Lämmönjohtavuus: miten se tapahtuu, esimerkkejä, harjoituksia

lämmönjohtavuus tai yksinkertaisesti johtuminen on lämmönsiirtoprosessi, joka tapahtuu kiinteiden aineiden sisällä a erosisäänlämpötila. Ajamisen aikana Lämpöenergia siirretään atomeja ja molekyylejä yhdellä kiinteä ilman aineen siirtoa, kunnes terminen tasapaino.

Tätä ilmiötä esiintyy kaikissa aineissa niiden aineista riippumatta fyysinen tilahuolimatta lisääuseinsisäänkiinteät aineet. Tämä tapahtuu, koska kiinteässä tilassa atomien kiinteä asema, joka on järjestetty kiteiseen ristikkoon, suosii atomien välistä energianvaihtoa niiden välisten törmäystiheyksien vuoksi hiukkasia.

Katsomyös:Kaikki mitä sinun tarvitsee tietää termologiasta

Kuinka lämmönjohtuminen tapahtuu?

Prosessi ajo-lämpö on ominaista vuorovaikutus atomien monta erilaistalämpötiloissa. Kun kuumennamme kehoa, sen atomit alkavat heilahtaa suuremmalla amplitudilla. Nuo kiihtyneempiä atomeja siirtää osa omasta kineettinen energia naapuriatomeihin törmäysten ja tärinän kautta, tällä tavoin ne hidastuvat, kun taas yhtään vähemmän

levotonvoittaanopeus. Tämän mekanismin avulla lämpö siirtyy vähitellen korkeamman lämpötilan alueilta kohti matalamman lämpötilan alueita, kunnes koko järjestelmä on samassa lämpötilassa.

MEILLE kaasujaesimerkiksi johtaminen lämmönsiirto tapahtuu yksinomaan atomien törmäysten kautta. MEILLE ei-metalliset kiinteät aineet, lämmönjohtuminen tapahtuu värähtelyjen kautta pitkin materiaalin kideverkkoa. MEILLE metalliset kiintoaineet - parhaat lämmönjohtimet - johtuminen tapahtuu sekä levittämällä tärinää kideverkossa että vapaiden elektronien kaoottisella liikkeellä.

Kiinteissä aineissa lämmönjohtuminen tapahtuu vierekkäisten atomien törmäyksissä.

Eristimet ja lämpöjohtimet

Eri aineen tilat välittävät lämpöä eri mekanismien kautta. Materiaalit kutsutaan johtimet, esimerkiksi pystyvätkö siirtämään lämpöä suurilla helppous - on useimpien kohdalla metallit. Materiaalit eristimet, puolestaan ​​ne ovat niitä, jotka estävät lämmön kulkua, kuten polystyreeni, a kumi, puu jne.

Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)

Johtamisen, konvektion ja säteilyn erot

Ajo, konvektio ja säteily ovat kolmea eri levitysmuotoa lämpöä. Näiden kolmen prosessin yhteinen kohta on, että on oltava a erosisäänlämpötila eri kappaleiden välillä tai saman kehon eri kohdissa.

THE ajo, kuten sanottu, se tapahtuu molekyylien välisen suoran kontaktin kautta, joka törmääessään siirtyy kineettinen energia naapurimolekyyleihin. Tämän tyyppisessä lämmönsiirrossa ei ole väliä kuljetuksesta. Konvektio puolestaan ​​tapahtuu yksinomaan nesteissä ja samoin kuin ajo-, esiintyy vain aineellisilla keinoilla. Johtamisen ja konvektion ero on siinä, että konvektiossa niitä on kuljetussisäänpasta konvektiivivirroilla. THE säteily ja siirtääsisäänlämpöä per elektromagneettiset aallotSiksi tämä lämmönsiirtoprosessi voi tapahtua tyhjiössä.

Kuvassa on mahdollista tarkkailla johtumista, konvektiota ja säteilyä.

Lämpövirta tai Fourierin laki

Lämmön määrää, joka siirtyy kahden ruumiin sisällä olevan pisteen välillä, joka sekunti, kutsutaan virtaussisäänlämpöä. Tämä käsite koskee kuinka nopeasti lämpö siirtyy kehon sisälle. Joillakin materiaaleilla on suuri kapasiteetti lämmönsiirtoSiksi sanomme, että ne ovat hyviä lämmönjohtimia, koska ne kykenevät hävittämään sen nopeammin.

O virtaussisäänlämpö, joka määritellään vakion k funktiona, mitataan watteina (W) Kansainvälinen yksikköjärjestelmä, mutta se voidaan myös mitata kaloreitapertoinen. Tämä energian virtaus on suhteellinen à erosisäänlämpötila kehon kahden pisteen välillä ja vastaa energiamäärää, joka virtaa lämmön muodossa kuhunkin pinnan neliömetriin yhden sekunnin ajan.

THE kaava käytetään laskemaan lämmönjohtavuus, joka tunnetaan myös nimellä lämpövuo kaava tai LakisisäänFourier on seuraava:

Φ - lämpövirta (cal / s tai W)

Q - lämpö (kalkki tai J)

t - aikaväli (t)

A - pinta-ala (m² tai cm²)

T₂ ja T₁ - pisteiden 1 ja 2 lämpötila (K tai ºC)

k - lämmönjohtavuuskerroin (J / s.m. K tai cal / s.cm.ºC)

O lämmönjohtavuuskerroin (k) määrittää, onko kappale hyvä lämmönjohdin vai ei. Tämä kerroin liittyy suureen määrään aineen ominaisuuksia, kuten lämpötila,osavaltiofyysikko,puhtaus,tiheys jne. Kaava osoittaa myös, että lämmön määrä Q virtaa alueen läpi THE, tietyn ajan kuluessa t, on verrannollinen lämpötilaeroon (T₂ - T₁) sekä tämän alueen kahden pinnan välillä käänteisestisuhteellinen paksuuteen ja, joka erottaa ne. Noudata seuraavaa kaaviota, joka esittää lämmönjohtavuuden kiinteässä väliaineessa esitettyjen muuttujien mukaisesti:

Harjoitukset lämmönjohtavuuteen

Kysymys 1) Aurinkoisena päivänä suuri määrä lämpöä - noin 180 cal - kulkee ulkona 15 minuutin ajan pysäköidyn ajoneuvon ikkunoista. Määritä lämpövirta tämän ajoneuvon ikkunoiden läpi tässä tilanteessa.

a) 10000 cal / s

b) 2000 cal / s

c) 50 cal / s

d) 300 cal / s

e) 500 cal / s

Sapluuna: Kirjain B

Resoluutio:

Voit ratkaista harjoituksen yksinkertaisesti laskemalla ajoneuvon ikkunoiden läpi kulkevan lämpömäärän joka sekunti. Katsella:

Laskelman mukaan noin 2000 kaloria kulkee ajoneuvon ikkunoiden läpi sekunnissa, joten oikea vaihtoehto on B-kirjain.

Kysymys 2) Tarkista vaihtoehto, jossa lämmönjohtavuus tapahtuu vain:

a) Kuuma vesi sekoitetaan kylmään veteen.

b) Paperi poltetaan auringonvalossa keskitettynä suurennuslasilla.

c) Rauta polttaa paidan.

d) Vesihöyry kypsentämällä vihannesta.

Sapluuna: Kirjain C

Resoluutio:

Luetelluista prosesseista ensimmäinen on konvektiolämmönsiirto; sitten meillä on säteily, kirjaimessa B; ajo, kirjaimella C; viimeisenä vaihtoehtona taas konvektio. Siksi oikea vaihtoehto on C-kirjain.

Kirjailija: M.e Rafael Helerbrock
Fysiikan opettaja