Что такое теплопроводность?

Всё в нашем мире состоит из энергии. Тепло - один из её видов, который поддерживает жизнь на Земле. Без него становятся невозможными сотни процессов - от приготовления пищи до работы клеток.

Всё в нашем мире состоит из энергии. Тепло - один из её видов, который поддерживает жизнь на Земле. Без него становятся невозможными сотни процессов - от приготовления пищи до работы клеток. Распространение тепла обычно происходит от объекта с высокой температурой до объекта с более низкой температурой. Теплопередача изменяет внутреннюю энергию обеих систем, участвующих в соответствии с первым законом термодинамики. Число, указывающее на количество тепла, проходящего за единицу времени через единичную толщину вещества, когда разница температур составляет 1 °C., называется коэффициент теплопроводности.

Теплопередача

Тепло может передаваться тремя способами: проводимостью, конвекцией и излучением. Из них проводимость является самым распространённым явлением и регулярно встречается в природе. По сути - это обмен энергией через физический контакт. Передача тепла происходит на уровне молекул от одного предмета к другому до тех пор, пока не будет исчерпан источник нагревания. Для примера - вы отключили плиту под кастрюлей или убрали руку от обогревателя.

Проводимость

Проводимостью называют передачу энергии тепла посредством молекулярного перемешивания в материале без какого-либо движения материи в целом. Если один конец металлического стержня находится под высокой температурой, тогда энергия будет передаваться по стержню в сторону более холодного конца.

Конвекция тепла

Конвекция - теплопередача массовым движением вещества, такого как воздух и вода. Нагретая субстанция вынуждена удаляться от источника тепла, перенося с собой энергию. Это происходит потому, что горячий воздух расширяется, становится менее плотным и поднимается (Закон об идеальном газе). Горячая вода также менее плотная, чем холодная, и поднимается, вызывая конвекционные потоки, которые транспортируют энергию.

Излучение

Излучением принято называть поток элементарных частиц, переносящих энергию в виде волн. Всем известно об инфракрасном свете, способном нагревать пространство либо лазерных установках, принцип действия которых идентичен.

Процесс теплопроводности

Процесс теплопроводности напрямую зависит от четырёх основных факторов, в число которых входит:

• градиент температуры;
• сечение материала;
• длина пути, по которому тепло перемещается;
• свойства материи.

Градиент температуры - физическая величина, описывающая направление и скорость изменения градусов в определённой точке. Априори тепло перемещается от самого горячего до самого холодного конца, поскольку холод является не чем иным, как отсутствием тепла. Такой процесс длится до тех пор, пока разность температур не будет уравновешена.

Следующими немаловажными факторами являются сечение и краткость материала, по которому перемещается энергия. Чем крупнее площадь предмета, тем больше энергии необходимо для его нагрева. Помимо этого, обычно большие предметы подвержены воздействию воздуха, что в разы увеличивает вероятность потери тепла.

И последним, но немаловажным фактором теплопроводности являются физические свойства материалов. Всем известно - разные вещества в разной степени способны передавать тепло. К примеру, металл, камень и вода способны быстро перемещать энергию и дольше её сохранять. В то же время воздух, ткань, бумага и дерево являются плохими проводниками.

Коэффициент теплопроводности

Все проводящие свойства оцениваются на основе коэффициента передачи тепла. Все материалы измеряются относительно серебра, показатель которого составляет 100%. Нулевой теплопроводностью обладает лишь вакуум.