کدام اجسام بیشترین هدایت حرارتی را دارند؟ VI. مشق شب. III. یادگیری مطالب جدید

نمودار انتقال انرژی حرارتی از طریق هدایت را نشان می دهد. گرما شکل جالبی از انرژی است. نه تنها ما را زنده نگه می دارد، ما را راحت می کند و به ما در تهیه غذا کمک می کند، بلکه درک خواص آن برای بسیاری از زمینه های تحقیقات علمی کلیدی است. به عنوان مثال، دانستن چگونگی انتقال گرما و میزان آن مواد مختلفمی تواند انرژی حرارتی را مبادله کند، همه چیز را از ساخت بخاری ها و درک تغییرات فصلی گرفته تا ارسال کشتی ها به فضا را مدیریت می کند.

گرما را فقط می توان به سه طریق انتقال داد: رسانایی، همرفت و تابش. از این میان، رسانایی شاید رایج ترین باشد و به طور منظم در طبیعت رخ می دهد. به طور خلاصه، از طریق تماس فیزیکی منتقل می شود. این زمانی اتفاق می افتد که دست خود را روی شیشه پنجره فشار دهید، زمانی که یک گلدان آب را روی یک عنصر فعال قرار می دهید، و زمانی که آهن را روی آتش قرار می دهید.

این انتقال در سطح مولکولی - از جسمی به جسم دیگر - زمانی اتفاق می افتد انرژی حرارتیتوسط یک سطح جذب می شود و باعث می شود مولکول های آن سطح سریعتر حرکت کنند. در این فرآیند، آنها با همسایگان خود برخورد می کنند و انرژی را به آنها منتقل می کنند، روندی که تا زمانی که گرما اضافه شود ادامه می یابد.

IV. تثبیت دانش به دست آمده با استفاده از مثال هایی از مسائل

فرآیند هدایت حرارتی به چهار عامل اصلی بستگی دارد: سطح مقطع افراد درگیر، طول مسیر آنها و خواص این مواد. گرادیان دما است کمیت فیزیکی، که توضیح می دهد دما در یک مکان خاص در چه جهت و با چه سرعتی تغییر می کند. دما همیشه از گرمترین منبع به سردترین منبع جریان دارد، زیرا سرما چیزی جز نبود انرژی حرارتی نیست. این انتقال بین اجسام ادامه می یابد تا زمانی که اختلاف دما از بین برود و حالتی به نام تعادل حرارتی ایجاد کند.

سطح مقطع و طول مسیر نیز از عوامل مهم هستند. هر چه اندازه مواد درگیر در انتقال بزرگتر باشد، گرمای بیشتری برای گرم کردن آن مورد نیاز است. علاوه بر این، هر چه سطح در معرض هوای آزاد بزرگتر باشد، احتمال این امر بیشتر می شود. بنابراین، اجسام کوتاهتر با سطح مقطع کوچکتر هستند بهترین راهبه حداقل رساندن تلفات

هدایت حرارتی از طریق هر ماده ای رخ می دهد که در اینجا با یک میله مستطیل شکل نشان داده شده است. سرعت انتقال تا حدی به ضخامت ماده بستگی دارد. آخرین اما مطمئنا نه کم اهمیت ترین، مشخصات فیزیکیمواد. اساساً وقتی صحبت از رسانایی گرما می شود، همه مواد یکسان ایجاد نمی شوند. فلزات و سنگ ها رسانای خوبی هستند زیرا می توانند گرما را به سرعت انتقال دهند، در حالی که موادی مانند چوب، کاغذ، هوا و پارچه رسانای ضعیفی برای گرما هستند.

این خواص رسانایی بر اساس یک "عامل" که نسبت به نقره اندازه گیری می شود رتبه بندی می شوند. از این نظر نقره ضریب 100 دارد در حالی که سایر مواد امتیاز کمتری دارند. اینها شامل مس، آهن، آب و چوب است. در انتهای مخالف طیف یک خلاء کامل وجود دارد که قادر به هدایت گرما نیست و بنابراین در درجه صفر قرار می گیرد.

موادی که رسانای ضعیف گرما هستند را عایق می نامند. هوا که دارای ضریب هدایت 0.006 است، یک عایق استثنایی است زیرا می تواند در یک فضای محدود قرار گیرد. به همین دلیل است که عایق های ساخته شده توسط انسان از محفظه های هوا مانند واحدهای دو جداره استفاده می کنند که برای کاهش قبوض گرمایشی استفاده می شود. در اصل، آنها به عنوان بافر در برابر اتلاف گرما عمل می کنند.

پرها، خزها و الیاف طبیعی همگی نمونه هایی از عایق های طبیعی هستند. اینها موادی هستند که پرندگان، پستانداران و مردم را گرم نگه می دارند. به عنوان مثال سمورهای دریایی در آب های اقیانوسی زندگی می کنند که اغلب بسیار سرد هستند و خز مجلل ضخیم آنها آنها را گرم نگه می دارد. سایر پستانداران دریایی مانند شیرهای دریایی، نهنگ‌ها و پنگوئن‌ها برای جلوگیری از اتلاف گرما از طریق پوست، به لایه‌های ضخیم غلیظ - یک رسانای بسیار ضعیف - متکی هستند.

همین منطق برای عایق بندی خانه ها، ساختمان ها و حتی فضاپیماها اعمال می شود. در این موارد، روش‌ها شامل حبس هوا بین دیوارها، فایبرگلاس یا فوم با چگالی بالا است. این فضاپیما یک مورد خاص است و از عایق به شکل فوم، مواد کامپوزیت کربن تقویت شده و کاشی های سیلیس استفاده می کند. اینها همه رسانای ضعیف گرما هستند و بنابراین از اتلاف گرما در فضا جلوگیری می کنند و همچنین از ورود دماهای شدید ناشی از بارش به عرشه پرواز جلوگیری می کنند.

رسانایی، همانطور که با گرم کردن یک میله فلزی با شعله مشهود است. قوانین حاکم بر هدایت حرارتی بسیار شبیه به قانون اهم است که بر رسانایی الکتریکی حاکم است. در این حالت هادی خوب ماده ای است که اجازه می دهد جریان الکتریکی بدون مشکل خاصی از آن عبور کند. در مقابل، عایق الکتریکی به هر ماده ای گفته می شود که بارهای الکتریکی داخلی آن آزادانه جریان نداشته باشد و بنابراین هدایت آن بسیار دشوار است. برقتحت تاثیر میدان الکتریکی

در بیشتر موارد، موادی که رسانای ضعیف گرما هستند، رسانای ضعیف الکتریسیته نیز هستند. به عنوان مثال، مس رسانای خوبی برای گرما و الکتریسیته است، به همین دلیل است که سیم‌های مسی به طور گسترده در تولید لوازم الکترونیکی استفاده می‌شوند. طلا و نقره حتی بهتر هستند و در جایی که قیمت مشکلی ندارد، از این مواد در ساخت مدارهای الکتریکی نیز استفاده می شود.

و هنگامی که کسی به دنبال "زمین کردن" شارژ است، آن را از طریق یک اتصال فیزیکی به زمین می فرستد، جایی که شارژ از بین می رود. این امر در مدارهای الکتریکی رایج است که در آن فلز در معرض یک عامل برای اطمینان از عدم الکتروموتاسیون افرادی است که به طور تصادفی در تماس هستند.

مواد عایق مانند لاستیک روی کف کفش ها برای محافظت از افراد در هنگام کار با مواد حساس یا منابع تغذیه در برابر بارهای الکتریکی استفاده می شود. سایرین مانند شیشه، پلیمرها یا چینی معمولاً در خطوط برق و فرستنده های برق با ولتاژ بالا برای حفظ جریان برق در مدارها استفاده می شوند.

به طور خلاصه، رسانایی به انتقال گرما یا انتقال بار الکتریکی ختم می شود. هر دوی اینها در نتیجه توانایی یک ماده برای انتقال انرژی از طریق آنها رخ می دهد. اجسام سیاه رنگ گرما تولید نمی کنند. اجسام سیاه تابش ورودی را در محدوده مرئی جذب می کنند. به همین ترتیب، اجسام سفید گرما را منعکس نمی کنند. آنها به طور پراکنده تابش مرئی ورودی را منعکس می کنند.

اما اینها رنگ هستند. اینکه سیاه یا سفید "رنگ" هستند تا حد زیادی به معنای رنگ شما بستگی دارد. برای این سوال، بهتر است به سیاه و سفید به عنوان سایه های خاکستری نگاه کنید تا رنگ هایی مانند قرمز و آبی. این چه نوع فیزیک است؟ پاسخ در مفاهیم انتشار، جذب، بازتاب و عبور نهفته است. تابش توانایی یک جسم برای تابش است تابش حرارتینسبت به بدن مشکی ایده آل

• قابلیت جذب کسری از تابش ورودی است که توسط یک جسم جذب می شود.
• انعکاس کسری از تابش ورودی است که توسط یک جسم منعکس می شود.
• انتقال کسری از تابش ورودی است که از یک جسم عبور می کند.

II. برقراری ارتباط با موضوع و اهداف درس

آنها به 1 اضافه می شوند. نور ورودی برای اجسام مات یا جذب می شود یا در نسبتی که توسط قابلیت جذب و بازتاب جسم تعیین می شود منعکس می شود. انعکاس و جذب بخشی از این موضوع را توضیح می دهد که چرا اجسام سیاه از اجسام سفید داغ تر می شوند. یک جسم کاملاً سیاه همه تابش های مرئی ورودی را جذب می کند و یک جسم کاملاً سفید تمام تشعشعات مرئی ورودی را منعکس می کند. از آنجایی که چیزی به نام یک جسم کاملاً سیاه یا کاملاً سفید وجود ندارد، همه اجسام تا حدی تابش مرئی ورودی را جذب می کنند.

با این حال، اجسام سیاه به طور قابل توجهی جذب می شوند مقدار زیادتشعشعات مرئی نسبت به پرتوهای سفید سمت عقبسکه - انتشار. در نهایت جسم به تعادل حرارتی می رسد، با انرژی جذب شده از تابش ورودی برابر با انرژی ساطع شده به عنوان تابش خروجی.

I. لحظه سازمانی

دو عامل دیگر هندسه و انرژی ورودی هستند. طبق قانون تابش کیرشهوف، میزان گسیل و جذب در هر فرکانس معین برابر است. برای یک بدن خاکستری ایده آل، هر دو قابلیت جذب و انتشار بدون توجه به فرکانس و دما ثابت هستند. تمام اجسام خاکستری کامل با هندسه یکسان و در معرض یکسان تشعشعات ورودی در نهایت به دمای تعادل یکسانی خواهند رسید.

بنابراین ما به چیز دیگری نیاز داریم تا توضیح دهیم چرا اجسام سیاه از اجسام سفید داغتر می شوند. پاسخ این است که جذب و انتشار به فرکانس و دما برای اجسام واقعی بستگی دارد. بدن خاکستری ایده آل وجود ندارد. آنها برای نزدیک شدن در صورت لزوم مناسب هستند. "سیاه" و "سفید" به بازتاب در محدوده مرئی اشاره دارد. یک شی سفیدمی تواند در محدوده مادون قرمز حرارتی بسیار سیاه باشد. جسمی که به وضوح سفید است اما از نظر حرارتی سیاه است به اندازه جسمی که به طور مشهود و حرارتی سیاه است گرم نمی شود.

علم پشت طراحی کیسه خواب در عین حال ساده و در عین حال بسیار پیچیده است. در طول سال ها، طرح های کیسه خواب برای ترکیب آخرین پیشرفت های تکنولوژیکی و استفاده از جدیدترین پارچه ها و مواد نوآورانه موجود تغییر و تکامل یافته است. پیشرفت‌های اخیر در فناوری کیسه‌خواب شامل عایق ضد آب، مواد بسیار سبک وزن و موانع بخار قابل تنفس است. همانطور که تکنولوژی می تواند پیچیده شود، هدف در طراحی کیسه خواب بسیار ساده است.

طراحی کیسه خواب به یک هدف نهایی ختم می شود: به دام انداختن هوای مرده در اطراف بدن به طوری که خیلی داغ نشود و گرمای بدن را کاهش دهد. دو عامل اصلی در طراحی کیسه خواب باعث کاهش انتقال حرارت و ایجاد عایق می شود. بقیه چیزها فقط بازاریابی است.