Теплопроводность
Теплопроводность — это передача энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым без переноса самого вещества. Благодаря теплопроводности нагревается вся металлическая ложка, если её конец опустить в горячий чай.
На микроскопическом уровне частицы более нагретого участка движутся или колеблются быстрее и передают энергию соседним частицам. Поэтому теплопроводность возможна только при наличии разности температур: энергия самопроизвольно переходит от горячего к холодному, пока температура не выровняется.
Разные вещества проводят тепло с разной скоростью. Хорошие проводники — металлы: медь, алюминий, железо. Плохие проводники, или теплоизоляторы, — дерево, пластмасса, стекло, воздух и шерсть. Воздух между волокнами шерсти затрудняет передачу энергии, поэтому шерстяная одежда сохраняет тепло тела.
Формула теплопроводности
Для однородного плоского слоя при постоянной разности температур количество переданной энергии за время можно описать формулой:
Здесь \(Q\) — переданная энергия, \(\lambda\) — коэффициент теплопроводности вещества, \(S\) — площадь слоя, \(l\) — его толщина, \(T_1-T_2\) — разность температур, \(t\) — время. Чем больше \(\lambda\) и площадь слоя, тем интенсивнее передаётся энергия; чем толще слой, тем слабее передача.
Металлическая ручка кастрюли нагревается от горячей воды внутри. Энергия проходит по металлу от нагретого участка к холодному, хотя металл не течёт и не переносится из одного места в другое.
Теплопроводность отличается от конвекции: при конвекции энергия переносится потоками жидкости или газа вместе с веществом. При теплопроводности вещество в целом не перемещается. От теплового излучения теплопроводность отличается тем, что для неё обычно нужен непосредственный контакт частиц.
Какой материал лучше всего проводит тепло?
Главное
- Теплопроводность передаёт энергию от более нагретого участка к менее нагретому без переноса вещества.
- Металлы обычно хорошо проводят тепло, а дерево, пластмасса, воздух и шерсть — плохо.
- Интенсивность передачи зависит от материала, площади, толщины слоя, разности температур и времени.