Ո՞ր մարմինն ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը: VI. Տնային աշխատանք. III. Նոր նյութ սովորելը

Դիագրամ, որը ցույց է տալիս ջերմային էներգիայի փոխանցումը հաղորդման միջոցով: Ջերմությունը էներգիայի հետաքրքիր ձև է: Այն ոչ միայն մեզ կենդանի է պահում, հարմարավետություն և օգնում է մեզ պատրաստել մեր սնունդը, այլև դրա հատկությունների ըմբռնումը գիտական ​​հետազոտությունների բազմաթիվ ոլորտների բանալին է: Օրինակ՝ իմանալով, թե ինչպես է փոխանցվում ջերմությունը և որքանով են տարբեր նյութերը կարող փոխանակել ջերմային էներգիա, մղում է ամեն ինչ՝ սկսած ջեռուցիչներ կառուցելուց մինչև տիեզերք նավեր ուղարկելու սեզոնային փոփոխությունները հասկանալը:

Ջերմությունը կարող է փոխանցվել միայն երեք եղանակով՝ հաղորդունակություն, կոնվեկցիա և ճառագայթում: Դրանցից հաղորդունակությունը, թերեւս, ամենատարածվածն է և պարբերաբար տեղի է ունենում բնության մեջ: Մի խոսքով, դա փոխանցում է ֆիզիկական շփման միջոցով: Դա տեղի է ունենում, երբ ձեր ձեռքը սեղմում եք պատուհանի ապակին, երբ ջրով կաթսա եք դնում ակտիվ տարրի վրա և երբ երկաթ եք դնում կրակի վրա:

Այս փոխանցումը տեղի է ունենում մոլեկուլային մակարդակում՝ մի մարմնից մյուսը, երբ ջերմային էներգիակլանում է մակերեսը և ստիպում մակերեսի մոլեկուլներն ավելի արագ շարժվել: Ընթացքում նրանք բախվում են իրենց հարեւանների հետ և էներգիա են փոխանցում նրանց, մի գործընթաց, որը շարունակվում է այնքան ժամանակ, քանի դեռ ջերմություն է ավելանում:

IV. Ձեռք բերված գիտելիքների համախմբում առաջադրանքների օրինակների վրա

Ջերմային հաղորդման գործընթացը կախված է չորս հիմնական գործոններից՝ ներգրավվածների խաչմերուկից, նրանց ճանապարհի երկարությունից և այդ նյութերի հատկություններից: Ջերմաստիճանի գրադիենտն է ֆիզիկական քանակություն, որը նկարագրում է, թե կոնկրետ վայրում ինչ ուղղությամբ և ինչ արագությամբ է փոխվում ջերմաստիճանը։ Ջերմաստիճանը միշտ հոսում է ամենաշոգից դեպի ամենացուրտ աղբյուրը՝ պայմանավորված այն հանգամանքով, որ ցուրտը ոչ այլ ինչ է, քան ջերմային էներգիայի բացակայություն։ Մարմինների միջև այս փոխանցումը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև ջերմաստիճանի տարբերությունը քայքայվի և տեղի ունենա մի վիճակ, որը հայտնի է որպես ջերմային հավասարակշռություն:

Կարևոր գործոն է նաև խաչմերուկը և ճանապարհի երկարությունը: Որքան մեծ է փոխանցման հետ կապված նյութի չափը, այնքան ավելի շատ ջերմություն է անհրաժեշտ այն տաքացնելու համար: Բացի այդ, որքան մեծ է բաց օդի ազդեցության տակ գտնվող մակերեսը, այնքան ավելի հավանական է: Այսպիսով, ավելի կարճ օբյեկտները ավելի փոքր խաչմերուկներով են լավագույն միջոցըկորուստների նվազագույնի հասցնել:

Ջերմային հաղորդակցությունը տեղի է ունենում ցանկացած նյութի միջոցով, որը ներկայացված է այստեղ ուղղանկյուն ձողով: Փոխանցման արագությունը մասամբ կախված է նյութի հաստությունից: Վերջին, բայց, իհարկե, ոչ պակաս կարևոր. ֆիզիկական հատկություններնյութեր. Հիմնականում, երբ խոսքը վերաբերում է հաղորդիչ ջերմությանը, ոչ բոլոր նյութերն են ստեղծված հավասար: Մետաղները և քարը համարվում են լավ հաղորդիչներ, քանի որ դրանք կարող են արագ փոխանցել ջերմությունը, մինչդեռ նյութերը, ինչպիսիք են փայտը, թուղթը, օդը և կտորը, վատ ջերմային հաղորդիչներ են:

Այս հաղորդիչ հատկությունները գնահատվում են «գործոնի» հիման վրա, որը չափվում է արծաթի համեմատ: Այս առումով արծաթն ունի 100 գործակից, իսկ մյուս նյութերը ավելի ցածր են: Դրանք ներառում են պղինձ, երկաթ, ջուր և փայտ: Սպեկտրի հակառակ ծայրում կա իդեալական վակուում, որն ի վիճակի չէ ջերմություն անցկացնել, հետևաբար գնահատվում է զրոյի:

Այն նյութերը, որոնք ջերմության վատ հաղորդիչներ են, կոչվում են մեկուսիչներ: Օդը, որն ունի 0,006 հաղորդունակության գործակից, բացառիկ մեկուսիչ է, քանի որ այն կարող է պարունակվել փակ տարածության մեջ: Ահա թե ինչու արհեստական ​​մեկուսիչները օգտագործում են օդային խցիկներ, ինչպես կրկնակի ապակեպատ պատուհանները, որոնք օգտագործվում են ջեռուցման ծախսերը կրճատելու համար: Հիմնականում նրանք գործում են որպես բուֆերներ ջերմության կորստի դեմ:

Փետուրները, մորթիները և բնական մանրաթելերը բնական մեկուսիչների օրինակներ են: Սրանք նյութեր են, որոնք ջերմացնում են թռչուններին, կաթնասուններին և մարդկանց: Ծովային ջրասամույրները, օրինակ, ապրում են օվկիանոսի ջրերում, որոնք հաճախ շատ ցուրտ են, և նրանց շքեղ հաստ մորթին նրանց տաք է պահում։ Այլ ծովային կաթնասուններ, ինչպիսիք են ծովային առյուծները, կետերը և պինգվինները, ապավինում են բլբի հաստ շերտերին, որը շատ վատ հաղորդիչ է, որպեսզի կանխեն ջերմության կորուստը մաշկի միջոցով:

Նույն տրամաբանությունը վերաբերում է տների, շենքերի և նույնիսկ տիեզերանավերի մեկուսացմանը: Այս դեպքերում մեթոդները ներառում են կա՛մ փակված օդային գրպաններ պատերի միջև, ապակեպլաստե կամ բարձր խտության փրփուր: Տիեզերանավը հատուկ պատյան է և օգտագործում է մեկուսացում փրփուրի, ամրացված ածխածնային կոմպոզիտային և սիլիցիումի սալիկների տեսքով: Սրանք բոլորը ջերմության վատ հաղորդիչներ են և, հետևաբար, կանխում են ջերմության կորուստը տիեզերքում, ինչպես նաև կանխում են տեղումների հետևանքով առաջացած ծայրահեղ ջերմաստիճանների մուտքը թռիչքի տախտակամած:

Անցում, ինչի մասին վկայում է բոցով մետաղյա ձողի տաքացումը։ Ջերմության հաղորդման կանոնները շատ նման են Օհմի օրենքին, որը կարգավորում է էլեկտրական հաղորդունակությունը։ Այս դեպքում լավ հաղորդիչը այն նյութն է, որը թույլ է տալիս էլեկտրական հոսանք անցնել դրա միջով առանց ավելորդ դժվարությունների: Ի հակադրություն, էլեկտրական մեկուսիչը ցանկացած նյութ է, որի ներքին էլեկտրական լիցքերը ազատ չեն հոսում, և, հետևաբար, շատ դժվար է էլեկտրական հոսանք անցկացնելը, երբ ենթարկվում է էլեկտրական դաշտի:

Շատ դեպքերում այն ​​նյութերը, որոնք ջերմության վատ հաղորդիչներ են, նույնպես էլեկտրաէներգիայի վատ հաղորդիչներ են: Օրինակ՝ պղինձը և՛ ջերմության, և՛ էլեկտրականության լավ հաղորդիչ է, այդ իսկ պատճառով պղնձե լարերը լայնորեն օգտագործվում են էլեկտրոնիկայի արտադրության մեջ: Ոսկին և արծաթը նույնիսկ ավելի լավն են, և որտեղ գինը խնդիր չէ, այդ նյութերը օգտագործվում են նաև էլեկտրական սխեմաների կառուցման մեջ:

Եվ երբ ինչ-որ մեկը փնտրում է լիցքը «հիմնավորել», այն ֆիզիկական կապի միջոցով ուղարկում է Երկիր, որտեղ լիցքը կորչում է։ Սա սովորական է էլեկտրական սխեմաներում, որտեղ բաց մետաղը գործոն է, որը երաշխավորում է, որ մարդիկ, ովքեր պատահաբար շփվում են, չեն ենթարկվում էլեկտրամուտացիայի:

Մեկուսիչ նյութերը, ինչպիսիք են կոշիկների ներբանների ռետինը, օգտագործվում են մարդկանց պաշտպանելու զգայուն նյութերի վրա աշխատելուց կամ էլեկտրական լիցքավորված սնուցման աղբյուրներից: Մյուսները, ինչպիսիք են ապակին, պոլիմերները կամ ճենապակին, սովորաբար օգտագործվում են էլեկտրահաղորդման գծերի և բարձր լարման հոսանքի հաղորդիչների վրա՝ սխեմաների միջով էլեկտրաէներգիայի հոսքը պահպանելու համար:

Մի խոսքով, հաղորդունակությունը հանգում է ջերմության փոխանցմանը կամ էլեկտրական լիցքի փոխանցմանը: Սրանք երկուսն էլ առաջանում են նյութի միջոցով էներգիա փոխանցելու ունակության արդյունքում: Սև առարկաները ջերմություն չեն առաջացնում: Սև առարկաները կլանում են մուտքային ճառագայթումը տեսանելի տիրույթում: Նմանապես, սպիտակ առարկաները չեն արտացոլում ջերմությունը: Նրանք ցրված կերպով արտացոլում են մուտքային տեսանելի ճառագայթումը:

Բայց սրանք գույներ են: Սևերը կամ սպիտակները «գույներ» են, շատ բան կախված է նրանից, թե ինչ նկատի ունեք գույն ասելով: Այս հարցի համար ավելի լավ է սևին և սպիտակին նայել որպես մոխրագույնի, այլ ոչ թե կարմիր և կապույտ գույների: Ի՞նչ է սա ֆիզիկա: Պատասխանը կայանում է արտանետման, կլանման, արտացոլման և հաղորդունակության հասկացությունների մեջ: Արտանետումը առարկայի արտանետման կարողությունն է ջերմային ճառագայթումիդեալական սև մարմնի մասին.

• Կլանվածությունը առարկայի կողմից ներծծվող ներգնա ճառագայթման համամասնությունն է:
• Ռեֆլեկտիվությունը օբյեկտի կողմից արտացոլված ներգնա ճառագայթման համամասնությունն է:
• Փոխանցումը ներգնա ճառագայթման համամասնությունն է, որն անցնում է օբյեկտի միջով:

II. Դասի թեմայի և նպատակների մասին զեկուցում

Դրանք ավելացվում են 1-ին: Անթափանց առարկաների համար մուտքային լույսը կա՛մ կլանվում է, կա՛մ արտացոլվում այն ​​հարաբերակցությամբ, որը որոշվում է օբյեկտի կլանման և անդրադարձման հարաբերակցությամբ: Ռեֆլեկտիվությունը և ներծծողությունը բացատրում են, թե ինչու են սև առարկաները ավելի տաքանում, քան սպիտակները: Կատարյալ սև առարկան կլանում է բոլոր մուտքային տեսանելի ճառագայթումը, մինչդեռ կատարյալ սպիտակ առարկան արտացոլում է բոլոր մուտքային տեսանելի ճառագայթումը: Քանի որ չկա կատարյալ սև կամ ամբողջովին սպիտակ առարկա, բոլոր առարկաները որոշ չափով կլանում են մուտքային տեսանելի ճառագայթումը:

Այնուամենայնիվ, սև առարկաները զգալիորեն կլանում են մեծ քանակությամբտեսանելի ճառագայթում, քան սպիտակ: հետևի կողմըմետաղադրամներ - արտանետում: Ի վերջո, օբյեկտը կհասնի ջերմային հավասարակշռության, ընդ որում, մուտքային ճառագայթումից կլանված էներգիան հավասար է ելքային ճառագայթման արտանետվող էներգիային:

I. Կազմակերպչական պահ

Մյուս երկու գործոններն են երկրաչափությունը և մուտքային էներգիան: Ըստ Կիրխհոֆի ճառագայթման օրենքի՝ ցանկացած հաճախականության դեպքում արտանետումը և կլանումը հավասար են: Իդեալական մոխրագույն մարմնի համար և՛ կլանումը, և՛ արտանետումը հաստատուն են՝ անկախ հաճախականությունից և ջերմաստիճանից: Բոլոր կատարյալ մոխրագույն մարմինները, որոնք ունեն նույն երկրաչափությունը և ենթակա են նույն մուտքային ճառագայթմանը, ի վերջո կհասնեն նույն հավասարակշռության ջերմաստիճանը:

Այսպիսով, մեզ պետք է մեկ այլ բան բացատրելու համար, թե ինչու են սև առարկաները ավելի տաքանում, քան սպիտակները: Պատասխանն այն է, որ կլանումը և արտանետումը կախված են իրական օբյեկտների հաճախությունից և ջերմաստիճանից: Իդեալական մոխրագույն մարմիններ գոյություն չունեն: Նրանք, անհրաժեշտության դեպքում, հարմար են մոտենալու համար։ «Սևը» և «սպիտակը» վերաբերում են տեսանելի տիրույթում արտացոլմանը: Օբյեկտ սպիտակ գույնջերմային ինֆրակարմիրում կարող է շատ սև լինել: Մի առարկա, որը հստակ սպիտակ է, բայց ջերմորեն սև է, այնքան չի տաքանում, որքան տեսանելի և ջերմային սև առարկան:

Քնապարկի նախագծման հիմքում ընկած գիտությունը միևնույն ժամանակ պարզ է և, սակայն, շատ բարդ: Տարիների ընթացքում քնապարկերի դիզայնը փոխվել և զարգացել է՝ ներառելով վերջին տեխնոլոգիական առաջընթացները և օգտագործել ամենավերջին նորարարական գործվածքներն ու մատչելի նյութերը: Քնապարկերի տեխնոլոգիայի վերջին ձեռքբերումները ներառում են անջրանցիկ մեկուսացում, գերթեթև նյութեր և շնչող գոլորշիների խոչընդոտներ: Որքան էլ բարդ տեխնոլոգիան կարող է դառնալ, քնապարկի ձևավորման նպատակը շատ պարզ է:

Քնապարկի դիզայնը հանգում է մեկ վերջնական նպատակի՝ մեռած օդը թակարդել մարմնի շուրջը, որպեսզի այն չտաքանա և չնվազեցնի մարմնի ջերմությունը: Քնապարկերի ձևավորման մեջ ազդող երկու հիմնական գործոն նվազեցնում է ջերմության փոխանցումը՝ միաժամանակ ստեղծելով ջերմամեկուսացում: Մնացած ամեն ինչ պարզապես մարքեթինգ է: