Vodivost je schopnost tělesa nebo materiálu přenášet teplo. Při tom se pohybuje pevným předmětem nebo z jednoho předmětu na druhý, protože oba jsou ve vzájemném kontaktu. Jedině tak může teplo procházet celým tělem. Vyvstává otázka: „Jak vzduch a další materiály vedou teplo? Dozvíte se v článku!
Tepelná vodivost
Schopnost přenášet teplo uvnitř předmětu se nazývá tepelná vodivost. Tato vlastnost se označuje písmenem k a měří se ve W / (m × K). Hodnoty tepelné vodivosti se u různých materiálů liší. Zlato, stříbro a měď tedy mají vysokou tepelnou vodivost. Mimochodem, tyto materiály jsou také dobrými vodiči elektřiny. Jak vzduch vede teplo? Odpověď je krátká: je to špatný dirigent. Vysoká vodivost zlata, stříbra a mědi je způsobena tím, že se na přenosu tepelné energie podílejí i elektrony, které jsou zodpovědné za přenos náboje.
Ale materiály jako sklo a minerální vlna mají nízkou tepelnou vodivost. To se vysvětluje tím, že mají velmi málo „volných“elektronů pro přenos tepelné energie uvnitř pevné látky. Materiály tohoto typu se nazývají izolátory. Rychlost přenosu tepla (tj. rychlost pohybu tepelné energie) přímo závisí na tepelné vodivosti, teplotním rozdílu a kontaktní ploše a materiálu, který tělo vlastní. Ze stejného důvodu nelze říci, že vzduch dobře vede teplo.
Pokud je materiál dobrým vodičem tepla, pak se rychle pohybuje tělem. Kovy se široce používají pro účely přenosu tepla, protože mají vlastnosti, které umožňují cirkulaci tepla a zároveň odolávají extrémním teplotám spojeným s vytápěním.
Za přenos tepelné energie a také elektrického náboje jsou zodpovědné elektrony. Proto jsou kovy dobrými vodiči tepla a elektřiny! Zde je odpověď na otázku: „Proč je vzduch špatným vodičem tepla?“
Nepleťte si však elektrickou vodivost (která souvisí s nábojem elektronů), když máte na mysli tepelnou vodivost (která souvisí s přenosem energie elektronů).
Dokazujeme zkušenostmi
Zkuste držet jeden konec kovové tyče nad plamenem – po několika minutách se zahřeje.
Nyní držte konec dřevěné tyče v plameni a konec se tak rozpálí, že se nakonec vznítí. Nicméně konec hole za kterývydrž, zůstaň relativně v pohodě.
Teplo se díky svému složení nešíří celým objemem těla: jeho struktura ztěžuje elektronům přenos tepla materiálem.
Každodenní zkušenost tedy ukazuje, že dřevo není dobrým vodičem tepla. Pokud jste někdy viděli řez dřeva pod mikroskopem, pravděpodobně jste si všimli struktury dřeva: skládá se z jednotlivých buněk, které fungují jako izolanty, protože nejsou vzájemně propojené. Buňky jsou rozptýleny jako kameny v proudu. Teplo se takovým materiálem šíří mnohem pomaleji než v kovech, kde jsou atomy vázány dohromady v trojrozměrné „mříži“.
Vzduch je špatný vodič tepla. Zkušenosti z každodenního života ukazují: zapamatujte si strukturu oken. Skládají se vždy minimálně ze dvou skel, mezi kterými je vzduchový „polštář“. Tato vrstva pomáhá udržet teplo v místnosti, aniž by ho propouštělo ven.
Pokud je tedy tepelná energie aplikována přímo na jednu část pevného předmětu, elektrony v předmětu se excitují. To má za následek vibrace atomové mřížky, které procházejí objektem a zvyšují teplotu, když procházejí. Čím blíže jsou články v pevném tělese, tím rychlejší je přenos tepla.
Kapaliny jsou špatnými vodiči tepla
Pokud připevníte kostku ledu na dno zkumavky s vodou (k tomu musíte použít závaží, jinak bude plavat na hladině, takžejako led má nižší hustotu než voda) a poté zahřejte vodu v horní části zkumavky, zjistíte, že voda bude vřít v horní části zkumavky a kostka ledu zůstane zmrzlá.
To je způsobeno skutečností, že voda je špatným vodičem tepla. Většina tepla se bude pohybovat v konvekčním proudu uvnitř vody v horní části trubice, pouze malá část se potopí do kostky ledu.
Jak vzduch vede teplo?
Vzduch je sbírka plynů. I když je vynikající pro konvekci, množství tepla, které dokáže přenést, je minimální, protože malá hmota hmoty nemůže uchovat mnoho tepla - proto není považována za dobrý vodič. Izolační vlastnosti vzduchu využívá lidstvo v každodenním životě. Používají se tedy k izolaci chladičů ve stěnách budovy. I práce termosky je založena na tom, že vzduch špatně vede teplo. Příkladů je opravdu mnoho!
Co tedy způsobuje tento jev? Protože vzduch není hustý, je k dispozici určité množství hmoty pro přenos tepelné energie vedením. Proto je to špatný vodič, ale vynikající izolant. Nicméně odpověď na otázku: "Vede vzduch teplo?" - ne tak jednoznačné. Zvažte tedy následující jevy.
Záření je přenos energie prostřednictvím vln nebo excitovaných částic. Vzduch vytváří tepelnou mezeru, která nedovolí tepelné energii ji překonat. Teplo musí být vyzařováno z povrchu dočástice vzduchu, pak by měl být vyzařován ze vzduchu na protější povrch. Teplo se mezi třemi materiály pohybuje velmi pomalu a většina přenesené tepelné energie je absorbována vzduchem.
Konvekce je pohyb tepla kapalinou nebo plynem v důsledku snížení hustoty v důsledku absorpce tepla. V tomto případě jsou vlastnosti vzduchu mimořádně užitečné. Pohybuje se také nahoru přenosem tepla z izolované nádoby nebo prostoru. Proto se k odvodu tepla používá konvekce a lze ji použít k ochlazení povrchu. Distribuce tepla konvekcí ve vzduchu je poněkud neefektivní, nicméně se používá k mnoha účelům chlazení. Ano, vzduch je špatný vodič tepla.
Příklady izolace
Izolace se používá k mnoha účelům. Některé z nich zahrnují chlazení nápojů a potravin, vytváření vzduchových mezer ve stěnách a zavádění vzduchových kapes do kuchyňského náčiní. Vlastnosti toho, jak vzduch vede teplo, platí i pro izolační pěnu.
Závěr
Vodivost je průchod tepla pevným tělesem. Od fenoménu konvekce se liší tím, že v procesu nedochází k žádnému pohybu hmoty. Nyní víme, zda vzduch dobře vede teplo a proč.
