熱伝導率が最も高い物体はどれですか? VI. 宿題。 Ⅲ． 新しい教材の学習

伝導による熱エネルギーの伝達を示す図。 熱は興味深いエネルギーの形です。 それは私たちを生かし、快適にし、食事の準備を助けるだけでなく、その特性を理解することが科学研究の多くの分野の鍵となります。 たとえば、熱がどのように伝達されるか、さまざまな材料が熱エネルギーを交換できる範囲を知ることで、暖房器具の構築から船を宇宙に送り出すための季節変化の理解に至るまで、あらゆることが可能になります。

熱は伝導、対流、放射の 3 つの方法でのみ伝達されます。 これらのうち、伝導はおそらく最も一般的であり、自然界で定期的に発生します。 簡単に言えば、物理的な接触による感染です。 これは、窓ガラスを手で押さえたとき、水の入った鍋を活性要素の上に置いたとき、鉄を火の上に置いたときに起こります。

この移動は、ある体から別の体へ、分子レベルで発生します。 熱エネルギー表面に吸収され、表面分子の動きが速くなります。 その過程で、それらは隣接するものと衝突し、エネルギーを伝達します。このプロセスは、熱が加えられる限り続きます。

IV. タスクの例について得た知識を定着させる

熱伝導のプロセスは、関与するものの断面、経路長、およびこれらの材料の特性という 4 つの主な要因によって決まります。 温度勾配は 物理量、特定の場所の温度がどの方向にどのような速度で変化するかを説明します。 寒さは熱エネルギーの欠如にほかならないため、温度は常に最も熱い源から最も冷たい源へと流れます。 この物体間の移動は、温度差が減少し、熱平衡として知られる状態が発生するまで続きます。

断面と経路の長さも重要な要素です。 転写に関連する材料のサイズが大きくなるほど、それを加熱するためにより多くの熱が必要になります。 さらに、外気にさらされる表面積が大きいほど、その可能性が高くなります。 したがって、より短い断面積を持つオブジェクトは、 最良の治療法損失の最小化。

熱伝導は、ここでは長方形の棒で表されている任意の材料を通じて発生します。 転写が起こる速度は、部分的には材料の厚さに依存します。 最後に、もちろん重要なことですが、 物理的特性材料。 基本的に、伝導熱に関しては、すべての物質が同じように作られるわけではありません。 金属や石は熱を素早く伝えることができるため、良好な伝導体であると考えられていますが、木、紙、空気、布などの材料は熱伝導率が低いです。

これらの導電特性は、銀を基準にして測定される「係数」に基づいて評価されます。 この点で、銀の係数は 100 ですが、他の素材のランクは低くなります。 これらには、銅、鉄、水、木材が含まれます。 スペクトルの反対側には理想的な真空があり、熱を伝導できないため、ゼロと評価されます。

熱を伝えにくい物質を絶縁体といいます。 空気は、0.006 の導電率を持ち、密閉された空間に閉じ込めることができるため、優れた絶縁体です。 そのため、人工断熱材では暖房費を削減するために使用される二重窓のような空気室が使用されます。 基本的に、それらは熱損失に対する緩衝材として機能します。

羽毛、毛皮、天然繊維はすべて天然断熱材の例です。 これらは鳥、哺乳類、人間を暖かく保つ素材です。 たとえば、ラッコは非常に冷たい海水に住んでおり、その豪華で厚い毛皮が体を暖かく保ちます。 アシカ、クジラ、ペンギンなどの他の海洋哺乳類は、皮膚からの熱損失を防ぐために、非常に伝導性の悪い脂肪の厚い層に依存しています。

同じ論理が家、建物、さらには宇宙船の断熱にも当てはまります。 このような場合、壁の間に閉じ込められたエアポケット、グラスファイバー、または高密度フォームのいずれかの方法が使用されます。 この宇宙船は特別なケースであり、フォーム、強化カーボン複合材、シリカタイルの形の断熱材が使用されています。 これらはすべて熱伝導率が低いため、宇宙空間での熱損失を防ぎ、降水による極端な温度が飛行甲板に侵入するのを防ぎます。

金属棒を炎で加熱することで証明される伝導。 熱の伝導を支配する法則は、電気伝導を支配するオームの法則と非常に似ています。 この場合、良導体とは、電流をそれほど問題なく流すことができる材料のことです。 対照的に、電気絶縁体は、内部電荷が自由に流れない材料であるため、電場にさらされたときに電流を流すことが非常に困難です。

ほとんどの場合、熱伝導率が低い材料は電気伝導率も低くなります。 たとえば、銅は熱と電気の両方を伝導しやすいため、電子機器の製造で銅線が広く使用されています。 金や銀はさらに優れており、価格が問題にならない場合、これらの材料は電気回路の構築にも使用されます。

そして、誰かが電荷を「接地」しようとすると、物理的な接続を介して地球に電荷を送り、そこで電荷が失われます。 これは、露出した金属が誤って接触した人が電気突然変異を受けないようにするための要素である電気回路では一般的です。

靴底のゴムなどの絶縁材料は、敏感な材料を扱ったり、帯電した電源から人々を保護するために着用されます。 ガラス、ポリマー、磁器などの他の材料は、回路に電力を流し続けるために送電線や高電圧送電器で一般的に使用されます。

つまり、伝導は熱の伝達または電荷の伝達に帰着します。 これらはどちらも、物質がエネルギーを伝達する能力の結果として起こります。 黒い物体は熱を誘発しません。 黒い物体は可視範囲の入射放射線を吸収します。 同様に、白い物体は熱を反射しません。 入ってくる可視放射線を拡散反射します。

しかし、これらは色です。 黒と白のどちらが「色」であるかは、色が何を意味するかによって大きく異なります。 この質問では、赤や青のような色ではなく、黒と白をグレーの色合いとして見る方が適切です。 この物理学は何ですか? 答えは、放射率、吸収率、反射率、透過率の概念にあります。 放射率は物体が放射する能力です 熱放射理想的な黒体について。

• 吸収率は、物体によって吸収される入射放射線の割合です。
• 反射率は、物体によって反射される入射放射線の割合です。
• 透過率は、物体を通過する入射放射線の割合です。

II. レッスンのテーマと目的を報告する

これらは 1 に加算されます。不透明なオブジェクトへの入射光は、オブジェクトの吸収率と反射率によって決まる比率で吸収または反射されます。 黒い物体が白い物体よりも熱くなる理由の一部は、反射率と吸収率によって説明されます。 完全に黒い物体は入ってくる可視放射線をすべて吸収しますが、完全に白い物体は入ってくる可視放射線をすべて反射します。 完全に黒または完全に白い物体などというものは存在しないため、すべての物体は入ってくる可視放射線をある程度吸収します。

ただし、黒い物体はかなり吸収します 大量白よりも可視放射線。 裏側コイン - 放射率。 最終的に物体は熱平衡に達し、入射放射線から吸収されるエネルギーは出射放射線として放出されるエネルギーと等しくなります。

I. 組織化の瞬間

他の 2 つの要素は、形状と入力エネルギーです。 キルヒホッフの放射の法則によれば、どの周波数でも放射率と吸収率は等しくなります。 理想的な灰色のボディでは、周波数と温度に関係なく、吸光度と放射率の両方が一定です。 同じ形状を持ち、同じ入射放射線を受けるすべての完全な灰色の物体は、最終的には同じ平衡温度に達します。

したがって、黒い物体が白い物体よりも熱くなる理由を説明するには、別の何かが必要です。 答えは、実際の物体の吸光度と放射率は周波数と温度に依存するということです。 理想的な灰色の物体は存在しません。 必要に応じて、それらは接近するのに適しています。 「黒」と「白」は可視範囲での反射率を指します。 オブジェクト 白色熱赤外線では非常に黒くなることがあります。 明らかに白くても熱的に黒い物体は、目に見えて熱的に黒い物体ほど加熱しません。

寝袋の設計の背後にある科学は単純であると同時に非常に複雑です。 長年にわたり、スリーピングバッグのデザインは変化し、最新の革新的な技術を取り入れ、利用可能な最新の革新的な生地や素材を使用するように進化してきました。 寝袋技術の最近の進歩には、防水ダウン断熱材、超軽量素材、通気性のある防湿材などがあります。 テクノロジーは複雑になる一方で、寝袋の設計目標は非常にシンプルです。

寝袋のデザインは、究極の目的を 1 つに要約します。それは、体の周囲に死んだ空気を閉じ込めて、体温が上昇しないようにし、体温を下げることです。 スリーピングバッグの設計には、断熱性を確保しながら熱伝達を軽減する 2 つの主要な要素が関与しています。 それ以外は単なるマーケティングです。