§ 6. Теплопровiднicть

Ви дізнаєтесь

Пригадайте

Як пов’язані між собою зміна тиску повітря та його внутрішня енергія?

теплообмінність

Види теплообміну. У попередньому параграфі ми з’ясували, що внутрішню енергію тіла можна змінити завдяки передачі теплоти від одного тіла до іншого, тобто завдяки теплообміну.

Теплообмін може здійснюватися різними способами: теплопровідністю, конвекцією та випромінюванням.

Теплопровідність. Вам, напевне, доводилось обпікатись гарячою ложкою, що міститься в чашці з чаєм або тарілці з гарячим борщем. Металева ручка ложки прогрівається, хоч безпосередньо і не контактує з окропом. Як же відбувається передача теплоти?

Розглянемо механізм передавання теплоти з погляду атомно-молекулярного вчення. На малюнку 28 зображено металеву посудину з водою, що нагрівається полум’ям.

Молекули повітря в полум’ї мають значно більшу кінетичну енергію, ніж молекули металевої посудини. Унаслідок зіткнення вони передають частину своєї енергії мікрочастинкам речовини посудини, що містяться найближче до полум’я. Згодом мікрочастинки розжареного дна посудини передають деяку кількість своєї енергії сусіднім частинкам, збільшуючи їхню кінетичну енергію (звісно, і температуру тіла). Така передача енергії в результаті безпосередньої взаємодії частинок здійснюється шар за шаром. Зрозуміло, що ніякого перенесення речовини при цьому не відбувається. Такий процес передачі теплоти називається теплопровідністю.

Теплопровідність — вид теплообміну, який полягає у процесі передачі теплоти від більш нагрітої до менш нагрітої частини тіла внаслідок теплового руху частинок тіла.

Теплопровідність різних речовин. Чи всі речовини мають однакову теплопровідність? Вам, мабуть, доводилось помічати, що одні речовини проводять тепло краще, ніж інші. Ручку металевої сковороди або кавоварки виготовляють із дерева. Гаряче деко із духової шафи виймають за допомогою кухонної рукавички. Очевидно, що дерево й тканина проводять тепло гірше, ніж метал.

Висока теплопровідність металів пов’язана з особливостями їх будови. З попередніх параграфів вам відомо, що частинки твердих тіл здійснюють хаотичні теплові коливання у вузлах кристалічної ґратки. Якби теплопровідність металів зумовлювалася лише цими коливаннями, то вони б не відрізнялися від інших твердих тіл. Але в металах є багато вільних електронів, які можуть вільно переміщуватися між вузлами кристалічних ґраток, що й забезпечує високу теплопровідність.

На ділянці з вищою температурою частина електронів отримує більшу кінетичну енергію. Ці електрони легко долають проміжки між йонами. Стикаючись із йонами холодних ділянок металу, електрони передають їм надлишок своєї енергії, що зумовлює підвищення температури в цій ділянці.

Рідини, за винятком розплавлених металів, наприклад ртуті, мають погану теплопровідність. У газів теплопровідність ще менша, оскільки їхні молекули перебувають далеко одна від одної й передавання кінетичної енергії від однієї молекули до іншої — утруднене.

Для порівняння: теплопровідність повітря майже в 10 000 разів менша від теплопровідності міді. Теплопровідність води приблизно у 25 разів більша, ніж у повітря, але приблизно у 330 разів менша, ніж у міді.

Вовна, пух, хутро й інші пористі тіла мають погану теплопровідність, бо в них між волокнами є повітря. Ось чому вовна, хутро й пух захищають тварин від переохолодження взимку і перегрівання влітку. Для утеплення будівель також застосовують пористі матеріали: пінопласт, хімічну вату. Малу теплопровідність мають пластмаса, деревина, скло. Речовини й матеріали, що погано проводять тепло, називають теплоізоляторами (мал. 29).

Від переохолодження тварин захищає ще й жировий шар, який є у водоплавних птахів, китів, моржів, тюленів.

Найменшу теплопровідність має вакуум — дуже розріджений газ. Пояснюється це тим, що теплопровідність здійснюють молекули або інші частинки, отже, там, де немає частинок, теплопровідності також не може бути.

Підбиваємо підсумки

Теплопровідність — це процес передачі енергії від одних тіл до інших або від одних частин тіла до інших частин того самого тіла, який зумовлений хаотичним рухом частинок речовини й не супроводжується перенесенням цієї речовини.

Різні речовини та речовини, що перебувають у різних агрегатних станах, по-різному проводять теплоту. Найкращими провідниками теплоти є метали, найгіршими — гази.

Людина широко використовує у своїй життєдіяльності здатність різних речовин по-різному проводити теплоту.

Я знаю, вмію та можу пояснити

1.    Чим відрізняється механізм теплопровідності у твердих тіл, рідин і газів?

2.    Чому метали мають найкращу теплопровідність?

3.    Чому тварини не замерзають навіть у сильний холод?

4.    Які матеріали добре проводять теплоту? Де їх застосовують?

5.    Які матеріали називають теплоізоляційними? Наведіть приклади теплоізоляційних матеріалів .

1.    Поясніть, чому жителі південних країн під час сильної спеки носять хутряні шапки, ватні халати .

2.    Поясніть, чому пористі будівельні матеріали мають кращі теплоізоляційні властивості, ніж щільні будівельні матеріали .

3.    Шуба гріє людину, чи людина — шубу?

4.    Чи буде змінюватися теплопровідність повітря, якщо його стискати? Чи можлива теплопровідність у дуже розріджених газах, космічному просторі?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Засєкіна