "Kas õhk juhib soojust?" - mitte nii üheselt mõistetav. Niisiis, kaaluge järgmisi nähtusi.
Kiirgus on energia ülekandmine lainete või ergastatud osakeste kaudu. Õhk tekitab soojusvahe, mis ei lase soojusenergial sellest üle saada. Soojust tuleb pinn alt kiirataõhuosakesi, siis tuleks see kiirata õhust vastaspinnale. Soojus liigub kolme materjali vahel väga aeglaselt ja suurem osa ülekantud soojusenergiast neeldub õhku.
Konvektsioon on soojuse liikumine läbi vedeliku või gaasi, mis on tingitud soojuse neeldumisest tingitud tiheduse vähenemisest. Sellisel juhul muutuvad õhu omadused äärmiselt kasulikuks. Samuti liigub see ülespoole, kandes soojust isoleeritud mahutist või ruumist. Seetõttu kasutatakse soojuse eemaldamiseks konvektsiooni ja seda saab kasutada pinna jahutamiseks. Soojuse jaotumine õhus konvektsiooni kaudu on mõnevõrra ebaefektiivne, kuid seda kasutatakse mitmel jahutusotstarbel. Jah, õhk on halb soojusjuht.
Isolatsiooninäited
Isolatsiooni kasutatakse mitmel otstarbel. Mõned neist hõlmavad jookide ja toidu jahutamist, õhuvahede tekitamist seintes ja õhutaskute paigaldamist köögiriistadesse. Õhu soojusjuhtimise omadused kehtivad isegi isoleervahu kohta.
Järeldus
Juhtivus on soojuse läbimine läbi tahke keha. See erineb konvektsiooni fenomenist selle poolest, et selle käigus aine liikumist ei toimu. Nüüd teame, kas õhk juhib soojust hästi ja miks.
