Przewodnictwo cieplne: jak to się dzieje, przykłady, ćwiczenia

przewodnictwo cieplne lub po prostu przewodzenie to proces wymiany ciepła, który zachodzi w ciałach stałych, ze względu na a różnicawtemperatura. Podczas jazdy Energia cieplna jest przenoszony między atomy i molekuły na jednego solidny bez przeniesienia materii, aż do warunku równowaga termiczna; równowaga cieplna.

Zjawisko to występuje we wszystkich substancjach, niezależnie od ich stan fizyczny, pomimo jeszczeczęstywciała stałe. Dzieje się tak, ponieważ w stanie stałym stała pozycja atomów, które ułożone są w sieci krystalicznej, sprzyja wymianie energii między atomami ze względu na częstotliwość, z jaką zachodzą między nimi zderzenia cząstki.

Popatrzrównież:Wszystko, co musisz wiedzieć o termologii

Jak zachodzi przewodnictwo cieplne?

Proces napędowytermiczny charakteryzuje się oddziaływaniem między atomami wiele różnychtemperatury. Kiedy ogrzewamy ciało, jego atomy zaczynają oscylować z większą amplitudą. Te bardziej wzburzone atomy przenieść część swojego energia kinetyczna do sąsiednich atomów przez zderzenia i wibracje, w ten sposób spowalniają, podczas gdy

mniejporuszonyzdobyćprędkość. Dzięki temu mechanizmowi ciepło jest stopniowo przenoszone z regionów o wyższej temperaturze do regionów o niższej temperaturze, aż cały system osiągnie tę samą temperaturę.

NAS gazy, na przykład, przenoszenie ciepła przez przewodzenie odbywa się wyłącznie poprzez zderzenia między atomami. NAS niemetaliczne ciała stałe, przewodnictwo cieplne odbywa się poprzez drgania wzdłuż sieci krystalicznej materiału. NAS metaliczne ciała stałe – najlepsze przewodniki ciepła – przewodzenie zachodzi zarówno poprzez propagację drgań w sieci krystalicznej, jak i chaotyczny ruch swobodnych elektronów.

W ciałach stałych przewodzenie ciepła zachodzi poprzez zderzenia sąsiednich atomów.

Izolatory i przewodniki cieplne

Różne stany materii przekazują ciepło za pośrednictwem różnych mechanizmów. Materiały zwane dyrygenci, na przykład, czy te są w stanie przenosić ciepło z dużymi? łatwość - tak jest w przypadku większości metale. Materiały izolatory, z kolei są to te, które utrudniają przepływ ciepła, takie jak polistyren, a gumowy, drewno itp.

Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)

Różnice między przewodnictwem, konwekcją i promieniowaniem

Napędowy, konwekcja i promieniowanie są trzy różne formy propagacji ciepło. Wspólnym punktem tych trzech procesów jest to, że musi istnieć różnicawtemperatura między różnymi ciałami lub w różnych punktach tego samego ciała.

TEN napędowy, jak powiedziano, zachodzi poprzez bezpośredni kontakt między cząsteczkami, które podczas zderzenia przenoszą się energia kinetyczna do sąsiednich cząsteczek. W tego typu wymianie ciepła nie ma znaczenia transport. Z kolei konwekcja zachodzi wyłącznie w płynach, a także w napędowy, występuje tylko w środkach materialnych. Różnica między przewodzeniem a konwekcją polega na tym, że w konwekcji występują transportwmakaron przez prądy konwekcyjne. TEN promieniowanie i transferwciepło za fale elektromagnetyczneDlatego ten proces wymiany ciepła może odbywać się w próżni.

Na rysunku można zaobserwować przewodzenie, konwekcję i promieniowanie.

Strumień ciepła lub prawo Fouriera

Ilość ciepła, która jest przenoszona między dwoma punktami wewnątrz ciała, co sekundę, nazywa się pływwciepło. Pojęcie to dotyczy tego, jak szybko ciepło jest przekazywane wewnątrz ciała. Niektóre materiały mają dużą pojemność dla wymiana ciepła heatdlatego mówimy, że są dobrymi przewodnikami ciepła, ponieważ są w stanie szybciej je rozproszyć.

O pływwciepło, który jest zdefiniowany jako funkcja stałej k, jest mierzony w watach (W), zgodnie z Międzynarodowy układ jednostek miar, ale można to również zmierzyć w kaloriezadruga. Ten przepływ energii jest proporcjonalny à różnicawtemperatura między dwoma punktami ciała i odpowiada ilości energii, która przepływa w postaci ciepła na każdy metr kwadratowy powierzchni w ciągu jednej sekundy.

TEN formuła służy do obliczania przewodnictwa cieplnego, znanego również jako formuła strumienia ciepła lub PrawowFouriera następująco:

Φ – strumień ciepła (cal/s lub W)

Q – ciepło (limonka lub J)

t - Interwały czasowe)

A - powierzchnia (m² lub cm²)

T₂ oraz T₁ – temperatura punktów 1 i 2 (K lub ºC)

k – współczynnik przewodzenia ciepła (J/s.m.K lub cal/s.cm.ºC)

O współczynnik przewodzenia ciepła (k) określa, czy ciało jest dobrym przewodnikiem ciepła. Współczynnik ten odnosi się do dużej liczby właściwości materii, takich jak temperatura,stanfizyk,czystość,gęstość itp. Wzór pokazuje również, że ilość ciepła Q przepływa przez obszar TEN, przez pewien czas t, jest proporcjonalna do różnicy temperatur (T₂ - T₁) między dwiema ścianami tego obszaru, a także odwrotnieproporcjonalny do grubości i, który je rozdziela. Zwróć uwagę na poniższy wykres, który przedstawia przewodnictwo cieplne w ośrodku stałym, zgodnie z przedstawionymi zmiennymi:

Ćwiczenia z przewodnictwa cieplnego

Pytanie 1) W słoneczny dzień duża ilość ciepła – około 180 kcal – przenika przez szyby pojazdu zaparkowanego na zewnątrz przez 15 minut. Określ przepływ ciepła przez szyby tego pojazdu w tej sytuacji.

a) 10 000 kcal/s

b) 2000 kcal/s

c) 50 kcal/s

d) 300 kcal/s

e) 500 kcal/s

Szablon: Literka B

Rozkład:

Aby rozwiązać ćwiczenie, po prostu oblicz ilość ciepła, która przechodzi przez okna pojazdu co sekundę. Zegarek:

Zgodnie z obliczeniami co sekundę przez okna pojazdu przechodzi około 2000 kalorii, więc poprawną alternatywą jest litera B.

Pytanie 2) Sprawdź alternatywę, w której występuje tylko przewodzenie ciepła:

a) Wymieszanie gorącej wody z zimną wodą.

b) Papier spalany przez światło słoneczne, skoncentrowany przez szkło powiększające.

c) Żelazo spalające koszulę.

d) Para wodna gotująca warzywo.

Szablon: Litera C

Rozkład:

Wśród wymienionych procesów pierwszym jest konwekcyjne przenoszenie ciepła; wtedy mamy promieniowanie, w literze B; jazdy, w literze C; wreszcie, w ostatniej alternatywie, znowu konwekcja. Dlatego właściwą alternatywą jest litera C.

Autor: M.e Rafael Helerbrock
Nauczyciel fizyki