§ 7. Теплопровідність

Думки вголос

Я зможу дати визначення передачі тепла способом теплопровідності і пояснити різну теплопровідність окремих тіл.

Що таке теплопровідність?

Як пояснити явище теплопровідності за допомогою молекулярно-кінетичної теорії?

Пригадай звичайну життєву ситуацію. У чаїнку з гарячою водою опустили ложку і взялись за її кінець (мал. 36).

Спочатку цей кінець ложки холодний, а через деякий час стане теплим, а потім гарячим. Це явище можна пояснити на основі молекулярно-кінетичної теорії.

Внутрішня енергія від гарячої води передається атомам ложки, вони поступово збільшують свою швидкість і амплітуду коливань, які передаються сусуднім атомам холодніших ділянок ложки. їхня температура підвищується, а з часом це починає відчувати і рука, що тримає ложку.

Теплопровідністю називають явище передачі енергії від більш нагрітих частин тіла до менш нагрітих або від теплішого тіла до холоднішого, коли вони безпосередньо дотикаються, внаслідок теплового руху мікрочастинок без переносу речовини.

Чи однакову теплопровідність мають різні речовини?

А від чого залежить теплопровідність речовини?

Дослід 1. У стакан з гарячою водою опустимо, крім металевої ложки, ще пластмасову і дерев’яну. На дотик упевнюємося, що першою нагрілася металева ложка, а температура пластмасової і дерев’яної за цей час практично не змінилася.

Висновки.

Різні речовини мають різну теплопровідність.

Метал має високу теплопровідність, а пластмаса і дерево — низьку.

Чи однакова теплопровідність тіл у різних агрегатних станах?

Дослід 2. Наповнену водою пробірку тримаємо у руці за нижній кінець, воду біля верхнього кінця пробірки нагріваємо у полум’ї спиртівки (мал. 37).

Навіть коли вода зверху закипить, дно пробірки спокійно тримаємо рукою, тобто вода тут залишається холодною. Результат досліду свідчить, що теплопровідність води низька.

Дослід 3. Вставимо палець в отвір пробірки і нагріватимемо дно пробірки у полум’ї спиртівки (мал. 38).

У верхній частині полум’я спиртівки має температуру до 900 °С, тому дно пробірки має бути дуже гарячим, а палець у пробірці з повітрям можна тримати досить довго, поки віл не почне відчувати нагрівання скла, у той час як повітря залишатиметься холодним. Результат досліду свідчить, що найнижчу теплопровідність має повітря. Теплопровідність скла вища, але менша від теплопровідності металу.

Загальний висновок із дослідів: теплопровідність речовин у різних агрегатних станах різна. Найкращу теплопровідність мають тверді тіла, меншу — рідини, а найгіршу — гази. Серед твердих тіл найкращу теплопровідність мають метали.

Порівняємо па досліді теплопровідність різних металів.

Дослід 4. У штативах закріпимо два металічних стрижня: ліворуч — мідний, а праворуч — сталевий (мал. 39). Розплавленим воском уздовж обох стрижнів на однакових відстанях прикріпимо маленькі цвяшки. У середній частині між штативами стрижні стикаються, тут встановлюють запалену спиртівку і одночасно нагрівають обидва стрижні. Спочатку бачимо в обох стрижнях, що тепло передається у напрямі від гарячих кіпців стрижнів до холодних — спочатку відпадають цвяшки, розташовані ближче до гарячого кінця стрижня. Потім помічаємо, що за той самий час від мідного стрижня відпало більше цвяшків. Це свідчить про те, що теплопровідність міді вища, ніж у сталі.

Поясни, чому відпадають цвяшки під час досліду.

Для порівняння теплопровідності різних речовин у різних агрегатних станах у таблиці 6 наведено їх відносні значення теплопровідності (за одиницю прийнято теплопровідність скла).

Таблиця 6

Теплопровідність деяких речовин порівняно з теплопровідністю скла

Добрими провідниками тепла є метали, особливо срібло, золото, мідь. Поганими провідниками тепла є вода, цегла, бетон, лід. Корок, пінопласт, повітря мають дуже низьку теплопровідність. Такі речовини називають теплоізоляторами.

Різну теплопровідність різних речовин пояснюють їх внутрішньою будовою, різною відстанню між мікрочастинками, які мають різну швидкість теплового руху. Метали мають найкращу теплопровідність завдяки тому, що їх теплопровідність визначається не тільки коливальним рухом мікрочастинок у вузлах кристалічних ґрат, а й «вільними» електронами (про них детальніше сказано в частині «Електричні явища»).

Погано проводять тепло рідини, але найгіршими провідниками тепла (або найкращими теплоізоляторами) є гази. Це пояснюється тим, що в газах відстань між молекулами найбільша порівняно з речовинами в інших агрегатних станах. Тому молекули газів стикаються між собою значно рідше, отже, перенесення енергії в них відбувається дуже повільно.

Вовна, пух містять повітря, тому мають погану теплопровідність. Вони захищають тіло тварин від охолодження або перегрівання. Люди також взимку надягають хутрові шуби та куртки, які мають прокладки з пуху або штучного матеріалу поліестеру, який має волокнисту структуру. Додатково піддягають вовняні светри, шию обмотують в’язаними шарфами.

Підсумки

•    Теплопровідність — це явище передані енергії від теплішої частини тіла до холоднішої або від нагрітого тіла до холодного, що перебувають у контакті. Енергія передається завдяки тепловому руху мікрочастинок без переносу речовини.

•    Найкращу теплопровідність мають тверді тіла, особливо метали. Рідини і гази мають низьку теплопровідність.

•    Явище теплопровідності пояснюється на основі молекулярно-кінетичної теорії будови речовини.

Перевір свої знання

1*. Чи правильний вислів: «Шуба гріє»?

2*. Чи відбувається перенос речовини у процесі теплопровідності? З*. Як «працює» термос?

4*. Чому рослини вкривають на зиму соломою і сіном?

5*. Чому вода в озері остигає за ніч менше, ніж пісок на березі?

6*. Які труби забезпечують кращу тягу — металічні чи цегляні? Поясни.

7*. Чому клімат, для якого характерні різкі перепади температури між днем та ніччю, між літом та зимою, називають різко континентальним?

8**. Ножиці й олівець лежать на столі і мають однакову температуру. Чому на дотик ножиці здаються холоднішими?

9**. Чому в просторому взутті взимку тепліше, ніж у вузькому?

10**. Чому, якщо п’ємо чай з металевої кружки, опікаємо губи, а коли з фарфорової — ні?

11**. Який матеріал має кращі теплоізоляційні якості: дерево чи ошурки з дерева?

12**. Чому жителі Середньої Азії під час сильної спеки носять ватяні халати і вовняні капелюхи?

13**. Чому озимина може загинути, якщо зима буде малосніжною?

14**. Щоб прискорити танення льоду на річці, його іноді посипають сажею. Поясни це явище.

15***. Результат якого досліду доводить, що різні метали мають різну теплопровідність? Поясни його.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Сердюченко