A vezetőképesség egy test vagy anyag hőátadási képessége. Ennek során egy szilárd tárgyon vagy egyik tárgyról a másikra mozog, mert mindkettő érintkezik egymással. Ez az egyetlen módja annak, hogy a hő áthaladjon az egész testen. Felmerül a kérdés: „Hogyan vezeti a levegő és más anyagok a hőt?” Tudja meg a cikkből!
Hővezetőképesség
Az objektumon belüli hőátadás képességét hővezető képességnek nevezzük. Ezt a tulajdonságot k betűvel jelöljük, és mértéke W / (m × K). A hővezető képesség értékei eltérőek a különböző anyagoknál. Tehát az arany, az ezüst és a réz magas hővezető képességgel rendelkezik. Egyébként ezek az anyagok jó elektromos vezetők is. Hogyan vezeti a levegő a hőt? A válasz rövid: rossz karmester. Az arany, ezüst és réz nagy vezetőképessége annak köszönhető, hogy a töltés átviteléért felelős elektronok is részt vesznek a hőenergia átvitelében.
De az olyan anyagoknak, mint az üveg és az ásványgyapot, alacsony a hővezető képessége. Ez azzal magyarázható, hogy nagyon kevés "szabad" elektronjuk van a hőenergia átviteléhez a szilárd testen belül. Az ilyen típusú anyagokat szigetelőknek nevezzük. A hőátadás sebessége (vagyis a hőenergia mozgási sebessége) közvetlenül függ a hővezető képességtől, a hőmérséklet-különbségtől, valamint a testben lévő érintkezési felülettől és anyagtól. Ugyanezen okból nem mondható, hogy a levegő jól vezeti a hőt.
Ha az anyag jó hővezető, akkor gyorsan áthalad a testen. A fémeket széles körben használják hőátadási célokra, mivel olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a hő keringését, ugyanakkor ellenállnak a fűtéssel kapcsolatos szélsőséges hőmérsékleteknek.
Az elektronok felelősek a hőenergia átviteléért, valamint az elektromos töltésért. Ezért a fémek jó hő- és elektromos vezetők! Itt rejlik a válasz arra a kérdésre: „Miért rossz hővezető a levegő?”
Azonban ne keverje össze az elektromos vezetőképességet (amely az elektronok töltésével kapcsolatos), amikor a hővezető képességre (amely az elektronenergia-átadással kapcsolatos).
Tapasztalattal bizonyítjuk
Próbáld meg egy fémrúd egyik végét a láng felett tartani – néhány perc múlva felmelegszik.
Most tartsa egy fapálca végét lángban, és a vége annyira felforrósodik, hogy végül meggyullad. Azonban a bot vége, amiértkitartasz, maradj viszonylag hideg.
A hő összetétele miatt nem terjed szét a test térfogatában: szerkezete megnehezíti az elektronok hőátadását az anyagon keresztül.
Így a mindennapi tapasztalatok azt mutatják, hogy a fa nem jó hővezető. Ha valaha is látott egy fadarabot mikroszkóp alatt, valószínűleg észrevette a fa szerkezetét: különálló cellákból áll, amelyek szigetelőként működnek, mivel nincsenek egymással kapcsolatban. A sejtek úgy vannak szétszórva, mint a kövek a patakban. A hő sokkal lassabban halad át egy ilyen anyagon, mint a fémekben, ahol az atomok egy háromdimenziós "rácsban" kötődnek egymáshoz.
A levegő rossz hővezető. A mindennapi élet tapasztalatai azt mutatják: emlékezzen az ablakok szerkezetére. Mindig legalább két pohárból állnak, amik között van egy légpárna. Ez a réteg segít megtartani a hőt a helyiségben anélkül, hogy kiengedné.
Tehát, ha a hőenergiát közvetlenül egy szilárd tárgy egy részére alkalmazzuk, az objektumban lévő elektronok gerjesztődnek. Ez atomi rácsrezgéseket eredményez, amelyek áthaladnak az objektumon, és haladva megemelkedik a hőmérséklet. Minél közelebb vannak a kapcsolatok a szilárd testen belül, annál gyorsabb a hőátadás.
A folyadékok rossz hővezetők
Ha jégkockát rögzít egy vizes kémcső aljára (ehhez súlyt kell használni, különben lebeg a felszínen, ígymint a jégnek kisebb a sűrűsége, mint a víznek), majd melegítse fel a vizet a cső tetején, azt tapasztalja, hogy a víz felforr a cső tetején, és a jégkocka fagyott marad.
Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a víz rossz hővezető. A hő nagy része konvekciós áramban fog mozogni a vízben a cső tetején, csak egy kis része süllyed a jégkockába.
Hogyan vezeti a levegő a hőt?
A levegő gázok halmaza. Bár konvekcióra kiváló, az általa leadott hőmennyiség minimális, mert a kis tömegű anyag nem tud sok hőt tárolni - ezért nem tartják jó vezetőnek. A levegő szigetelő tulajdonságait az emberiség a mindennapi életben használja. Tehát az épület falaiban lévő hűtők szigetelésére használják. Még a termosz munkája is azon alapul, hogy a levegő nem vezeti jól a hőt. Tényleg sok példa van!
Szóval mi okozza ezt a jelenséget? Mivel a levegő nem sűrű, bizonyos mennyiségű tömeg áll rendelkezésre a hőenergia vezetés útján történő átviteléhez. Ezért rossz vezető, de kiváló szigetelő. Mindazonáltal a válasz a következő kérdésre: „Vezi a levegő hőt?” - nem olyan egyértelmű. Tehát vegyük figyelembe a következő jelenségeket.
A sugárzás energiaátvitel hullámokon vagy gerjesztett részecskéken keresztül. A levegő termikus rést hoz létre, amely nem engedi, hogy a hőenergia legyőzze azt. A felületről hőt kell sugároznilevegőrészecskéket, akkor azt a levegőből az ellenkező felületre kell kisugározni. A hő nagyon lassan mozog a három anyag között, és az átadott hőenergia nagy része a levegőben nyelődik el.
A konvekció a hő mozgása folyadékon vagy gázon a hőelnyelés miatti sűrűségcsökkenés következtében. Ebben az esetben a levegő tulajdonságai rendkívül hasznosakká válnak. Felfelé is mozog azáltal, hogy hőt ad át egy szigetelt tartályból vagy térből. Ezért a konvekciót a hő eltávolítására használják, és a felület hűtésére használható. A levegőben a konvekción keresztül történő hőelosztás némileg nem hatékony, de számos hűtési célra használják. Igen, a levegő rossz hővezető.
Szigetelési példák
A szigetelést számos célra használják. Ezek közé tartozik az italok és ételek hűtése, légrés kialakítása a falakban, és légzsákok elhelyezése a konyhai eszközökben. A levegő hővezetésének jellemzői még a szigetelőhabra is érvényesek.
Következtetés
A vezetőképesség a hő áthaladása egy szilárd testen. Abban különbözik a konvekció jelenségétől, hogy a folyamat során nem történik anyagmozgás. Most már tudjuk, hogy a levegő jól vezeti-e a hőt, és miért.
