Kuram ķermenim ir visaugstākā siltumvadītspēja? VI. Mājasdarbs. III. Jauna materiāla apgūšana

Diagramma, kas parāda siltumenerģijas pārnesi caur vadīšanu. Siltums ir interesants enerģijas veids. Tas ne tikai uztur mūs dzīvus, padara mūs ērti un palīdz mums pagatavot ēdienu, bet arī izpratne par tā īpašībām ir daudzu zinātnisko pētījumu jomu atslēga. Piemēram, zinot, kā tiek pārnests siltums un cik lielā mērā dažādi materiāli var apmainīties ar siltumenerģiju, ir nepieciešams viss, sākot no ēku sildītājiem un beidzot ar izpratni par sezonālajām izmaiņām, lai nosūtītu kuģus kosmosā.

Siltumu var pārnest tikai trīs veidos: vadīšana, konvekcija un starojums. No tiem vadīšana, iespējams, ir visizplatītākā un dabā notiek regulāri. Īsāk sakot, tā ir pārraide caur fizisku kontaktu. Tas notiek, piespiežot roku uz loga rūts, uzliekot ūdens podu uz aktīva elementa un uzliekot dzelzi uz uguns.

Šī pārnešana notiek molekulārā līmenī – no viena ķermeņa uz otru – kad siltumenerģija tiek absorbēta virsmā un izraisa virsmas molekulu ātrāku kustību. Šajā procesā viņi saduras ar saviem kaimiņiem un nodod viņiem enerģiju, process, kas turpinās tik ilgi, kamēr tiek pievienots siltums.

IV. Iegūto zināšanu nostiprināšana uz uzdevumu piemēriem

Siltumvadīšanas process ir atkarīgs no četriem galvenajiem faktoriem: iesaistīto personu šķērsgriezuma, to ceļa garuma un šo materiālu īpašībām. Temperatūras gradients ir fiziskais daudzums, kas apraksta, kādā virzienā un ar kādu ātrumu mainās temperatūra konkrētajā vietā. Temperatūra vienmēr plūst no karstākā uz aukstāko avotu, jo aukstums ir nekas cits kā siltumenerģijas trūkums. Šī pārnešana starp ķermeņiem turpinās, līdz temperatūras starpība samazinās un iestājas stāvoklis, kas pazīstams kā termiskais līdzsvars.

Svarīgs faktors ir arī šķērsgriezums un ceļa garums. Jo lielāks ir materiāla izmērs, kas saistīts ar pārnesi, jo vairāk siltuma ir nepieciešams, lai to uzsildītu. Turklāt, jo lielāka ir brīvā gaisa iedarbībai pakļautā virsmas laukums, jo lielāka iespējamība. Tātad ir īsāki objekti ar mazāku šķērsgriezumu labākais līdzeklis zaudējumu minimizēšana.

Siltumvadītspēja notiek caur jebkuru materiālu, kas šeit attēlots ar taisnstūra stieni. Pārneses ātrums daļēji ir atkarīgs no materiāla biezuma. Pēdējais, bet noteikti ne mazāk svarīgais fizikālās īpašības materiāliem. Būtībā, kad runa ir par vadošu siltumu, ne visas vielas tiek radītas vienādas. Metāli un akmens tiek uzskatīti par labiem vadītājiem, jo ​​tie var ātri nodot siltumu, savukārt tādi materiāli kā koks, papīrs, gaiss un audums ir slikti siltumvadītāji.

Šīs vadītspējas īpašības tiek novērtētas, pamatojoties uz "koeficientu", ko mēra attiecībā pret sudrabu. Šajā ziņā sudraba koeficients ir 100, savukārt citi materiāli ir ierindoti zemāk. Tajos ietilpst varš, dzelzs, ūdens un koks. Spektra pretējā galā ir ideāls vakuums, kas nespēj vadīt siltumu un tāpēc tiek novērtēts līdz nullei.

Materiālus, kas slikti vada siltumu, sauc par izolatoriem. Gaiss, kura vadītspējas koeficients ir 0,006, ir izcils izolators, jo to var saturēt slēgtā telpā. Tāpēc mākslīgie izolatori izmanto gaisa nodalījumus, piemēram, stikla pakešu logus, ko izmanto, lai samazinātu apkures rēķinus. Būtībā tie darbojas kā buferi pret siltuma zudumiem.

Spalvas, kažokādas un dabiskās šķiedras ir dabisko izolatoru piemēri. Tie ir materiāli, kas uztur siltumu putniem, zīdītājiem un cilvēkiem. Piemēram, jūras ūdri dzīvo okeāna ūdeņos, kas bieži ir ļoti auksti, un to grezni biezā kažokāda uztur siltumu. Citi jūras zīdītāji, piemēram, jūras lauvas, vaļi un pingvīni, paļaujas uz bieziem sārņu slāņiem, kas ir ļoti vājš vadītājs, lai novērstu siltuma zudumus caur ādu.

Tāda pati loģika attiecas uz māju, ēku un pat kosmosa kuģu izolāciju. Šajos gadījumos metodes ietver vai nu iesprostotas gaisa kabatas starp sienām, stiklšķiedru vai augsta blīvuma putas. Kosmosa kuģis ir īpašs korpuss, un tajā tiek izmantota izolācija putu, pastiprināta oglekļa kompozītmateriālu un silīcija flīžu veidā. Tie visi ir slikti siltumvadītāji un tādējādi novērš siltuma zudumus telpā, kā arī neļauj pilotu kabīnē iekļūt ekstremālām temperatūrām, ko izraisa nokrišņi.

Vadītspēja, par ko liecina metāla stieņa sildīšana ar liesmu. Siltuma vadītspēju regulējošie likumi ir ļoti līdzīgi Ohma likumam, kas regulē elektrisko vadītspēju. Šajā gadījumā labs vadītājs ir materiāls, kas ļauj elektriskajai strāvai plūst caur to bez pārāk lielām problēmām. Turpretim elektriskais izolators ir jebkurš materiāls, kura iekšējie elektriskie lādiņi neplūst brīvi, un tāpēc ir ļoti grūti vadīt elektrisko strāvu, ja tas ir pakļauts elektriskā lauka iedarbībai.

Vairumā gadījumu materiāli, kas slikti vada siltumu, ir arī slikti elektrības vadītāji. Piemēram, varš ir labs gan siltuma, gan elektrības vadītājs, tāpēc vara vadus plaši izmanto elektronikas ražošanā. Zelts un sudrabs ir vēl labāki, un tur, kur cena nav problēma, šie materiāli tiek izmantoti arī elektrisko ķēžu izveidē.

Un, kad kāds vēlas "iezemēt" lādiņu, viņš to nosūta caur fizisko savienojumu uz Zemi, kur lādiņš tiek zaudēts. Tas ir izplatīts elektriskās ķēdēs, kurās atklāts metāls ir faktors, kas nodrošina, ka cilvēki, kas nejauši nonāk saskarē, netiek pakļauti elektromutācijai.

Izolācijas materiāli, piemēram, gumija uz apavu zolēm, tiek nēsāti, lai pasargātu cilvēkus no darba ar jutīgiem materiāliem vai no elektriski uzlādētiem barošanas avotiem. Citi, piemēram, stikls, polimēri vai porcelāns, parasti tiek izmantoti elektropārvades līnijās un augstsprieguma jaudas raidītājos, lai nodrošinātu strāvas plūsmu caur ķēdēm.

Īsāk sakot, vadītspēja ir saistīta ar siltuma vai elektriskā lādiņa pārnesi. Abas no tām rodas matērijas spējas dēļ caur tiem pārnest enerģiju. Melni priekšmeti neizraisa siltumu. Melni objekti absorbē ienākošo starojumu redzamajā diapazonā. Tāpat balti priekšmeti neatspoguļo siltumu. Tie difūzi atspoguļo ienākošo redzamo starojumu.

Bet tās ir krāsas. Tas, vai melnie vai baltie ir "krāsas", lielā mērā ir atkarīgs no tā, ko jūs domājat ar krāsu. Šajā jautājumā labāk ir aplūkot melno un balto kā pelēkos toņus, nevis tādas krāsas kā sarkanā un zilā krāsa. Kas šī ir par fiziku? Atbilde slēpjas emisijas, absorbcijas, atstarošanas un caurlaidības jēdzienos. Emissivitāte ir objekta spēja izstarot termiskais starojums par ideālu melnu ķermeni.

• Absorbējamība ir objekta absorbētā ienākošā starojuma proporcija.
• Atstarošanās spēja ir objekta atstarotā ienākošā starojuma proporcija.
• Transmisija ir ienākošā starojuma proporcija, kas iet caur objektu.

II. Ziņojums par nodarbības tēmu un mērķiem

Tie tiek pievienoti 1. Ienākošā gaisma necaurspīdīgiem objektiem tiek absorbēta vai atspoguļota proporcijā, ko nosaka objekta absorbcijas spēja un atstarošana. Atstarošanās un absorbcijas spēja daļēji izskaidro to, kāpēc melnie objekti kļūst karstāki nekā baltie. Pilnīgi melns objekts absorbē visu ienākošo redzamo starojumu, savukārt perfekti balts objekts atspoguļo visu ienākošo redzamo starojumu. Tā kā nav tādas lietas kā pilnīgi melns vai pilnīgi balts objekts, visi objekti zināmā mērā absorbē ienākošo redzamo starojumu.

Tomēr melni priekšmeti ievērojami absorbē liels daudzums redzams starojums nekā balts. aizmugurējā puse monētas - emisijas spēja. Galu galā objekts sasniegs termisko līdzsvaru, un ienākošā starojuma absorbētā enerģija ir vienāda ar enerģiju, kas izstaro kā izejošo starojumu.

I. Organizatoriskais moments

Pārējie divi faktori ir ģeometrija un ieejas enerģija. Saskaņā ar Kirhhofa radiācijas likumu, izstarošanās un absorbcijas spēja jebkurā noteiktā frekvencē ir vienāda. Ideālam pelēkam korpusam gan absorbcija, gan emisijas koeficients ir nemainīgas neatkarīgi no frekvences un temperatūras. Visi perfektie pelēkie ķermeņi ar vienādu ģeometriju un pakļauti vienādam ienākošajam starojumam galu galā sasniegs to pašu līdzsvara temperatūru.

Tāpēc mums ir nepieciešams kaut kas cits, lai izskaidrotu, kāpēc melnie objekti kļūst karstāki nekā baltie. Atbilde ir tāda, ka reālu objektu absorbcija un emisijas spēja ir atkarīga no frekvences un temperatūras. Ideāli pelēki ķermeņi neeksistē. Tie, ja nepieciešams, ir piemēroti tuvināšanai. "Melns" un "balts" attiecas uz atstarošanos redzamajā diapazonā. Objekts balta krāsa termiskajā infrasarkanajā starā var būt ļoti melns. Objekts, kas ir izteikti balts, bet termiski melns, nesakarst tik daudz kā objekts, kas būtu redzami un termiski melns.

Guļammaisa dizaina zinātne ir vienlaikus vienkārša un tomēr ļoti sarežģīta. Gadu gaitā guļammaisa dizains ir mainījies un attīstījies, iekļaujot jaunākos tehnoloģiskos sasniegumus un izmantojot jaunākos pieejamos novatoriskos audumus un materiālus. Jaunākie sasniegumi guļammaisu tehnoloģijā ietver ūdensizturīgu dūnu izolāciju, īpaši vieglus materiālus un elpojošas tvaika barjeras. Lai cik sarežģīta var kļūt tehnoloģija, guļammaisa dizaina mērķis ir ļoti vienkāršs.

Guļammaisa dizains ir balstīts uz vienu galveno mērķi: notvert mirušo gaisu ap ķermeni, lai tas nesakarstu un samazinātu ķermeņa ķermeņa siltumu. Divi galvenie guļammaisa dizaina faktori samazina siltuma pārnesi, vienlaikus radot siltumizolāciju. Viss pārējais ir tikai mārketings.