Հաղորդունակությունը մարմնի կամ նյութի ջերմություն փոխանցելու կարողությունն է: Դրանով նա շարժվում է պինդ առարկայի միջով կամ մի առարկայից մյուսը, քանի որ երկուսն էլ շփվում են միմյանց հետ։ Սա միակ միջոցն է, որով ջերմությունը անցնի ամբողջ մարմնով: Հարց է առաջանում. «Ինչպե՞ս են օդը և այլ նյութերը ջերմություն փոխանցում»: Իմացեք հոդվածում:
Ջերմային հաղորդունակություն
Օբյեկտի ներսում ջերմություն փոխանցելու ունակությունը կոչվում է ջերմահաղորդություն: Այս հատկությունը նշվում է k տառով և չափվում է W / (m × K): Ջերմային հաղորդունակության արժեքները տարբեր են տարբեր նյութերի համար: Այսպիսով, ոսկին, արծաթը և պղինձը ունեն բարձր ջերմային հաղորդակցություն: Ի դեպ, այս նյութերը նաև լավ հաղորդիչներ են էլեկտրական հոսանքի։ Ինչպե՞ս է օդը փոխանցում ջերմությունը: Պատասխանը կարճ է՝ վատ դիրիժոր է։ Ոսկու, արծաթի և պղնձի բարձր հաղորդունակությունը պայմանավորված է նրանով, որ լիցքի փոխանցման համար պատասխանատու էլեկտրոնները նույնպես մասնակցում են ջերմային էներգիայի փոխանցմանը։
Բայց նյութերը, ինչպիսիք են ապակին և հանքային բուրդը, ունեն ցածր ջերմային հաղորդունակություն: Դա բացատրվում է նրանով, որ նրանք ունեն շատ քիչ «ազատ» էլեկտրոններ պինդ մարմնի ներսում ջերմային էներգիայի փոխանցման համար։ Այս տեսակի նյութերը կոչվում են մեկուսիչներ: Ջերմության փոխանցման արագությունը (այսինքն՝ ջերմային էներգիայի շարժման արագությունը) ուղղակիորեն կախված է ջերմային հաղորդունակությունից, ջերմաստիճանի տարբերությունից և շփման տարածքից ու նյութից, որն ունի մարմինը։ Նույն պատճառով չի կարելի ասել, որ օդը լավ է փոխանցում ջերմությունը։
Եթե նյութը ջերմության լավ հաղորդիչ է, ապա այն արագ շարժվում է մարմնի միջով: Մետաղները լայնորեն օգտագործվում են ջերմության փոխանցման նպատակներով, քանի որ նրանք ունեն հատկություններ, որոնք թույլ են տալիս ջերմության շրջանառել՝ միաժամանակ դիմակայելով տաքացման հետ կապված ծայրահեղ ջերմաստիճաններին:
Հենց էլեկտրոններն են պատասխանատու ջերմային էներգիայի, ինչպես նաև էլեկտրական լիցքի փոխանցման համար։ Հետևաբար, մետաղները ջերմության և էլեկտրականության լավ հաղորդիչներ են: Ահա թե որտեղ է կայանում հարցի պատասխանը. «Ինչո՞ւ է օդը ջերմության վատ հաղորդիչ»:
Այնուամենայնիվ, մի շփոթեք էլեկտրական հաղորդունակությունը (որը կապված է էլեկտրոնների լիցքի հետ), երբ նկատի ունեք ջերմային հաղորդունակությունը (որը կապված է էլեկտրոնների էներգիայի փոխանցման հետ):
Մենք ապացուցում ենք փորձով
Փորձեք մետաղյա ձողի մի ծայրը պահել կրակի վրա. մի քանի րոպե հետո այն կտաքանա:
Այժմ փայտե փայտի ծայրը բռնեք կրակի մեջ, և ծայրն այնքան տաքանա, որ ի վերջո կվառվի: Այնուամենայնիվ, փայտի վերջը, որի համարդիմացիր, մնա համեմատաբար սառը։
Ջերմությունը մարմնի ամբողջ ծավալով չի տարածվում իր բաղադրության պատճառով. նրա կառուցվածքը դժվարացնում է էլեկտրոնների ջերմությունը նյութի միջով փոխանցելը:
Այսպիսով, ամենօրյա փորձը ցույց է տալիս, որ փայտը ջերմության լավ հաղորդիչ չէ: Եթե դուք երբևէ տեսել եք փայտի մի հատված մանրադիտակի տակ, հավանաբար նկատել եք փայտի կառուցվածքը. այն կազմված է առանձին բջիջներից, որոնք գործում են որպես մեկուսիչ, քանի որ դրանք փոխկապակցված չեն: Բջիջները քարերի պես ցրված են առվակի մեջ։ Ջերմությունը շատ ավելի դանդաղ է անցնում նման նյութի միջով, քան մետաղներում, որտեղ ատոմները միմյանց հետ կապված են եռաչափ «ցանցով»:
Օդը ջերմության վատ հաղորդիչ է: Առօրյա կյանքի փորձը ցույց է տալիս՝ հիշեք պատուհանների կառուցվածքը։ Դրանք միշտ բաղկացած են առնվազն երկու բաժակից, որոնց միջև կա օդային «բարձ»։ Այս շերտը օգնում է պահպանել ջերմությունը սենյակում՝ առանց այն դուրս թողնելու։
Այսպիսով, եթե ջերմային էներգիան ուղղակիորեն կիրառվում է պինդ առարկայի մի մասի վրա, օբյեկտի էլեկտրոնները գրգռվում են: Սա հանգեցնում է ատոմային ցանցի թրթռումների, որոնք անցնում են օբյեկտի միջով, բարձրացնում են ջերմաստիճանը, երբ դրանք անցնում են: Որքան մոտ են կապերը պինդ մարմնի ներսում, այնքան ավելի արագ է ջերմության փոխանցումը:
Հեղուկները ջերմության վատ հաղորդիչներ են
Եթե դուք սառույցի խորանարդ եք ամրացնում ջրի փորձանոթի հատակին (դա անելու համար հարկավոր է օգտագործել քաշը, հակառակ դեպքում այն կլողանա մակերեսի վրա, այնպես որ.ինչպես սառույցը ավելի ցածր խտություն ունի, քան ջուրը) և ապա տաքացրեք ջուրը խողովակի վերևում, կտեսնեք, որ ջուրը խողովակի վերևում կեռա, իսկ սառույցի խորանարդը կմնա սառած։
Սա պայմանավորված է նրանով, որ ջուրը ջերմության վատ հաղորդիչ է: Ջերմության մեծ մասը կտեղափոխվի կոնվեկցիոն հոսանք ջրի ներսում խողովակի վերին մասում, դրա միայն մի փոքր մասն է ընկղմվելու դեպի սառցե խորանարդը:
Ինչպե՞ս է օդը փոխանցում ջերմությունը:
Օդը գազերի հավաքածու է: Չնայած այն հիանալի է կոնվեկցիայի համար, ջերմության քանակությունը, որը կարող է փոխանցել, նվազագույն է, քանի որ նյութի փոքր զանգվածը չի կարող շատ ջերմություն պահել, ինչի պատճառով այն լավ հաղորդիչ չի համարվում: Օդի մեկուսիչ հատկությունները մարդկության կողմից օգտագործվում են առօրյա կյանքում: Այսպիսով, դրանք օգտագործվում են շենքի պատերի հովացուցիչները մեկուսացնելու համար: Նույնիսկ թերմոսի աշխատանքը հիմնված է այն փաստի վրա, որ օդը լավ չի փոխանցում ջերմությունը։ Օրինակները իսկապես շատ են:
Ուրեմն ի՞նչն է առաջացնում այս երեւույթը: Քանի որ օդը խիտ չէ, կա որոշակի քանակությամբ զանգված, որը կարող է փոխանցել ջերմային էներգիան հաղորդման միջոցով: Հետեւաբար, դա վատ հաղորդիչ է, բայց գերազանց մեկուսիչ: Այնուամենայնիվ, «Օդը ջերմություն հաղորդու՞մ է» հարցի պատասխանը։ - ոչ այնքան միանշանակ: Այսպիսով, հաշվի առեք հետևյալ երևույթները.
Ճառագայթումը էներգիայի փոխանցումն է ալիքների կամ գրգռված մասնիկների միջոցով: Օդը ստեղծում է ջերմային բաց, որը թույլ չի տալիս ջերմային էներգիան հաղթահարել այն: Ջերմությունը պետք է տարածվի մակերեսից դեպիօդի մասնիկները, ապա այն պետք է ճառագայթել օդից դեպի հակառակ մակերեսը: Ջերմությունը շատ դանդաղ է շարժվում երեք նյութերի միջև, և փոխանցվող ջերմային էներգիայի մեծ մասը ներծծվում է օդում:
Կոնվեկցիան ջերմության շարժումն է հեղուկի կամ գազի միջով ջերմության կլանման պատճառով խտության նվազման պատճառով: Այս դեպքում օդի հատկությունները դառնում են չափազանց օգտակար։ Այն նաև շարժվում է դեպի վեր՝ ջերմություն փոխանցելով մեկուսացված կոնտեյներից կամ տարածությունից: Հետեւաբար, կոնվեկցիան օգտագործվում է ջերմությունը հեռացնելու համար եւ կարող է օգտագործվել մակերեսը սառեցնելու համար: Ջերմության բաշխումը կոնվեկցիայի միջոցով օդում որոշ չափով անարդյունավետ է, սակայն այն օգտագործվում է բազմաթիվ սառեցման նպատակներով: Այո, օդը ջերմության վատ հաղորդիչ է։
Մեկուսիչ օրինակներ
Մեկուսիչը օգտագործվում է բազմաթիվ նպատակների համար: Դրանցից ոմանք ներառում են զովացուցիչ ըմպելիքներ և սնունդ, պատերի մեջ օդային բացեր ստեղծելը և խոհանոցային պարագաների մեջ օդային գրպաններ մտցնելը: Օդի ջերմության փոխանցման առանձնահատկությունները վերաբերում են նույնիսկ մեկուսիչ փրփուրին:
Եզրակացություն
Հաղորդունակությունը ջերմության անցումն է պինդ մարմնի միջով: Այն տարբերվում է կոնվեկցիայի ֆենոմենից նրանով, որ գործընթացում նյութի ոչ մի շարժում տեղի չի ունենում։ Այժմ մենք գիտենք, թե արդյոք օդը լավ է փոխանցում ջերմությունը և ինչու:
