열전도율이 가장 높은 물체는? VI. 숙제. III. 새로운 자료 배우기
이전 단락에서 금속 바늘을 유리로 낮출 때 뜨거운 물곧 말의 끝도 뜨거워졌다. 결과적으로 내부 에너지는 모든 종류의 에너지와 마찬가지로 한 몸에서 다른 몸으로 옮길 수 있습니다. 내부 에너지는 신체의 한 부분에서 다른 부분으로 전달될 수도 있습니다. 예를 들어 못의 한 쪽 끝을 불꽃으로 가열하면 손에 있는 다른 쪽 끝이 점차 가열되어 손을 태울 것입니다.
전도를 통한 열에너지 전달을 보여주는 다이어그램. 열은 흥미로운 형태의 에너지입니다. 그것은 우리를 살아 있게 하고 편안하게 하며 음식을 준비하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 그 특성을 이해하는 것이 많은 과학 연구 분야의 핵심입니다. 예를 들어, 열이 전달되는 방식과 다양한 재료가 열 에너지를 교환할 수 있는 정도를 아는 것은 건물 히터에서 우주선을 우주로 보내기 위한 계절적 변화 이해에 이르기까지 모든 것을 추진합니다.
열은 전도, 대류 및 복사의 세 가지 방식으로만 전달될 수 있습니다. 이들 중 전도는 아마도 가장 일반적이며 자연에서 규칙적으로 발생합니다. 한마디로 신체접촉을 통한 전파다. 이것은 유리창을 손으로 눌렀을 때, 활성 요소 위에 물이 담긴 냄비를 놓을 때, 그리고 불 위에 철을 놓을 때 발생합니다.
신체의 한 부분에서 다른 부분으로 또는 한 신체에서 다른 신체로 직접 접촉할 때 내부 에너지가 전달되는 현상을 열전도라고 합니다.
고체, 액체 및 기체에 대한 일련의 실험을 통해 이 현상을 연구해 보겠습니다.
나무 막대기의 끝을 불 속에 넣자. 점화될 것이다. 바깥쪽에 있는 막대기의 다른 쪽 끝이 차가워집니다. 그래서 나무는 열전도율 불량.
이 이동은 분자 수준에서 발생합니다. 열에너지표면에 흡수되어 표면 분자가 더 빠르게 움직입니다. 그 과정에서 이웃들과 충돌해 에너지를 전달하는데 열이 가해지는 한 계속된다.
IV. 작업의 예에 대한 습득한 지식의 통합
열전도 과정은 관련된 4가지 주요 요소, 즉 관련된 요소의 단면, 경로 길이 및 이러한 재료의 특성에 따라 달라집니다. 온도 구배는 물리량, 특정 장소에서 온도가 어떤 방향으로 그리고 어느 정도 변화하는지 설명합니다. 추위는 열 에너지가 없다는 사실 때문에 온도는 항상 가장 뜨거운 곳에서 가장 차가운 곳으로 흐릅니다. 물체 사이의 이러한 이동은 온도차가 줄어들고 열평형 상태가 발생할 때까지 계속됩니다.
우리는 얇은 유리 막대의 끝을 영혼 램프의 불꽃으로 가져옵니다. 잠시 후, 그것은 뜨거워지고 다른 쪽 끝은 차갑게 유지됩니다. 따라서 유리는 열전도율 불량.
금속 막대의 끝을 화염으로 가열하면 곧 막대 전체가 매우 뜨거워집니다. 우리는 더 이상 그것을 우리 손에 쥐고 있을 수 없습니다.
중요한 요소는 단면과 경로 길이입니다. 전사와 관련된 재료의 크기가 클수록 이를 가열하는 데 더 많은 열이 필요합니다. 또한, 야외에 노출된 표면적이 클수록 그럴 가능성이 더 높습니다. 따라서 더 작은 단면을 가진 더 짧은 물체는 최고의 치료법손실 최소화.
열 전도는 직사각형 막대로 표시된 모든 재료를 통해 발생합니다. 전사가 발생하는 속도는 부분적으로 재료의 두께에 따라 다릅니다. 마지막으로 가장 중요한 것은, 물리적 특성재료. 기본적으로 전도성 열과 관련하여 모든 물질이 동일하게 생성되는 것은 아닙니다. 금속과 돌은 열을 빠르게 전달할 수 있기 때문에 좋은 전도체로 간주되지만 나무, 종이, 공기 및 천과 같은 재료는 열전도율이 낮습니다.
이것은 금속이 열을 잘 전도한다는 것을 의미합니다. 즉, 뛰어난 열전도율. 은과 구리는 열전도율이 가장 높습니다.
다음 실험에서 고체의 한 부분에서 다른 부분으로의 열 전달을 고려하십시오.
우리는 두꺼운 것의 한쪽 끝을 고정합니다. 구리 와이어삼각대에. 와이어에 왁스로 카네이션 몇 개를 붙입니다. 와이어의 자유 끝이 알코올 램프의 불꽃으로 가열되면 왁스가 녹습니다. 카네이션은 점차 떨어지기 시작할 것입니다(그림 5). 먼저 화염에 더 가까운 것들은 사라지고 나머지는 차례로 모두 사라집니다.
이러한 전도성 특성은 은에 대해 측정되는 "인자"를 기반으로 평가됩니다. 이와 관련하여 은은 100의 계수를 갖는 반면 다른 재료는 순위가 낮습니다. 여기에는 구리, 철, 물 및 나무가 포함됩니다. 스펙트럼의 반대쪽 끝에는 열을 전도할 수 없으므로 0으로 평가되는 이상적인 진공이 있습니다.
열전도율이 낮은 물질을 절연체라고 합니다. 전도성 계수가 0.006인 공기는 밀폐된 공간에 포함될 수 있기 때문에 탁월한 단열재입니다. 이것이 인공 단열재가 난방비를 줄이는 데 사용되는 이중창과 같은 공기 구획을 사용하는 이유입니다. 기본적으로 열 손실에 대한 완충 역할을 합니다.
쌀. 5. 고체의 한 부분에서 다른 부분으로의 열 전달
전선을 따라 에너지가 어떻게 전달되는지 알아 봅시다. 금속 입자의 진동 운동 속도는 화염에 더 가까운 와이어 부분에서 증가합니다. 입자들은 끊임없이 상호작용을 하기 때문에 이웃 입자들의 이동 속도가 빨라진다. 다음 와이어 조각의 온도가 상승하기 시작하는 식입니다.
깃털, 모피 및 천연 섬유는 모두 천연 절연체의 예입니다. 이들은 새, 포유류 및 인간을 따뜻하게 유지하는 재료입니다. 예를 들어, 해달은 종종 매우 차가워지는 바다에 살고, 호화롭게 두꺼운 털은 그들을 따뜻하게 해줍니다. 바다사자, 고래, 펭귄과 같은 다른 해양 포유류는 피부를 통한 열 손실을 방지하기 위해 매우 열악한 전도체인 두꺼운 지방층에 의존합니다.
단열 주택, 건물, 우주선에도 동일한 논리가 적용됩니다. 이러한 경우 방법에는 벽 사이에 갇힌 공기 주머니, 유리 섬유 또는 고밀도 폼이 포함됩니다. 우주선은 특수한 케이스로 폼, 강화 탄소 합성물 및 실리카 타일 형태의 단열재를 사용합니다. 이들은 모두 열전도율이 낮기 때문에 공간의 열 손실을 방지할 뿐만 아니라 강수로 인한 극한의 온도가 비행 갑판으로 유입되는 것을 방지합니다.
열전도 중에는 신체의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 물질이 이동하지 않는다는 것을 기억해야 합니다.
이제 액체의 열전도율을 고려하십시오. 시험관에 물을 넣고 윗부분을 가열하기 시작합니다. 표면의 물은 곧 끓고 시험관 바닥의 물은 이 시간 동안 가열될 뿐입니다(그림 6). 이것은 액체가 수은과 용탕을 제외하고 열전도율이 낮다는 것을 의미합니다.
화염으로 금속 막대를 가열하여 입증된 전도. 열 전도를 지배하는 법칙은 전기 전도를 지배하는 옴의 법칙과 매우 유사합니다. 이 경우 좋은 도체는 전류가 큰 문제 없이 흐를 수 있는 재료입니다. 이에 반해 전기 절연체는 내부 전하가 자유롭게 흐르지 않는 물질로 전기장을 받으면 전류가 잘 흐르기 어려운 물질이다.
대부분의 경우 열전도율이 낮은 재료는 전기전도율이 낮습니다. 예를 들어, 구리는 열과 전기의 좋은 전도체이므로 구리 와이어가 전자 제품 제조에 널리 사용됩니다. 금과 은이 훨씬 더 좋으며 가격이 문제가 되지 않는 경우 이러한 재료는 전기 회로 구성에도 사용됩니다.
쌀. 6. 액체의 열전도율
이것은 액체에서 분자가 액체보다 서로 더 멀리 떨어져 있기 때문입니다. 고체오.
우리는 가스의 열전도율을 조사합니다. 우리는 건조한 시험관을 손가락에 놓고 바닥이 위로 향하게 하여 알코올 램프의 불꽃으로 가열합니다(그림 7). 손가락이 오랫동안 따뜻하지 않습니다.
그리고 누군가가 전하를 "접지"하려고 할 때 전하가 손실되는 지구와의 물리적 연결을 통해 전하를 보냅니다. 이것은 노출된 금속이 실수로 접촉하는 사람들이 전기 돌연변이를 겪지 않도록 하는 요소인 전기 회로에서 일반적입니다.
신발 밑창의 고무와 같은 절연 재료는 민감한 재료에 대한 작업이나 충전된 전원 공급 장치로부터 사람들을 보호하기 위해 착용됩니다. 유리, 폴리머 또는 도자기와 같은 다른 것들은 일반적으로 전력선 및 고전압 전력 송신기에 사용되어 회로를 통해 전력이 계속 흐르도록 합니다.
쌀. 7. 가스 열전도율
이것은 기체 분자 사이의 거리가 액체와 고체의 거리보다 훨씬 더 멀기 때문입니다. 따라서 가스의 열전도율은 훨씬 낮습니다.
그래서, 열전도율 다양한 물질다른.
그림 8에 표시된 경험은 서로 다른 금속의 열전도율이 동일하지 않음을 보여줍니다.
간단히 말해서 전도는 열의 전달 또는 전하의 전달로 귀결됩니다. 이 두 가지는 물질이 물질을 통해 에너지를 전달할 수 있는 능력의 결과로 발생합니다. 검은색 물체는 열을 유도하지 않습니다. 검은 물체는 가시 범위에서 들어오는 방사선을 흡수합니다. 마찬가지로 흰색 물체는 열을 반사하지 않습니다. 그들은 들어오는 가시 광선을 확산 반사합니다.
그러나 이것은 색상입니다. 검정 또는 흰색이 "색상"인지 여부는 색상이 의미하는 바에 따라 크게 달라집니다. 이 질문의 경우 빨강 및 파랑과 같은 색상보다는 흑백을 회색 음영으로 보는 것이 좋습니다. 이 물리학은 무엇입니까? 답은 방사율, 흡수율, 반사율 및 투과율의 개념에 있습니다. 방사율은 물체가 방출하는 능력입니다. 열복사이상적인 흑체에 대해
- 흡수율은 물체가 흡수하는 들어오는 방사선의 비율입니다.
- 반사율은 물체에 의해 반사되는 들어오는 방사선의 비율입니다.
- 투과율은 물체를 통과하는 들어오는 방사선의 비율입니다.
쌀. 8. 다른 금속의 열전도율
양모, 머리카락, 새 깃털, 종이, 코르크 등은 열전도율이 낮습니다. 다공체. 이것은 이러한 물질의 섬유 사이에 공기가 포함되어 있기 때문입니다. 진공(공기가 없는 공간)은 열전도율이 가장 낮습니다. 이것은 열전도율이 분자 또는 다른 입자의 상호 작용 중에 발생하는 신체의 한 부분에서 다른 부분으로의 에너지 전달이라는 사실에 의해 설명됩니다. 입자가 없는 공간에서는 열전도가 일어나지 않습니다.
Ⅱ. 수업의 주제와 목표 보고하기
그들은 1에 추가됩니다. 불투명한 물체에 들어오는 빛은 물체의 흡수율과 반사율에 의해 결정된 비율로 흡수되거나 반사됩니다. 반사율과 흡수율은 검은색 물체가 흰색 물체보다 뜨거워지는 이유 중 일부를 설명합니다. 완전히 검은색 물체는 들어오는 모든 가시광선을 흡수하고 완벽하게 흰색인 물체는 들어오는 모든 가시광선을 반사합니다. 완전히 검은색이나 완전히 흰색인 물체는 없기 때문에 모든 물체는 들어오는 가시광선을 어느 정도 흡수합니다.
냉각 또는 가열로부터 신체를 보호해야 하는 경우 열전도율이 낮은 물질이 사용됩니다. 따라서 냄비, 팬의 경우 손잡이가 플라스틱으로 만들어집니다. 집은 열전도율이 낮은 통나무나 벽돌로 지어져 건물을 냉각으로부터 보호합니다.
질문
- 금속 와이어를 통해 에너지가 어떻게 전달됩니까?
- 구리의 열전도율이 강철의 열전도율보다 크다는 것을 보여주는 경험(그림 8 참조)을 설명하십시오.
- 열전도율이 가장 높고 가장 낮은 물질은 무엇입니까? 그들은 어디에 사용됩니까?
- 동물과 새의 몸에 있는 모피, 솜털, 깃털, 그리고 인간의 옷이 추위로부터 보호하는 이유는 무엇입니까?
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뜨거운 물 한 컵을 가지고 금속과 나무 숟가락을 동시에 물에 담그십시오. 어떤 숟가락이 더 빨리 가열됩니까? 물과 숟가락 사이의 열 교환은 무엇입니까? 물과 숟가락의 내부 에너지는 어떻게 변합니까?
그러나 검은 물체는 많은 양흰색보다 가시 광선. 후면동전 - 방사율. 결국 물체는 들어오는 복사에서 흡수된 에너지가 나가는 복사로 방출되는 에너지와 동일한 열 평형에 도달합니다.
I. 조직적 순간
다른 두 가지 요소는 기하학과 입력 에너지입니다. Kirchhoff의 복사 법칙에 따라 주어진 주파수에서 방사율과 흡수율은 동일합니다. 이상적인 회색체의 경우 주파수와 온도에 관계없이 흡광도와 방사율이 모두 일정합니다. 동일한 기하학을 갖고 동일한 입사 복사를 받는 모든 완전한 회색 물체는 결국 동일한 평형 온도에 도달합니다.
자연의 열 전달은 열전도, 대류 및 복사(복사 흡수 및 방출)의 도움으로 수행됩니다.
열전도 메커니즘은 실제로 이전 단락에서 설명했습니다. 다른 예를 들어보겠습니다. 금속 막대의 끝이 가열되면 분자가 더 빨리 움직이기 시작합니다. 즉, 이 끝의 내부 에너지가 증가합니다. 분자는 막대의 다른 쪽 끝, 막대 내부에서 더 천천히 움직이기 때문에 원자와 전자의 무질서한 움직임의 도움으로 내부 에너지가 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽 끝으로 전달됩니다.물질의 분자와 다른 입자의 무질서한 움직임으로 인해 물질의 한 부분에서 다른 부분으로 내부 에너지가 전달되는 것을 열전도율이라고 합니다.
따라서 검은 물체가 흰색 물체보다 더 뜨거워지는 이유를 설명하려면 다른 것이 필요합니다. 정답은 흡광도와 방사율이 실제 물체의 주파수와 온도에 의존한다는 것입니다. 이상적인 회색 몸은 존재하지 않습니다. 필요한 경우 접근하기에 적합합니다. "검정" 및 "백색"은 가시 범위의 반사율을 나타냅니다. 객체 흰색열적외선에서 매우 검게 보일 수 있습니다. 분명히 흰색이지만 열적으로 검은색인 물체는 가시적으로 열적으로 검게 될 물체만큼 많이 가열되지 않습니다.
의 사이에 다양한 종류금속은 열전도율이 가장 좋습니다. 이것은 그들이 자유 전자를 포함하고 있기 때문입니다. 우리는 또한 고체 상태의 물질의 열전도율이 액체 상태보다 크고 액체 상태가 기체 상태보다 크다는 점에 주목합니다.
대류의 본질을 고려하십시오. 물의 열전도율이 좋지 않음을 나타내기 위해 일반적으로 물이 담긴 용기를 위에서 가열합니다. 동시에 물은 위에서 끓을 수 있지만 바닥은 차갑게 유지됩니다. 그러나 용기가 아래에서 가열되면 물은 볼륨 전체에 고르게 가열됩니다. 이것은 물이 가열되면 팽창하고 밀도가 감소한다는 사실에 의해 설명됩니다. 가열된 물이 바닥에 있으면 중력의 작용에 따라 위쪽의 밀도가 높은 물 층이 내려와 따뜻한 물을 위로 밀어 올립니다. 이 물 혼합은 모든 물이 끓을 때까지 계속됩니다.불균일하게 가열된 액체 또는 기체 층이 중력의 작용하에 혼합될 때 발생하는 열 전달을 대류라고 합니다. 무중력 상태의 우주선에는 대류가 없음을 쉽게 알 수 있습니다.(냉장고의 냉동고는 왜 아래쪽이 아닌 위쪽이 보강되었는지 생각해 보세요.)
침낭 디자인의 과학은 단순하면서도 매우 복잡합니다. 수년에 걸쳐 침낭의 디자인은 최신 기술 혁신을 통합하고 사용 가능한 최신 혁신적인 직물 및 재료를 사용하도록 변경 및 진화했습니다. 침낭 기술의 최근 발전에는 방수 다운 단열재, 초경량 소재 및 통기성 수증기 장벽이 포함됩니다. 기술이 복잡해질수록 침낭 디자인의 목표는 매우 간단합니다.
침낭의 디자인은 궁극적인 목표로 귀결됩니다. 죽은 공기를 몸 주위에 가두어 몸이 뜨거워지지 않도록 하고 몸의 열을 줄이는 것입니다. 침낭 디자인에서 작용하는 두 가지 주요 요소는 단열을 생성하면서 열 전달을 감소시킵니다. 다른 모든 것은 마케팅일 뿐입니다.
대류는 중력의 작용과 관련이 있기 때문에 열 전달로 간주될 수 없는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 대류시에는 외부에서 공급되는 열에 의해서만 액체나 기체의 내부에너지 증가가 일어나고 중력의 영향은 액체나 기체의 균일한 가열을 가속시키는 정도에만 감소하게 된다. 대류 중 중력의 작용은 액체나 기체의 내부 에너지에 추가적인 기여를 하지 않습니다. 따라서 대류를 열 전달이라고 합니다.
태양과 지구 사이의 열 교환은 전자기 복사를 통해 수행됩니다. 전자기 방사선전하의 이동에 의해 생성되며 온도가 증가함에 따라 급격히 증가합니다. 온도에 의해서만 결정되는 신체의 복사를 열 복사라고합니다.
방사선 과정은 신체의 내부 에너지로 인해 발생합니다. . 방사선이 다른 신체에 흡수되면 흡수된 방사선의 에너지로 인해 신체의 내부 에너지가 증가합니다.따라서 복사를 통해 에너지는 더 가열된 물체에서 덜 가열된 물체로 전달됩니다.이러한 유형의 열 전달은 물체 사이에 물질이 없는 경우에도 발생합니다.