Теплопроводность разных веществ
⚡ Физика · 8 класс
Что такое теплопроводность
Теплопроводность — это перенос внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым без переноса самого вещества. При нагревании одного конца тела частицы там начинают колебаться сильнее и передают часть энергии соседним частицам. Те, в свою очередь, раскачивают следующих соседей, и постепенно нагрев распространяется по всему телу. При этом сами частицы со своих мест почти не уходят — перемещается только энергия.
Теплопроводность — один из трёх видов теплопередачи наряду с конвекцией и излучением. В отличие от конвекции, при которой нагретые слои вещества перемешиваются и перемещаются, при теплопроводности энергия передаётся «по цепочке» от частицы к частице, а вещество остаётся на месте. Поэтому теплопроводность хорошо проявляется именно в твёрдых телах, где частицы расположены близко и прочно связаны.
От чего зависит теплопроводность
Разные вещества проводят тепло по-разному. Лучше всего его проводят металлы, потому что в них есть свободные электроны. Эти подвижные частицы быстро разносят энергию по всему объёму, поэтому металлический предмет прогревается почти мгновенно. Жидкости проводят тепло заметно хуже, а газы — совсем плохо, ведь их частицы находятся далеко друг от друга и редко сталкиваются.
| Вещество | Теплопроводность | Где встречается |
|---|---|---|
| Серебро, медь | очень высокая | провода, радиаторы, посуда |
| Сталь, чугун | высокая | сковороды, батареи отопления |
| Стекло, вода | низкая | окна, жидкости |
| Воздух, шерсть, пенопласт | очень низкая | тёплая одежда, утеплители стен |
Вещества с низкой теплопроводностью называют теплоизоляторами. Шерсть, мех, вата, пух и пенопласт удерживают тепло именно потому, что между их волокнами заключён неподвижный воздух — один из лучших природных изоляторов. Чем больше в материале мелких неподвижных пузырьков воздуха, тем хуже он проводит тепло и тем теплее одежда или утеплённая стена.
Разбор примера
Почему металлическая ложка в горячем чае быстро нагревается, а деревянная остаётся почти холодной?
Металл: свободные электроны быстро переносят энергию -> ручка горячая. Дерево: свободных электронов нет, частицы передают энергию медленно -> ручка остаётся холодной.Именно поэтому ручки кастрюль, сковородок и чайников делают из дерева или пластмассы: эти материалы плохо проводят тепло и не дают ему дойти до руки. А вот сами сковороды и батареи делают из металла, чтобы тепло, наоборот, расходилось как можно быстрее.
Где это применяют
На разной теплопроводности построено много решений. Двойные оконные рамы и стеклопакеты содержат прослойку воздуха между стёклами, которая мешает теплу уходить из дома. Стены утепляют пенопластом или минеральной ватой. Ручки горячих приборов делают из изоляторов, а охлаждающие радиаторы — из меди и алюминия.
Частая ошибка: думать, что металл «холоднее» дерева при комнатной температуре. На самом деле их температура одинакова, но металл быстрее отводит тепло от руки, поэтому кажется холодным на ощупь. Дерево же отводит тепло медленно и кажется тёплым.
Кратко о главном
- Теплопроводность — перенос энергии без переноса вещества.
- Металлы проводят тепло лучше всего благодаря свободным электронам.
- Газы и пористые материалы — плохие проводники, их используют как утеплители.
- Вакуум тепло не проводит вообще: переносить энергию там нечему.
- Свойство применяют в одежде, окнах, посуде и теплоизоляции зданий.