Qaysi jism eng yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega? VI. Uy vazifasi. III. Yangi materialni o'rganish

Oldingi xatboshida biz metall ignani stakanga tushirganda bilib oldik issiq suv tez orada gapning oxiri ham qizib ketdi. Binobarin, ichki energiya, har qanday energiya kabi, bir jismdan ikkinchisiga o'tishi mumkin. Ichki energiya ham tananing bir qismidan boshqasiga o'tkazilishi mumkin. Shunday qilib, masalan, tirnoqning bir uchi olovda qizdirilsa, qo'lda bo'lgan ikkinchi uchi asta-sekin qizib ketadi va qo'lni kuydiradi.

Issiqlik energiyasining o'tkazuvchanlik orqali uzatilishini ko'rsatadigan diagramma. Issiqlik energiyaning qiziqarli shaklidir. U nafaqat bizni tirik qoldiradi, bizni qulay qiladi va ovqatimizni tayyorlashga yordam beradi, balki uning xususiyatlarini tushunish ko'plab ilmiy tadqiqotlarning kalitidir. Misol uchun, issiqlik qanday uzatilishini va turli materiallarning issiqlik energiyasini almashish darajasini bilish, qurilish isitgichlaridan tortib, kemalarni kosmosga jo'natish uchun mavsumiy o'zgarishlarni tushunishgacha hamma narsani boshqaradi.

Issiqlik faqat uchta usulda o'tkazilishi mumkin: o'tkazuvchanlik, konveksiya va radiatsiya. Ulardan o'tkazuvchanlik, ehtimol, eng keng tarqalgani va tabiatda muntazam ravishda sodir bo'ladi. Muxtasar qilib aytganda, bu jismoniy aloqa orqali uzatiladi. Bu qo'lingizni deraza oynasiga bosganingizda, faol elementga suv idishini qo'yganingizda va temirni olovga qo'yganingizda sodir bo'ladi.

    Ichki energiyaning tananing bir qismidan ikkinchisiga yoki bir jismdan ikkinchisiga to'g'ridan-to'g'ri aloqada bo'lganda o'tish hodisasi issiqlik o'tkazuvchanligi deyiladi.

Keling, qattiq, suyuqlik va gazlar bilan bir qator tajribalar o'tkazish orqali ushbu hodisani o'rganamiz.

Keling, yog'och tayoqning uchini olovga solamiz. U yonadi. Tayoqning tashqarida joylashgan boshqa uchi sovuq bo'ladi. Shunday qilib, daraxt bor yomon issiqlik o'tkazuvchanligi.

Bu uzatish molekulyar darajada - bir tanadan ikkinchisiga - qachon sodir bo'ladi issiqlik energiyasi sirt tomonidan so'riladi va sirt molekulalarining tezroq harakatlanishiga olib keladi. Bu jarayonda ular qo'shnilari bilan to'qnashadi va energiyani ularga o'tkazadilar, bu jarayon issiqlik qo'shilsa, davom etadi.

IV. Olingan bilimlarni topshiriqlar misollarida mustahkamlash

Issiqlik o'tkazuvchanligi jarayoni to'rtta asosiy omilga bog'liq: ishtirokchilarning kesimi, ularning yo'l uzunligi va ushbu materiallarning xususiyatlari. Harorat gradienti jismoniy miqdor, bu ma'lum bir joyda haroratning qaysi yo'nalishda va qanday tezlikda o'zgarishini tavsiflaydi. Harorat har doim eng issiq manbadan eng sovuq manbaga o'tadi, chunki sovuq issiqlik energiyasining yo'qligidan boshqa narsa emas. Jismlar orasidagi bu uzatish harorat farqi pasayguncha va termal muvozanat deb nomlanuvchi holat paydo bo'lguncha davom etadi.

Biz nozik shisha tayoqning uchini ruh chiroqining alangasiga keltiramiz. Biroz vaqt o'tgach, u qiziydi, ikkinchisi esa sovuq bo'lib qoladi. Shuning uchun, shisha bor yomon issiqlik o'tkazuvchanligi.

Agar biz metall tayoqning uchini olovda qizdirsak, tez orada butun novda juda qizib ketadi. Biz endi uni qo'limizda ushlab turolmaymiz.

Muhim omil, shuningdek, kesma va yo'l uzunligi. O'tkazish bilan bog'liq bo'lgan materialning kattaligi qanchalik katta bo'lsa, uni isitish uchun ko'proq issiqlik kerak bo'ladi. Bundan tashqari, ochiq havoga ta'sir qiladigan sirt maydoni qanchalik katta bo'lsa, shunchalik ko'p bo'ladi. Shunday qilib, kichikroq kesmalarga ega bo'lgan qisqaroq narsalar eng yaxshi davo yo'qotishlarni minimallashtirish.

Issiqlik o'tkazuvchanligi bu erda to'rtburchaklar novda bilan ifodalangan har qanday material orqali sodir bo'ladi. O'tkazish tezligi qisman materialning qalinligiga bog'liq. Oxirgi, lekin, albatta, eng muhimi, jismoniy xususiyatlar materiallar. Asosan, issiqlik o'tkazuvchanligi haqida gap ketganda, barcha moddalar teng yaratilmaydi. Metall va tosh yaxshi o'tkazgich hisoblanadi, chunki ular issiqlikni tez o'tkazishi mumkin, yog'och, qog'oz, havo va mato kabi materiallar esa yomon issiqlik o'tkazuvchanligidir.

Bu metallar issiqlikni yaxshi o'tkazishini anglatadi, ya'ni ular bor katta issiqlik o'tkazuvchanligi. Kumush va mis eng yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega.

Quyidagi tajribada qattiq jismning bir qismidan ikkinchi qismiga issiqlik o‘tkazilishini ko‘rib chiqing.

Biz qalinning bir uchini o'rnatamiz mis sim tripodda. Mum bilan simga bir nechta chinnigullar qo'shing. Simning bo'sh uchi spirtli chiroq alangasida qizdirilsa, mum eriydi. Chinnigullar asta-sekin tusha boshlaydi (5-rasm). Birinchidan, olovga yaqinroq bo'lganlar yo'qoladi, keyin qolganlari o'z navbatida.

Ushbu o'tkazuvchanlik xususiyatlari kumushga nisbatan o'lchanadigan "omil" asosida baholanadi. Shu munosabat bilan kumush 100 omilga ega, boshqa materiallar esa pastroq. Bularga mis, temir, suv va yog'och kiradi. Spektrning qarama-qarshi tomonida ideal vakuum mavjud bo'lib, u issiqlikni o'tkaza olmaydi va shuning uchun nolga baholanadi.

Issiqlikni yomon o'tkazuvchi materiallarga izolyatorlar deyiladi. O'tkazuvchanlik koeffitsienti 0,006 bo'lgan havo alohida izolyator hisoblanadi, chunki u yopiq xonada saqlanishi mumkin. Shuning uchun sun'iy izolyatorlar isitish uchun to'lovlarni kesish uchun ishlatiladigan ikki oynali oynalar kabi havo bo'linmalaridan foydalanadilar. Asosan, ular issiqlik yo'qotilishiga qarshi tampon vazifasini bajaradi.

Guruch. 5. Issiqlikning qattiq jismning bir qismidan ikkinchi qismiga o'tishi

Keling, energiyaning sim bo'ylab qanday uzatilishini bilib olaylik. Metall zarrachalarning tebranish harakati tezligi simning olovga yaqinroq bo'lgan qismida ortadi. Zarrachalar doimiy ravishda bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilganligi sababli, qo'shni zarralarning harakat tezligi ortadi. Keyingi simning harorati ko'tarila boshlaydi va hokazo.

Patlar, mo'ynalar va tabiiy tolalar tabiiy izolyatorlarga misoldir. Bu qushlar, sutemizuvchilar va odamlarni issiq tutadigan materiallar. Masalan, dengiz otterlari ko'pincha juda sovuq bo'lgan okean suvlarida yashaydi va ularning hashamatli qalin mo'ynasi ularni issiq ushlab turadi. Dengiz sherlari, kitlar va pingvinlar kabi boshqa dengiz sutemizuvchilari teri orqali issiqlik yo'qotilishining oldini olish uchun yog'ning qalin qatlamlariga - juda yomon o'tkazuvchanlikka tayanadi.

Xuddi shu mantiq uylarni, binolarni va hatto kosmik kemalarni izolyatsiya qilish uchun ham amal qiladi. Bunday hollarda, usullar devorlar orasidagi havo cho'ntaklari, shisha tolali yoki yuqori zichlikdagi ko'pikni o'z ichiga oladi. Kosmik kema maxsus holat bo'lib, ko'pik, mustahkamlangan uglerodli kompozit va silika plitalari ko'rinishidagi izolyatsiyadan foydalanadi. Bularning barchasi issiqlikni yomon o'tkazuvchilardir va shuning uchun kosmosda issiqlik yo'qotilishining oldini oladi, shuningdek, yog'ingarchilik tufayli yuzaga keladigan haddan tashqari haroratning parvoz palubasiga kirishiga yo'l qo'ymaydi.

Shuni esda tutish kerakki, issiqlik o'tkazuvchanligi paytida materiya tananing bir chetidan ikkinchisiga o'tmaydi.

Endi suyuqliklarning issiqlik o'tkazuvchanligini ko'rib chiqing. Probirkani suv bilan olib, uning yuqori qismini qizdirishni boshlang. Sirtdagi suv tez orada qaynaydi va probirka tubida bu vaqt ichida faqat qiziydi (6-rasm). Bu simob va eritilgan metallar bundan mustasno, suyuqliklar past issiqlik o'tkazuvchanligiga ega ekanligini anglatadi.

O'tkazuvchanlik, olov bilan metall novda qizdirilishidan dalolat beradi. Issiqlik o'tkazuvchanligini tartibga soluvchi qonunlar elektr o'tkazuvchanligini boshqaradigan Ohm qonuniga juda o'xshash. Bunday holda, yaxshi o'tkazgich elektr tokini juda ko'p muammosiz o'tishiga imkon beruvchi materialdir. Bundan farqli o'laroq, elektr izolyatori ichki elektr zaryadlari erkin oqmaydigan har qanday materialdir va shuning uchun elektr maydoni ta'sirida elektr tokini o'tkazish juda qiyin.

Ko'pgina hollarda issiqlikni yomon o'tkazuvchi materiallar ham elektr tokini yomon o'tkazuvchidir. Misol uchun, mis issiqlik va elektr tokini yaxshi o'tkazuvchidir, shuning uchun mis simlar elektronika ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. Oltin va kumush undan ham yaxshiroq va narx muammosi bo'lmagan joylarda bu materiallar elektr zanjirlarini qurishda ham qo'llaniladi.

Guruch. 6. Suyuqlikning issiqlik o'tkazuvchanligi

Buning sababi suyuqliklarda molekulalarning suyuqliklarga qaraganda bir-biridan katta masofada joylashganligidir. qattiq moddalar Oh.

Biz gazlarning issiqlik o'tkazuvchanligini tekshiramiz. Barmoqqa quruq probirka qo'yamiz va uni pastdan yuqoriga qarab spirt chiroq olovida qizdiramiz (7-rasm). Barmoq uzoq vaqt davomida issiqlikni sezmaydi.

Va kimdir zaryadni "tuproq" qilmoqchi bo'lsa, ular uni jismoniy aloqa orqali Yerga yuboradilar, bu erda zaryad yo'qoladi. Bu ochiq metall tasodifiy aloqada bo'lgan odamlarning elektromutatsiyaga duchor bo'lmasligini ta'minlaydigan omil bo'lgan elektr zanjirlarida keng tarqalgan.

Poyafzal tagidagi kauchuk kabi izolyatsion materiallar odamlarni sezgir materiallar ustida ishlashdan yoki elektr zaryadlangan quvvat manbalaridan himoya qilish uchun kiyiladi. Shisha, polimerlar yoki chinni kabi boshqalar elektr uzatish liniyalari va yuqori kuchlanishli elektr uzatgichlarda elektr zanjirlari bo'ylab oqimni ushlab turish uchun ishlatiladi.

Guruch. 7. Gazning issiqlik o'tkazuvchanligi

Buning sababi, gaz molekulalari orasidagi masofa suyuqlik va qattiq moddalarnikidan ham kattaroqdir. Shuning uchun gazlarning issiqlik o'tkazuvchanligi bundan ham kamroq.

Shunday qilib, issiqlik o'tkazuvchanligi at turli moddalar boshqacha.

8-rasmda ko'rsatilgan tajriba shuni ko'rsatadiki, turli metallarning issiqlik o'tkazuvchanligi bir xil emas.

Muxtasar qilib aytganda, o'tkazuvchanlik issiqlik uzatish yoki elektr zaryadini o'tkazish bilan bog'liq. Bularning ikkalasi ham materiyaning energiyani ular orqali o'tkazish qobiliyati natijasida yuzaga keladi. Qora narsalar issiqlikni keltirib chiqarmaydi. Qora jismlar kiruvchi nurlanishni ko'rinadigan diapazonda o'zlashtiradi. Xuddi shunday, oq narsalar issiqlikni aks ettirmaydi. Ular kiruvchi ko'rinadigan nurlanishni diffuz tarzda aks ettiradi.

Ammo bu ranglar. Qora yoki oq ranglar "ranglar" bo'ladimi, ko'p narsa rang deganda nimani nazarda tutganingizga bog'liq. Bu savol uchun qizil va ko'k kabi ranglardan ko'ra, qora va oqni kulrang soyalar sifatida qarash yaxshiroqdir. Bu fizika nima? Javob emissiya, yutilish, aks ettirish va o'tkazuvchanlik tushunchalarida yotadi. Emissiya qobiliyati - bu ob'ektning chiqarish qobiliyati termal nurlanish ideal qora tan haqida.

  • Yutish qobiliyati - kiruvchi nurlanishning ob'ekt tomonidan yutilgan nisbati.
  • Reflektivlik - kiruvchi nurlanishning ob'ekt tomonidan aks ettirilgan nisbati.
  • Transmissiya - kiruvchi nurlanishning ob'ekt orqali o'tadigan nisbati.
Oxirgi uchtasi kiruvchi radiatsiya bilan nima sodir bo'lishini to'liq ro'yxatga oladi.


Guruch. 8. Turli metallarning issiqlik o'tkazuvchanligi

Jun, soch, qush patlari, qog'oz, mantar va boshqalar yomon issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. gözenekli jismlar. Bu ushbu moddalarning tolalari orasida havo mavjudligi bilan bog'liq. Vakuum (havodan bo'shatilgan bo'shliq) eng past issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Bu issiqlik o'tkazuvchanligi molekulalarning yoki boshqa zarralarning o'zaro ta'sirida yuzaga keladigan energiyani tananing bir qismidan ikkinchisiga o'tkazishi bilan izohlanadi. Zarrachalar bo'lmagan bo'shliqda issiqlik o'tkazuvchanligi sodir bo'lmaydi.

II. Darsning mavzusi va maqsadlari haqida xabar berish

Ular 1 ga qo'shiladi. Shaffof bo'lmagan jismlar uchun kiruvchi yorug'lik ob'ektning yutilishi va aks ettirilishi bilan belgilanadigan nisbatda so'riladi yoki aks ettiriladi. Ko'zgu va yutilish qora narsalarning oq narsalarga qaraganda qizib ketishining bir qismini tushuntiradi. To'liq qora jism kiruvchi barcha ko'rinadigan nurlanishni o'zlashtiradi, mukammal oq ob'ekt esa barcha kiruvchi ko'rinadigan nurlanishni aks ettiradi. To'liq qora yoki to'liq oq narsa yo'qligi sababli, barcha ob'ektlar kiruvchi ko'rinadigan nurlanishni ma'lum darajada o'zlashtiradi.

Agar tanani sovutish yoki isitishdan himoya qilish zarurati bo'lsa, u holda issiqlik o'tkazuvchanligi past bo'lgan moddalar ishlatiladi. Shunday qilib, kostryulkalar, kostryulkalar uchun tutqichlar plastikdan qilingan. Uylar issiqlik o'tkazuvchanligi past bo'lgan loglar yoki g'ishtlardan qurilgan, ya'ni ular binolarni sovutishdan himoya qiladi.

Savollar

  1. Metall sim orqali energiya qanday uzatiladi?
  2. Misning issiqlik o'tkazuvchanligi po'latning issiqlik o'tkazuvchanligidan kattaroq ekanligini ko'rsatadigan tajribani (8-rasmga qarang) tushuntiring.
  3. Qaysi moddalar eng yuqori va eng past issiqlik o'tkazuvchanligiga ega? Ular qayerda ishlatiladi?
  4. Nima uchun hayvonlar va qushlarning tanasidagi mo'yna, tuklar, patlar, shuningdek, inson kiyimlari sovuqdan himoya qiladi?

3-mashq

  1. Nima uchun chuqur bo'shashgan qor qishki ekinlarni muzlashdan himoya qiladi?
  2. Qarag'ay taxtalarining issiqlik o'tkazuvchanligi qarag'ay talaşidan 3,7 baravar yuqori ekanligi taxmin qilinadi. Bunday farqni qanday tushuntirish mumkin?
  3. Nega suv qalin muz qatlami ostida muzlamaydi?
  4. Nima uchun "mo'ynali kiyimlar issiq" iborasi noto'g'ri?

Mashq qilish

Bir stakan issiq suv oling va bir vaqtning o'zida metall va yog'och qoshiqni suvga botiring. Qaysi qoshiq tezroq qiziydi? Suv va qoshiq o'rtasida qanday issiqlik almashinuvi sodir bo'ladi? Suv va qoshiqlarning ichki energiyasi qanday o'zgaradi?

Biroq, qora narsalar sezilarli darajada so'riladi katta miqdor oqdan ko'ra ko'rinadigan nurlanish. orqa tomon tangalar - emissiya qobiliyati. Oxir-oqibat ob'ekt termal muvozanatga erishadi, kiruvchi nurlanishdan so'rilgan energiya chiquvchi nurlanish sifatida chiqariladigan energiyaga teng bo'ladi.

I. Tashkiliy moment

Boshqa ikkita omil - geometriya va kirish energiyasi. Kirxgofning nurlanish qonuniga ko'ra, har qanday chastotada emissiya va yutilish tengdir. Ideal kulrang jism uchun chastota va haroratdan qat'i nazar, absorbans ham, emissiya ham doimiydir. Bir xil geometriyaga ega va bir xil kiruvchi nurlanishga duchor bo'lgan barcha mukammal kulrang jismlar oxir-oqibat bir xil muvozanat haroratiga etadi.

Tabiatdagi issiqlik almashinuvi issiqlik o'tkazuvchanligi, konveksiya va nurlanish (radiatsiyani yutish va chiqarish) yordamida amalga oshiriladi.

Issiqlik o'tkazuvchanligi mexanizmi aslida oldingi paragrafda tushuntirilgan. Yana bir misol keltiraylik. Metall tayoqning uchi qizdirilganda, uning molekulalari tezroq harakatlana boshlaydi, ya'ni bu uchning ichki energiyasi ortadi. Molekulalar novdaning ikkinchi uchida sekinroq harakat qilgani uchun novda ichida atomlar va elektronlarning xaotik harakati yordamida ichki energiya issiqdan sovuq uchiga o'tadi. Moddaning molekulalari va boshqa zarrachalarining tartibsiz harakati tufayli ichki energiyaning moddaning bir qismidan ikkinchi qismiga o'tishi issiqlik o'tkazuvchanligi deyiladi.

Shunday qilib, qora narsalar oq narsalarga qaraganda nima uchun qizib ketishini tushuntirish uchun bizga yana bir narsa kerak. Javob shundaki, absorbans va emissiya haqiqiy ob'ektlar uchun chastota va haroratga bog'liq. Ideal kulrang jismlar mavjud emas. Agar kerak bo'lsa, ular yaqinlashish uchun mos keladi. "Qora" va "oq" ko'rinadigan diapazondagi aks ettirishni anglatadi. Ob'ekt oq rang termal infraqizilda juda qora bo'lishi mumkin. Aniq oq, lekin termal qora bo'lgan ob'ekt, ko'rinadigan va termal qora bo'ladigan ob'ekt kabi qizib ketmaydi.

Orasida har xil turlari metallar eng yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Bu ularning tarkibida erkin elektronlar mavjudligi bilan bog'liq. Bundan tashqari, qattiq holatdagi moddaning issiqlik o'tkazuvchanligi suyuqlik holatidan, suyuq holatda esa gazsimon holatdagidan kattaroq ekanligini ta'kidlaymiz.

Konveksiyaning mohiyatini ko'rib chiqing. Suvning yomon issiqlik o'tkazuvchanligini ko'rsatish uchun odatda suv idishi yuqoridan isitiladi. Shu bilan birga, suv tepada qaynashi mumkin, lekin pastki qismida sovuq qoladi. Biroq, agar idish pastdan qizdirilsa, u holda suv butun hajm bo'ylab teng ravishda isitiladi. Bu qizdirilganda suvning kengayishi va uning zichligi pasayishi bilan izohlanadi. Agar isitiladigan suv pastki qismida bo'lsa, unda suvning yuqori, zichroq qatlamlari tortishish ta'sirida pastga tushadi va iliq suvni yuqoriga siljitadi. Suvni bu aralashtirish barcha suv qaynaguncha davom etadi. Suyuqlik yoki gazning notekis isitiladigan qatlamlari tortishish ta'sirida aralashtirilganda sodir bo'ladigan issiqlik uzatish konvektsiya deb ataladi. Kosmik kemada vaznsizlik holatida konvektsiya yo'qligini ko'rish oson.(Sovutgichlardagi muzlatgich nima uchun pastki o'rniga tepada mustahkamlanganligini ko'rib chiqing.)

Uyqu sumkasi dizaynining ilmi bir vaqtning o'zida oddiy va shu bilan birga juda murakkab. Yillar davomida uxlash uchun sumkaning dizayni o'zgardi va eng so'nggi texnologik yutuqlarni o'z ichiga olgan va mavjud bo'lgan eng yangi innovatsion mato va materiallardan foydalangan holda rivojlandi. Uyqu sumkasi texnologiyasidagi so'nggi yutuqlar suv o'tkazmaydigan past izolyatsiya, ultra yengil materiallar va nafas oladigan bug 'to'siqlarini o'z ichiga oladi. Texnologiya qanchalik murakkab bo'lsa, uxlash uchun sumkani loyihalashda maqsad juda oddiy.

Uyqu xaltasining dizayni bitta yakuniy maqsadga yo'naltiriladi: o'lik havoni tanani qizib ketmasligi va tana haroratini kamaytirmasligi uchun ushlab turish. Uyqu oralab dizayndagi ikkita asosiy omil issiqlik izolatsiyasini yaratishda issiqlik uzatishni kamaytiradi. Qolganlarning hammasi shunchaki marketing.

Ko'rinishidan, konvektsiyani issiqlik uzatish deb hisoblash mumkin emas, chunki u tortishish kuchi bilan bog'liq. Biroq, konveksiya paytida suyuqlik yoki gazning ichki energiyasining ortishi faqat tashqaridan berilgan issiqlik hisobiga sodir bo'ladi va tortishish ta'siri faqat suyuqlik yoki gazning bir xil qizishini tezlashtirish uchun kamayadi. Konvektsiya paytida tortishish kuchi suyuqlik yoki gazning ichki energiyasiga qo'shimcha hissa qo'shmaydi. Shuning uchun konvektsiya issiqlik uzatish deb ataladi.

Quyosh va Yer orasidagi issiqlik almashinuvi elektromagnit nurlanish orqali amalga oshiriladi. Elektromagnit nurlanish elektr zaryadlarining harakati natijasida hosil bo'ladi va harorat oshishi bilan keskin ortadi. Jismning faqat harorati bilan belgilanadigan nurlanishiga termal nurlanish deyiladi.

Radiatsiya jarayoni tananing ichki energiyasi tufayli sodir bo'ladi . Radiatsiya boshqa jism tomonidan so'rilsa, so'rilgan nurlanish energiyasi tufayli tananing ichki energiyasi ortadi.Shunday qilib, radiatsiya yordamida energiya ko'proq qizdirilgan jismlardan kamroq isitiladigan jismlarga o'tkaziladi. Bu turdagi issiqlik uzatish jismlar orasida materiya bo'lmaganda ham sodir bo'ladi.