§ 8. Теплопровідність.

«...теплота не може переходити сама собою від холоднішого до теплішого тіла...»

Тут ти дізнаєшся, що теплобмін може відбуватися між окремими частинами тіл; що предана енергії відбувається від частини тіла з більшою температурою до частини з меншою температурою.

Однією з форм зміни внутрішньої ен-регії є теплообмін. Це процес, в якому внутрішня енергія змінюється при її переході від одного тіла до іншого.

Візьмемо колбу з водою, опустимо в неї термометр і поставимо на увімкнену електроплитку. Спостереження покажуть, що температура води в колбі поступово збільшуватиметься. Внутрішня енергія води і колби збільшилася внаслідок переходу енергії від плитки з вищою температурою через стінки колби до води, яка мала меншу температуру.

Таке явище у фізиці називають теплопровідністю (мал. 27).

Теплопровідність - це фізичний процес, при якому теплова енергія передається від частини тіла, що має вищу температуру, до частини,що має меншу температуру.

У різних речовинах цей процес відбувається по-різному. Тому вплив роду речовини на перебіг теплопередачі описують фізичною величиною, яка також називається теплопровідністю.

Теплопровідність (коефіцієнт теплопровідності) - це фізична величина, яка характеризує теплові властивості речовини і показує швидкість зміни внутрішньої енергії тіла у певному напрямі при теплопровідності.

Теплопровідність у різних речовин різна.

Візьмемо мідний, алюмінієвий і сталевий стрижні, з’єднаємо їх кінцями і закріпимо в штативі. На стрижнях за допомогою воску на рівних відстанях за-

кріпимо металеві гвіздочки. Піднесемо запалену спиртівку да місця з’єднання стрижнів і почнемо їх таким чином нагрівати. Через деякий час побачимо, що почнуть відпадати гвіздочки від мідного стрижня, потім - від алюмінієвого. Найпізніше відпадуть гвіздочки від сталевого стрижня (мал. 28). Подібне будемо спостерігати і тоді, коли візьмемо дротини з інших металів. Це свідчить, що внутрішня енергія різними речовинами передається по-різному при всіх інших рівних умовах. Різні речовини мають різну теплопровідність.

Таблиця. Порівняння теплопровідності різних речовин

(в умовних одиницях)

Речо вина	Водень	Повітря	Срі бло	Мідь	Залізо	Олово	Вода	Хло рид· на- трія	Скло
Коефі цієнт тепло провід ності

Найбільша теплопровідність у металів. Така їх типова властивість пояснюється тим, що в усіх металах є вільні електрони, які й беруть участь в перенесенні теплової енергії. Гірше проводять тепло рідини, керамічні та спеціальні синтетичні матеріали. Найменша теплопровідність у газів. Зовсім погано проводять тепло гази.

Екскурсія в техніку і природу.

Калориметр.

У багатьох наукових дослідженнях виникає потреба створення замкнутої системи, з якої не відбувається вихід теплової енергії. Принципово таку систему практично створити неможливо. Але якомога ближче наблизитися до неї - справа цілком реальна. Так у наукових дослідженнях застосовують пристрій, який називають калориметром. Не подумай, що за допомогою калориметра вимірюють «теплоту». Він є лише одним з пристроїв, які допомагають підвищити якість вимірювань при вивченні теплових процесів. Цей прилад використовувався

вченими XIX століття і зараз використовується для деяких не дуже точних вимірювань, зокрема, в шкільному фізичному експерименті (мал. 29).

Він складається з двох посудин світлого кольору і різного діаметра. Одна з них має дещо меншу висоту, чим друга. Меншу посудину вставляють у більшу, підклавши під неї прокладку з речовини, яка має малу теплопровідність (корок, азбест, пінопласт, дерево). Весь агрегат закривається пластмасовою або дерев’яною кришкою, яка має невеликий отвір для термометра.

Яке ж призначення перелічених частин?

1.    Посудини мають світлий колір і слабо випромінюють теплову енергію.

2.    Повітряний проміжок між посудинами, заповнений повітрям, зменшує передачу теплової енергії шляхом теплопередачі, оскільки всі гази, в тому числі і повітря, мають низьку теплопровідність.

3.    Кришка на великій посудині унеможливлює втрати енергії через конвекцію.

Отже, заливши підігріту воду в малу посудину і опустивши в неї металевий циліндр, можна слідкувати за показами термометра і бути впевненим, що він реєструє зміни температури води лише за рахунок теплообміну між водою і циліндром.

Термос.

У побуті, техніці і наукових лабораторіях широко застосовують термоси, які принципово подібні до калориметра (мал. 31).

Відмінності між цими пристроями полягають лише в тому, що між зовнішньою і внутрішньою посудиною (1), які можуть бути виготовлені зі скла чи металу з поганою теплопровідністю, відкачане повітря і там знаходиться досить глибокий вакуум. Така конструкція часто називається колбою. Тому в термосі суттєво зменшений теплообмін між двома стінками колби шляхом теплопровідності. Стінки посудин старанно відполіровані або покриті шаром срібла чи алюмінія. Це сприяє зменшенню випромінювання. Колба кріпиться у футлярі (2), який захищає її від механічних ушкоджень і є додатковим елементом зменшення виходу теплової енергії з колби. Пробка (3), як і

кришка в калориметрі, зменшує конвекцію.

Термоси ми звикли бачити в повсякденному житті, де застосовуються вони для зберігання нагрітої рідин. А в наукових лабораторія навпаки - термоси застосовують і для збереження охолодженої рідини від нагрівання. Зокрема термоси (посудини Дьюара) застосовують для зберігання зріджених газів, які маю нижчу у порівнянні з повітрям температуру.

Ребра охолодження двигуна мотоцикла виготовляють з алюміній, який мас високу теплопровідність і забезпечує інтенсивний перехід теплової енергії від головки двигуна до навколишнього повітря. Належні розрахунки конструкторів дозволяють створити системи повітряного охолодження, які підтримують сталою температуру корпуса двигуна.

Увесь посуд для нагрівання рідин і газів у побуті і на виробництві виготовляється з металів, які мають високу теплопровідність - алюміній, сталь.

У випадках, коли потрібно максимально зменшити теплообмін, застосовують речовини з низькою теплопровідністю, зокрема. Стіни житлових будинків виготовляються з дерева, цегли, пінобетону, покриваються шаром пінопласту.

Прочитай і з'ясуй, що ти знаєш.

1.    Які ознаки явища теплопровідності?

2.    Який механізм теплопровідності?

3.    Який напрям переходу теплової енергії при теплопровідності?

4.    Які речовини мають велику теплопровідність? δ. Які речовини мають низьку теплопровідність?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Савченко