Pengaturan
Apa konduktivitas termal benda berpori dan mengapa

Apa konduktivitas termal benda berpori dan mengapa

Perpindahan panas di alam dilakukan dengan bantuan konduksi panas, konveksi dan radiasi (penyerapan dan emisi radiasi).

Mekanisme konduksi panas sebenarnya telah dijelaskan pada paragraf sebelumnya. Mari kita ambil contoh lain. Ketika ujung batang logam dipanaskan, molekulnya mulai bergerak lebih cepat, yaitu, energi internal ujung ini meningkat. Karena molekul bergerak lebih lambat di ujung batang yang lain, di dalam batang, dengan bantuan gerakan atom dan elektron yang kacau, energi internal ditransfer dari ujung panas ke ujung dingin. Perpindahan energi internal dari satu bagian zat ke bagian lain, karena pergerakan molekul dan partikel zat lain yang kacau, disebut konduktivitas termal.

Di antara berbagai macam logam memiliki konduktivitas termal terbaik. Ini karena fakta bahwa mereka mengandung elektron bebas. Kami juga mencatat bahwa konduktivitas termal suatu zat dalam keadaan padat lebih besar daripada dalam keadaan cair, dan dalam keadaan cair lebih besar daripada dalam keadaan gas.

Pertimbangkan esensi konveksi. Untuk menunjukkan konduktivitas termal air yang buruk, biasanya bejana berisi air dipanaskan dari atas. Pada saat yang sama, air dapat mendidih di bagian atas, tetapi tetap dingin di bagian bawah. Namun, jika bejana dipanaskan dari bawah, maka air dipanaskan secara merata di seluruh volume. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa air memuai ketika dipanaskan dan densitasnya berkurang. Jika air yang dipanaskan berada di bagian bawah, maka lapisan atas air yang lebih padat turun di bawah aksi gravitasi dan memindahkan air hangat ke atas. Pencampuran air ini akan terus berlanjut sampai semua air mendidih. Perpindahan panas yang terjadi ketika lapisan cairan atau gas yang dipanaskan secara tidak merata dicampur di bawah aksi gravitasi disebut konveksi. Sangat mudah untuk melihat bahwa konveksi tidak ada dalam pesawat ruang angkasa dalam keadaan tanpa bobot.(Pertimbangkan mengapa freezer di lemari es diperkuat di bagian atas, bukan di bagian bawah.)

Tampaknya konveksi tidak dapat dianggap sebagai perpindahan panas, karena dikaitkan dengan kerja gravitasi. Namun, selama konveksi, peningkatan energi internal cairan atau gas hanya terjadi karena panas yang disuplai dari luar, dan efek gravitasi berkurang hanya untuk mempercepat pemanasan seragam cairan atau gas. Aksi gravitasi selama konveksi tidak memberikan kontribusi tambahan pada energi internal cairan atau gas. Oleh karena itu, konveksi disebut sebagai perpindahan panas.

Pertukaran panas antara Matahari dan Bumi dilakukan melalui radiasi elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik diciptakan oleh pergerakan muatan listrik dan meningkat tajam dengan meningkatnya suhu. Radiasi suatu benda, yang hanya ditentukan oleh suhunya, disebut radiasi termal.

Proses radiasi terjadi karena energi internal tubuh . Ketika radiasi diserap oleh beberapa tubuh lain, energi internal tubuh meningkat karena energi radiasi yang diserap.Jadi, melalui radiasi, energi ditransfer dari benda yang lebih panas ke benda yang kurang panas. Jenis perpindahan panas ini terjadi bahkan tanpa adanya materi di antara benda-benda tersebut.

Pada paragraf sebelumnya, kami menemukan bahwa ketika jarum logam diturunkan ke dalam segelas air panas, segera ujung jari-jari juga menjadi panas. Akibatnya, energi internal, seperti jenis energi apa pun, dapat ditransfer dari satu tubuh ke tubuh lain. Energi internal juga dapat ditransfer dari satu bagian tubuh ke bagian lain. Jadi, misalnya, jika salah satu ujung paku dipanaskan dalam nyala api, maka ujung lainnya, yang ada di tangan, secara bertahap akan memanas dan membakar tangan.

Fenomena perpindahan energi internal dari satu bagian tubuh ke bagian lain atau dari satu tubuh ke tubuh lain ketika mereka bersentuhan langsung disebut konduksi panas.

Mari kita pelajari fenomena ini dengan melakukan serangkaian percobaan dengan benda padat, cair, dan gas.

Mari kita masukkan ujung tongkat kayu ke dalam api. Ini akan menyala. Ujung tongkat yang lain, yang berada di luar, akan menjadi dingin. Jadi pohon itu memiliki konduktivitas termal yang buruk .

Kami membawa ujung batang kaca tipis ke nyala lampu roh. Setelah beberapa saat, itu akan memanas, sementara ujung lainnya akan tetap dingin. Akibatnya, kaca juga memiliki konduktivitas termal yang buruk.

Jika kita memanaskan ujung batang logam dalam nyala api, maka segera seluruh batang akan menjadi sangat panas. Kita tidak bisa lagi memegangnya di tangan kita.

Ini berarti bahwa logam menghantarkan panas dengan baik, yaitu, mereka memiliki konduktivitas termal yang besar. Konduktivitas termal tertinggi memiliki perak dan tembaga.

Pertimbangkan perpindahan panas dari satu bagian benda padat ke bagian lain dalam percobaan berikut.

Kami memperbaiki salah satu ujung yang tebal kawat tembaga dalam sebuah tripod. Tempelkan beberapa anyelir ke kawat dengan lilin. Ketika ujung bebas kawat dipanaskan dalam nyala lampu alkohol, lilin akan meleleh. Anyelir akan mulai rontok secara bertahap (Gbr. 5). Pertama, mereka yang lebih dekat dengan nyala api akan menghilang, lalu semua sisanya pada gilirannya.

Beras. 5. Perpindahan panas dari satu bagian benda padat ke bagian lain

Mari kita cari tahu bagaimana energi ditransfer di sepanjang kawat. Kecepatan gerakan osilasi partikel logam meningkat di bagian kawat yang lebih dekat ke nyala api. Karena partikel terus berinteraksi satu sama lain, kecepatan pergerakan partikel tetangga meningkat. Suhu potongan kawat berikutnya mulai naik, dan seterusnya.

Harus diingat bahwa selama konduksi panas tidak ada perpindahan materi dari satu ujung tubuh ke ujung lainnya.

Pertimbangkan sekarang konduktivitas termal cairan. Ambil tabung reaksi dengan air dan mulailah memanaskan bagian atasnya. Air di permukaan akan segera mendidih, dan di bagian bawah tabung reaksi, selama ini hanya akan memanas (Gbr. 6). Ini berarti bahwa cairan memiliki konduktivitas termal yang rendah, kecuali merkuri dan logam cair.

Beras. 6. Konduktivitas termal cairan

Ini disebabkan oleh fakta bahwa dalam cairan, molekul-molekul terletak pada jarak yang lebih jauh satu sama lain daripada pada padatan.

Kami menyelidiki konduktivitas termal gas. Kami meletakkan tabung reaksi kering di jari dan memanaskannya dalam nyala lampu alkohol dengan bagian bawah ke atas (Gbr. 7). Jari tidak akan terasa hangat untuk waktu yang lama.

Beras. 7. Konduktivitas termal gas

Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa jarak antara molekul gas bahkan lebih besar dari pada cairan dan padatan. Oleh karena itu, konduktivitas termal gas bahkan lebih kecil.

Jadi, konduktivitas termal di berbagai zat berbeda.

Pengalaman yang ditunjukkan pada Gambar 8 menunjukkan bahwa konduktivitas termal logam yang berbeda tidak sama.

Beras. 8. Konduktivitas termal dari logam yang berbeda

Wol, rambut, bulu burung, kertas, gabus, dan benda berpori lainnya memiliki konduktivitas termal yang buruk. Ini disebabkan oleh fakta bahwa udara terkandung di antara serat-serat zat ini. Vakum (ruang bebas dari udara) memiliki konduktivitas termal terendah. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa konduktivitas termal adalah transfer energi dari satu bagian tubuh ke bagian lain, yang terjadi selama interaksi molekul atau partikel lain. Dalam ruang di mana tidak ada partikel, konduksi panas tidak dapat terjadi.

Jika ada kebutuhan untuk melindungi tubuh dari pendinginan atau pemanasan, maka zat dengan konduktivitas termal rendah digunakan. Jadi, untuk panci, wajan, gagang terbuat dari plastik. Rumah dibangun dari kayu gelondongan atau batu bata, yang memiliki konduktivitas termal yang buruk, yang berarti melindungi bangunan dari pendinginan.

Pertanyaan

Bagaimana energi ditransfer melalui kawat logam?
Jelaskan pengalaman (lihat Gambar 8) yang menunjukkan bahwa konduktivitas termal tembaga lebih besar daripada konduktivitas termal baja.
Zat apa yang memiliki konduktivitas termal tertinggi dan terendah? Di mana mereka digunakan?
Mengapa bulu, bulu bawah, bulu pada tubuh hewan dan burung, serta pakaian manusia melindungi dari hawa dingin?

Latihan 3

Mengapa salju yang sangat lepas melindungi tanaman musim dingin dari pembekuan?
Diperkirakan bahwa konduktivitas termal papan pinus adalah 3,7 kali lebih besar dari serbuk gergaji pinus. Bagaimana menjelaskan perbedaan seperti itu?
Mengapa air tidak membeku di bawah lapisan es yang tebal?
Mengapa ungkapan "mantel bulu hangat" salah?

Latihan

Ambil secangkir air panas dan celupkan sendok logam dan kayu ke dalam air secara bersamaan. Sendok mana yang lebih cepat panas? Bagaimana pertukaran panas antara air dan sendok? Bagaimana energi internal air dan sendok berubah?

Sinopsis pelajaran fisika di kelas 8: "Jenis perpindahan panas".

Tujuan Pelajaran:

Untuk mengenalkan siswa pada jenis-jenis perpindahan panas.

Untuk membentuk kemampuan menjelaskan konduktivitas termal benda dalam hal struktur materi; dapat menganalisis informasi video; menjelaskan fenomena yang diamati.

Jenis pelajaran: pelajaran gabungan.

Demo:

1. Perpindahan panas sepanjang batang logam.
2. Video demonstrasi percobaan membandingkan konduktivitas termal perak, tembaga dan besi.
3. Rotasi kincir kertas di atas lampu atau ubin yang dinyalakan.
4. Video demonstrasi terjadinya arus konveksi saat air dipanaskan dengan kalium permanganat.
5. Demonstrasi video tentang radiasi benda dengan permukaan gelap dan terang.

SELAMA KELAS

SAYA. Mengatur waktu

II. Melaporkan topik dan tujuan pelajaran

Pada pelajaran sebelumnya, Anda telah mempelajari bahwa energi dalam dapat diubah dengan melakukan usaha atau dengan memindahkan panas. Hari ini dalam pelajaran kita akan melihat bagaimana perubahan energi internal terjadi melalui perpindahan panas.
Coba jelaskan arti kata "perpindahan panas" (kata "perpindahan panas" menyiratkan perpindahan energi panas). Ada tiga cara untuk mentransfer panas, tetapi saya tidak akan menyebutkannya, Anda sendiri yang akan menamainya ketika Anda memecahkan teka-teki.

Jawaban: konduksi, konveksi, radiasi.
Mari kita berkenalan dengan masing-masing jenis perpindahan panas secara terpisah, dan biarkan kata-kata M. Faraday menjadi moto pelajaran kita: "Amati, pelajari, kerjakan."

AKU AKU AKU. Mempelajari materi baru

1. Konduktivitas termal

Jawablah pertanyaan:

1. Apa yang terjadi jika kita memasukkan sendok dingin ke dalam teh panas? (Ini akan menjadi hangat setelah beberapa saat).
2. Mengapa sendok yang dingin menjadi panas? (Teh menyerahkan sebagian panasnya ke sendok dan sebagian ke udara sekitarnya).
Kesimpulan: Jelas dari contoh bahwa panas dapat dipindahkan dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih sedikit dipanaskan (dari air panas ke sendok dingin). Tetapi energi juga ditransfer di sepanjang sendok itu sendiri - dari ujungnya yang panas ke ujung yang dingin.
3. Sebagai akibat dari apa perpindahan panas dari ujung sendok yang dipanaskan ke bagian yang dingin? (Sebagai hasil dari pergerakan dan interaksi partikel)

Pemanasan sendok dalam teh panas adalah contoh konduksi panas.

Konduktivitas termal- transfer energi dari bagian tubuh yang lebih panas ke bagian tubuh yang kurang panas, sebagai akibat dari gerakan termal dan interaksi partikel.

Mari bereksperimen:

Pasang ujung kabel tembaga di kaki tripod. Anyelir melekat pada kawat dengan lilin. Kami akan memanaskan ujung bebas kabel lilin atau di atas nyala lampu alkohol.

Pertanyaan:

1. Apa yang kita amati? (Anyel mulai berjatuhan secara bertahap satu per satu, pertama yang lebih dekat ke nyala api).
2. Bagaimana perpindahan panas terjadi? (Dari ujung kawat yang panas ke ujung yang dingin).
3. Berapa lama perpindahan panas melalui kawat? (Sampai seluruh kawat dipanaskan, yaitu sampai suhu di seluruh kawat disamakan)
4. Apa yang dapat dikatakan tentang kecepatan gerak molekul di daerah yang terletak lebih dekat dengan nyala api? (Molekul bergerak lebih cepat)
5. Mengapa potongan kawat berikutnya memanas? (Akibat interaksi molekul, kecepatan pergerakan molekul di bagian berikutnya juga meningkat dan suhu bagian ini meningkat)
6. Apakah jarak antar molekul mempengaruhi laju perpindahan panas? (Semakin kecil jarak antar molekul, semakin cepat perpindahan panas terjadi)
7. Ingat susunan molekul dalam padatan Ah, cairan dan gas. Pada tubuh manakah proses perpindahan energi akan terjadi lebih cepat? (Lebih cepat dalam logam, kemudian dalam cairan dan gas).

Saksikan demonstrasi percobaan dan bersiaplah untuk menjawab pertanyaan saya.

Pertanyaan:

1. Di piring mana panas menyebar lebih cepat, dan di piring mana lebih lambat?
2. Buatlah kesimpulan tentang konduktivitas termal dari logam-logam tersebut. (Konduktivitas termal yang lebih baik untuk perak dan tembaga, agak lebih buruk untuk besi)

Perhatikan bahwa tidak ada perpindahan tubuh selama perpindahan panas dalam kasus ini.

Ayo tulis yang utama fitur konduktivitas termal:

dalam padatan, cairan dan gas;

zat itu sendiri tidak ditoleransi;

mengarah pada pemerataan suhu tubuh;

benda yang berbeda - konduktivitas termal yang berbeda

Contoh konduksi panas:

1. Salju adalah zat berpori, longgar, mengandung udara. Oleh karena itu, salju memiliki konduktivitas termal yang buruk dan melindungi bumi, tanaman musim dingin, pohon buah-buahan dari pembekuan dengan baik.
2. Potholder dapur terbuat dari bahan yang memiliki konduktivitas termal yang buruk. Pegangan teko, wajan terbuat dari bahan dengan konduktivitas termal yang buruk. Semua ini melindungi tangan dari luka bakar saat menyentuh benda panas.
3. Zat dengan konduktivitas termal yang baik (logam) digunakan untuk memanaskan benda atau bagian dengan cepat.

2. Konveksi

Tebak teka-teki:

1) Lihat di bawah jendela -
Ada akordeon terbentang
Tapi harmonika tidak dimainkan -
Itu menghangatkan apartemen kami ... (baterai)

2) Fedora gemuk kami
makan segera.
Tapi saat kamu kenyang
Dari Fedora - kehangatan ... (oven)

Baterai, kompor, radiator pemanas digunakan oleh seseorang untuk memanaskan tempat tinggal, atau lebih tepatnya, untuk memanaskan udara di dalamnya. Ini terjadi karena konveksi - jenis perpindahan panas berikutnya.

Konveksi adalah transfer energi oleh pancaran cairan atau gas.
Mari kita coba jelaskan bagaimana konveksi terjadi di tempat tinggal.
Udara, yang bersentuhan dengan baterai, memanas darinya, saat mengembang, kerapatannya menjadi kurang dari kerapatan udara dingin. Udara hangat, menjadi lebih ringan, naik di bawah aksi gaya Archimedes, dan udara dingin yang berat tenggelam.
Kemudian lagi: udara yang lebih dingin mencapai baterai, memanas, mengembang, menjadi lebih ringan dan naik di bawah aksi gaya Archimedean, dll.
Karena gerakan ini, udara di dalam ruangan menjadi hangat.

Sebuah kincir kertas yang ditempatkan di atas lampu yang dinyalakan mulai berputar.
Coba jelaskan bagaimana itu terjadi? (Udara dingin saat dipanaskan di lampu menjadi hangat dan naik, sementara pemintal berputar).

Cairan dipanaskan dengan cara yang sama. Perhatikan percobaan mengamati arus konveksi saat air dipanaskan (menggunakan kalium permanganat).

Perhatikan bahwa, tidak seperti konduksi termal, konveksi melibatkan transfer materi, dan konveksi tidak terjadi pada padatan.

Ada dua jenis konveksi: alami dan dipaksa.
Memanaskan cairan dalam panci atau udara di dalam ruangan adalah contohnya konveksi alami. Untuk terjadinya, zat harus dipanaskan dari bawah atau didinginkan dari atas. Mengapa tepatnya? Jika kita memanaskan dari atas, lalu ke mana lapisan air yang dipanaskan akan bergerak, dan ke mana lapisan air yang dingin? (Jawab: tidak ada tempat, karena lapisan yang dipanaskan sudah berada di atas, dan lapisan yang dingin akan tetap berada di bawah)
Konveksi paksa diamati jika cairan diaduk dengan sendok, pompa atau kipas.

Fitur konveksi:

terjadi dalam cairan dan gas, tidak mungkin dalam padatan dan vakum;

zat itu sendiri ditransfer;

zat harus dipanaskan dari bawah.

Contoh konveksi:

1) arus laut dan samudra yang dingin dan hangat,
2) di atmosfer, pergerakan udara vertikal mengarah pada pembentukan awan;
3) pendinginan atau pemanasan cairan dan gas di berbagai perangkat teknis, misalnya, di lemari es, dll., Pendingin air mesin disediakan
pembakaran internal.

3. Radiasi

Semua orang tahu itu Matahari merupakan sumber panas utama di bumi. Bumi terletak pada jarak 150 juta km darinya. Bagaimana perpindahan panas dari Matahari ke Bumi?
Antara Bumi dan Matahari, di luar atmosfer kita, semua ruang hampa. Dan kita tahu bahwa konduksi dan konveksi panas tidak dapat terjadi dalam ruang hampa.
Bagaimana perpindahan panas? Di sini jenis perpindahan panas lain dilakukan - radiasi.

Radiasi adalah perpindahan panas di mana energi ditransfer oleh sinar elektromagnetik.

Ini berbeda dari konduksi dan konveksi panas dalam panas dalam hal ini dapat ditransfer melalui ruang hampa.

Tonton video tentang radiasi.

Semua tubuh memancarkan energi: tubuh manusia, kompor, lampu listrik.
Semakin tinggi suhu tubuh, semakin banyak radiasi termal.

Tubuh tidak hanya memancarkan energi, tetapi juga menyerapnya.
Selain itu, permukaan gelap menyerap dan memancarkan energi lebih baik daripada benda dengan permukaan terang.

Fitur radiasi:

terjadi pada zat apa pun;

semakin tinggi suhu tubuh, semakin kuat radiasinya;

berlangsung dalam ruang hampa;

benda gelap menyerap radiasi lebih baik daripada benda terang dan memancarkan lebih baik.

Contoh penggunaan radiasi tubuh:

permukaan roket, kapal udara, balon, satelit, pesawat terbang, dicat dengan cat perak agar tidak memanas oleh matahari. Jika, sebaliknya, perlu menggunakan energi matahari, maka bagian-bagian perangkat dicat dengan warna gelap.
Orang memakai pakaian gelap di musim dingin (hitam, biru, kayu manis), mereka lebih hangat, dan ringan di musim panas (krem, warna putih). Salju kotor mencair lebih cepat dalam cuaca cerah daripada salju bersih, karena benda dengan permukaan gelap menyerap radiasi matahari lebih baik dan lebih cepat panas.

IV. Konsolidasi pengetahuan yang diperoleh tentang contoh tugas

Permainan "Coba, jelaskan".

Sebelum Anda adalah lapangan bermain dengan enam tugas, Anda dapat memilih salah satu. Setelah menyelesaikan semua tugas, Anda akan membuka kata bijak dan orang yang sangat sering mengucapkannya dari layar TV.

1. Rumah mana yang lebih hangat di musim dingin jika ketebalan dindingnya sama? lebih hangat di rumah kayu, karena kayu mengandung 70% udara, dan bata 20%. Udara merupakan penghantar panas yang buruk. Baru-baru ini, batu bata "berpori" telah digunakan dalam konstruksi untuk mengurangi konduktivitas termal.

2. Bagaimana energi ditransfer dari sumber panas ke anak itu? Untuk anak laki-laki yang duduk di dekat kompor, energi terutama ditransfer oleh konduksi panas.

3. Bagaimana energi ditransfer dari sumber panas ke anak itu?
Untuk anak laki-laki berbaring di pasir, energi dari matahari ditransfer oleh radiasi, dan dari pasir oleh konduksi panas.

4. Di gerbong mana produk yang mudah rusak diangkut? Mengapa? Produk yang mudah rusak diangkut dengan gerobak yang dicat warna putih, karena mobil seperti itu dipanaskan pada tingkat yang lebih rendah oleh sinar matahari.

5. Mengapa unggas air dan hewan lain tidak membeku di musim dingin?
Bulu, wol, bulu memiliki konduktivitas termal yang buruk (adanya udara di antara serat), yang memungkinkan tubuh hewan untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh tubuh dan melindungi dirinya dari pendinginan.

6. Mengapa bingkai jendela dibuat rangkap?
Di antara bingkai berisi udara, yang memiliki konduktivitas termal yang buruk dan melindungi dari kehilangan panas.

“Dunia lebih menarik daripada yang kita pikirkan”, Alexander Pushnoy, program Galileo.

V. Ringkasan pelajaran

Jenis perpindahan panas apa yang kita kenal?
– Tentukan jenis perpindahan panas yang memainkan peran utama dalam situasi berikut:

a) memanaskan air dalam ketel (konveksi);
b) seseorang menghangatkan dirinya dengan api (radiasi);
c) pemanasan permukaan meja dari lampu meja yang disertakan (radiasi);
d) memanaskan silinder logam yang direndam dalam air mendidih (konduksi termal).

VI. Pekerjaan rumah

4, 5, 6, Mis. 1 (3), Kel. 2(1), Kel. 3(1) - secara tertulis.

VII. Cerminan

Di akhir pelajaran, kami mengundang siswa untuk mendiskusikan pelajaran: apa yang mereka sukai, apa yang ingin mereka ubah, evaluasi partisipasi mereka dalam pelajaran.

Orang juga memiliki konduktivitas termal yang berbeda, beberapa hangat seperti bulu, sementara yang lain mengambil panas seperti besi.

Yuri Serezhkin

Kata "juga" dalam pernyataan di atas menunjukkan bahwa konsep "konduktivitas termal" hanya diterapkan pada orang secara kondisional. Meskipun…

Tahukah Anda: mantel bulu tidak panas, hanya menahan panas yang dihasilkan tubuh manusia.

Ini berarti bahwa tubuh manusia memiliki kemampuan untuk menghantarkan panas secara harfiah, dan bukan hanya arti kiasan. Ini semua puisi, pada kenyataannya, kami akan membandingkan pemanas dalam hal konduktivitas termal.

Anda tahu lebih baik, karena Anda sendiri mengetik di mesin pencari "konduktivitas termal pemanas." Apa sebenarnya yang ingin Anda ketahui? Dan jika tanpa lelucon, maka penting untuk mengetahui konsep ini, karena bahan yang berbeda berperilaku sangat berbeda saat digunakan. Poin penting, meskipun bukan kunci dalam pemilihan, adalah kemampuan bahan untuk menghantarkan energi termal. Jika Anda memilih bahan isolasi panas yang salah, itu tidak akan menjalankan fungsinya, yaitu menahan panas di dalam ruangan.

Langkah 2: Konsep teori

Dari kursus sekolah Fisikawan kemungkinan besar akan mengingat bahwa ada tiga jenis perpindahan panas:

Konveksi;
Radiasi;
Konduktivitas termal.

Jadi konduktivitas termal adalah jenis perpindahan panas atau pergerakan energi panas. Ini ada hubungannya dengan struktur internal tubuh. Satu molekul mentransfer energi ke yang lain. Sekarang apakah Anda ingin tes kecil?

Jenis zat apa yang mentransmisikan (memindahkan) energi paling banyak?

Tubuh padat?
Cairan?
Gas?

Itu benar, kisi kristal padatan paling banyak mentransfer energi. Molekul mereka lebih dekat satu sama lain dan karena itu dapat berinteraksi lebih efektif. Gas memiliki konduktivitas termal terendah. Molekul mereka berada pada jarak terbesar satu sama lain.

Langkah 3: Apa yang bisa menjadi pemanas

Kami melanjutkan percakapan kami tentang konduktivitas termal pemanas. Semua benda yang berada di dekatnya cenderung menyamakan suhu di antara mereka sendiri. Rumah atau apartemen, sebagai objek, berusaha menyamakan suhu dengan jalan. Apakah semua bahan bangunan mampu menjadi isolator? Tidak. Misalnya, beton memungkinkan aliran panas dari rumah Anda ke jalan terlalu cepat, sehingga peralatan pemanas tidak akan punya waktu untuk mempertahankan suhu yang diinginkan di dalam ruangan. Koefisien konduktivitas termal untuk insulasi dihitung dengan rumus:

Di mana W adalah fluks panas kita, dan m2 adalah luas isolasi dengan perbedaan suhu satu Kelvin (sama dengan satu derajat Celcius). Untuk beton kami, koefisien ini adalah 1,5. Artinya secara kondisional, satu meter persegi beton dengan perbedaan suhu satu derajat Celcius mampu melewatkan energi panas 1,5 watt per detik. Tapi, ada bahan dengan koefisien 0,023. Jelas bahwa bahan seperti itu jauh lebih cocok untuk peran pemanas. Apakah ketebalan itu penting, Anda bertanya? Drama. Tapi, di sini Anda tetap tidak bisa melupakan koefisien perpindahan panas. Untuk mencapai hasil yang sama, Anda memerlukan dinding beton setebal 3,2 m atau lembaran plastik busa setebal 0,1 m. Jelas bahwa meskipun beton secara teknis dapat menjadi pemanas, itu tidak layak secara ekonomi. Itu sebabnya:

Isolasi dapat disebut bahan yang menghantarkan energi panas paling sedikit melalui dirinya sendiri, mencegahnya meninggalkan ruangan dan pada saat yang sama mengeluarkan biaya sesedikit mungkin.

Insulator panas terbaik adalah udara. Oleh karena itu, tugas isolasi apa pun adalah menciptakan celah udara tetap tanpa konveksi (pergerakan) udara di dalamnya. Itu sebabnya, misalnya, plastik busa adalah 98% udara. Bahan isolasi yang paling umum adalah:

sterofoam;
busa polistiren yang diekstrusi;
wol mineral;
penofol;
penoizol;
kaca busa;
Busa poliuretan (PPU);
Ecowool (selulosa);

Sifat isolasi termal dari semua bahan yang tercantum di atas terletak dekat dengan batas ini. Ini juga patut dipertimbangkan: semakin tinggi kepadatan material, semakin banyak energi yang mengalir melalui dirinya sendiri. Ingat dari teori? Semakin dekat molekul, semakin efisien panas dilakukan.

Langkah 4: Bandingkan. Tabel konduktivitas termal pemanas

Tabel menunjukkan perbandingan pemanas dalam hal konduktivitas termal yang dinyatakan oleh produsen dan sesuai dengan GOST:

Tabel perbandingan konduktivitas termal bahan bangunan, yang tidak dianggap sebagai pemanas:

Laju perpindahan panas hanya menunjukkan laju perpindahan panas dari satu molekul ke molekul lain. Untuk kehidupan nyata, indikator ini tidak begitu penting. Tetapi Anda tidak dapat melakukannya tanpa perhitungan termal dinding. Resistensi perpindahan panas adalah kebalikan dari konduktivitas termal. Kita berbicara tentang kemampuan bahan (isolasi) untuk menahan aliran panas. Untuk menghitung ketahanan terhadap perpindahan panas, Anda perlu membagi ketebalan dengan koefisien konduktivitas termal. Contoh di bawah ini menunjukkan perhitungan hambatan termal dinding yang terbuat dari balok setebal 180 mm.

Seperti yang Anda lihat, hambatan termal dari dinding seperti itu adalah 1,5. Cukup? Itu tergantung pada wilayah. Contoh menunjukkan perhitungan untuk Krasnoyarsk. Untuk wilayah ini, koefisien resistensi yang diperlukan dari struktur penutup ditetapkan pada 3,62. Jawabannya jelas. Bahkan untuk Kyiv, yang lebih jauh ke selatan, angka ini adalah 2,04.

Resistansi termal adalah kebalikan dari konduktivitas termal.

Ini berarti bahwa kemampuan rumah kayu menahan kehilangan panas tidak cukup. Pemanasan diperlukan, dan sudah, dengan bahan apa - hitung sesuai rumus.

Langkah 5: Aturan Pemasangan

Perlu dikatakan bahwa semua indikator di atas diberikan untuk bahan KERING. Jika bahan menjadi basah, ia akan kehilangan sifat-sifatnya setidaknya setengah, atau bahkan berubah menjadi "kain". Oleh karena itu, perlu untuk melindungi isolasi termal. Styrofoam paling sering diisolasi di bawah fasad basah, di mana insulasi dilindungi oleh lapisan plester. Selaput kedap air diterapkan pada wol mineral untuk mencegah masuknya uap air.

Hal lain yang perlu diperhatikan adalah perlindungan angin. Pemanas memiliki porositas yang berbeda. Misalnya, mari kita bandingkan papan polistiren yang diperluas dan wol mineral. Jika yang pertama terlihat padat, yang kedua jelas menunjukkan pori-pori atau serat. Oleh karena itu, jika Anda memasang insulasi termal berserat, seperti wol mineral atau ecowool, pada pagar yang tertiup angin, pastikan untuk menjaga pelindung angin. Jika tidak, kinerja termal insulasi yang baik tidak akan berguna.

kesimpulan

Jadi, kami membahas bahwa konduktivitas termal pemanas adalah kemampuannya untuk mentransfer energi panas. Isolator panas tidak boleh melepaskan panas yang dihasilkan oleh sistem pemanas rumah. Tugas utama bahan apa pun adalah menjaga udara tetap di dalam. Ini adalah gas yang memiliki konduktivitas termal terendah. Penting juga untuk menghitung resistansi termal dinding untuk mengetahui koefisien isolasi termal bangunan yang benar. Jika Anda memiliki pertanyaan tentang topik ini, silakan tinggalkan di komentar.

Tiga fakta menarik tentang isolasi termal

Salju berfungsi sebagai isolator panas untuk beruang di sarang.
Pakaian juga merupakan isolator panas. Kami sangat tidak nyaman ketika tubuh kami mencoba untuk menyamakan suhu dengan suhu. lingkungan, yang bisa menjadi -30 derajat, bukan 36,6 yang biasa.
Selimut adalah isolator termal. Itu tidak memungkinkan panas tubuh manusia untuk melarikan diri.

Bonus

Sebagai bonus bagi yang penasaran yang telah membaca sampai akhir eksperimen menarik dengan konduktivitas termal: