Laidumas – tai kūno ar medžiagos gebėjimas perduoti šilumą. Tai darydamas, jis juda per kietą objektą arba iš vieno objekto į kitą, nes abu jie liečiasi vienas su kitu. Tai vienintelis būdas šilumai prasiskverbti per visą kūną. Kyla klausimas: „Kaip oras ir kitos medžiagos praleidžia šilumą? Sužinokite straipsnyje!
Šiluminis laidumas
Gebėjimas perduoti šilumą objekte vadinamas šilumos laidumu. Ši savybė žymima raide k ir matuojama W / (m × K). Įvairių medžiagų šilumos laidumo vertės skiriasi. Taigi auksas, sidabras ir varis turi aukštą šilumos laidumą. Beje, šios medžiagos yra ir geri elektros laidininkai. Kaip oras praleidžia šilumą? Atsakymas trumpas: tai prastas dirigentas. Didelis aukso, sidabro ir vario laidumas atsiranda dėl to, kad elektronai, atsakingi už krūvio perdavimą, taip pat dalyvauja perduodant šiluminę energiją.
Tačiau medžiagų, tokių kaip stiklas ir mineralinė vata, šilumos laidumas yra mažas. Tai paaiškinama tuo, kad jie turi labai mažai „laisvų“elektronų šiluminės energijos perdavimui kietosios medžiagos viduje. Tokio tipo medžiagos vadinamos izoliatoriais. Šilumos perdavimo greitis (ty šiluminės energijos judėjimo greitis) tiesiogiai priklauso nuo šilumos laidumo, temperatūrų skirtumo ir kontaktinio ploto bei medžiagos, kurią turi kūnas. Dėl tos pačios priežasties negalima teigti, kad oras gerai praleidžia šilumą.
Jei medžiaga yra geras šilumos laidininkas, ji greitai juda per kūną. Metalai plačiai naudojami šilumos perdavimo tikslams, nes pasižymi savybėmis, leidžiančiomis cirkuliuoti šilumą ir tuo pat metu atlaikyti ekstremalias temperatūras, susijusias su šildymu.
Už šiluminės energijos, taip pat elektros krūvio, perdavimą atsakingi elektronai. Todėl metalai yra geri šilumos ir elektros laidininkai! Štai čia ir slypi atsakymas į klausimą: „Kodėl oras yra prastas šilumos laidininkas?“
Tačiau nepainiokite elektros laidumo (kuris yra susijęs su elektronų krūviu), kai turite omenyje šilumos laidumą (kuris yra susijęs su elektronų energijos perdavimu).
Įrodome patirtimi
Pabandykite vieną metalinio strypo galą laikyti virš liepsnos – po kelių minučių jis įkais.
Dabar laikykite medinio pagaliuko galą liepsnoje ir galas įkais taip, kad galiausiai užsidegs. Tačiau lazdos galas, už kurįlaikykis, būk santykinai ramus.
Dėl savo sudėties šiluma nesklinda visame kūno tūryje: dėl jos struktūros elektronams sunku perduoti šilumą per medžiagą.
Taigi, kasdienė patirtis rodo, kad mediena nėra geras šilumos laidininkas. Jei kada nors matėte medienos atkarpą po mikroskopu, tikriausiai pastebėjote medienos struktūrą: ją sudaro atskiros ląstelės, kurios veikia kaip izoliatoriai, nes nėra tarpusavyje sujungtos. Ląstelės išsibarsčiusios kaip akmenys upelyje. Šiluma per tokią medžiagą keliauja daug lėčiau nei metaluose, kur atomai yra sujungti į trimatę „gardelę“.
Oras yra prastas šilumos laidininkas. Kasdienio gyvenimo patirtis rodo: prisiminkite langų struktūrą. Jie visada susideda iš mažiausiai dviejų stiklų, tarp kurių yra oro „pagalvėlė“. Šis sluoksnis padeda išlaikyti šilumą patalpoje jos neišleisdamas.
Taigi, jei šiluminė energija tiesiogiai naudojama vienai kieto objekto daliai, objekte esantys elektronai sužadinami. Dėl to atsiranda atominės gardelės virpesiai, kurie sklinda per objektą ir kelia temperatūrą. Kuo artimesnės jungtys kietajame kūne, tuo greitesnis šilumos perdavimas.
Skysčiai yra prasti šilumos laidininkai
Jei pritvirtinsite ledo kubelį vandens mėgintuvėlio dugne (tam reikia naudoti svarmenį, kitaip jis plūduriuos ant paviršiaus, todėlkaip ledo tankis mažesnis nei vandens) ir tada pašildykite vandenį vamzdelio viršuje, pamatysite, kad vanduo užvirs vamzdelio viršuje ir ledo kubelis liks užšalęs.
Taip yra dėl to, kad vanduo yra prastas šilumos laidininkas. Didžioji šilumos dalis judės konvekcine srove vandens viduje vamzdžio viršuje, tik nedidelė jos dalis nukris į ledo kubelį.
Kaip oras praleidžia šilumą?
Oras yra dujų rinkinys. Nors jis puikiai tinka konvekcijai, šilumos kiekis, kurį ji gali perduoti, yra minimalus, nes maža medžiagos masė negali sukaupti daug šilumos, todėl ji nėra laikoma geru laidininku. Oro izoliacines savybes žmonija naudoja kasdieniame gyvenime. Taigi, jie naudojami aušintuvams izoliuoti pastato sienose. Netgi termoso darbas pagrįstas tuo, kad oras blogai praleidžia šilumą. Yra tikrai daug pavyzdžių!
Taigi, kas sukelia šį reiškinį? Kadangi oras nėra tankus, yra tam tikras masės kiekis šilumos energijai perduoti laidumo būdu. Todėl tai prastas laidininkas, bet puikus izoliatorius. Nepaisant to, atsakymas į klausimą: „Ar oras praleidžia šilumą? – ne taip vienareikšmiškai. Taigi apsvarstykite šiuos reiškinius.
Spinduliavimas yra energijos perdavimas bangomis arba sužadintomis dalelėmis. Oras sukuria šiluminį tarpą, kuris neleidžia šilumos energijai jo įveikti. Šiluma turi būti spinduliuojama nuo paviršiaus ikioro dalelių, tada jis turėtų būti spinduliuojamas iš oro į priešingą paviršių. Šiluma tarp trijų medžiagų juda labai lėtai, o didžioji dalis perduodamos šilumos energijos sugeriama ore.
Konvekcija – tai šilumos judėjimas per skystį ar dujas dėl tankio sumažėjimo dėl šilumos sugerties. Tokiu atveju oro savybės tampa itin naudingos. Jis taip pat juda aukštyn, perduodamas šilumą iš izoliuoto konteinerio ar erdvės. Todėl konvekcija naudojama šilumai pašalinti ir gali būti naudojama paviršiui vėsinti. Šilumos paskirstymas per konvekciją ore yra šiek tiek neefektyvus, tačiau jis naudojamas daugeliui vėsinimo tikslų. Taip, oras yra prastas šilumos laidininkas.
Izoliacijos pavyzdžiai
Izoliacija naudojama daugeliui tikslų. Kai kurie iš jų apima gėrimų ir maisto vėsinimą, oro tarpų susidarymą sienose ir oro kišenių įdėjimą į virtuvės reikmenis. Oro šilumos laidumo ypatybės taikomos net izoliacinėms putoms.
Išvada
Laidumas yra šilumos perėjimas per kietą kūną. Nuo konvekcijos reiškinio jis skiriasi tuo, kad procese nevyksta medžiagos judėjimas. Dabar žinome, ar oras gerai praleidžia šilumą ir kodėl.
