Физика

Теплопроводность: определение и свойства

 

На прошлом уроке мы выяснили, что теплопередача (рис. 1) бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение (рис. 2). На этом уроке мы более подробно займемся первым видом теплопередачи, а именно теплопроводностью.

 

Рис. 1. Теплопередача

Рис. 2. Виды теплопередачи

Теплопроводность свойственна веществам во всех трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном (рис. 3).

Рис. 3. Теплопроводность свойственна всем агрегатным состояниям

При этом самой высокой теплопроводностью обладают твердые тела (металлы) (рис. 4а), а самой низкой – газы (рис. 4б).

Рис. 4. Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Теплопроводность связана с внутренней структурой тел и зависит от расположения молекул, их движения и взаимодействия между собой (рис. 5).

Рис. 5. Связь теплопроводности с внутренней структурой тел

Важно отметить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества, а происходит передача энергии от частицы к частице или от одного тела к другому при их непосредственном контакте. Сформулируем, собственно, определение теплопроводности.

Определение. Теплопроводность – это явление, при котором энергия передается от одной части тела к другой посредством столкновения частиц или при непосредственном контакте двух тел.

Рис. 6. Иллюстрация определения теплопроводности

 

Исследование теплопроводности

 

 

Исследования данного явления проводились преимущественно опытным путем. Первые опыты по изучению данного явления проводил, по-видимому, еще Галилео Галилей (рис. 7).

 

Рис. 7. Галилео Галилей (1564-1642)

Суть его опытов была простой: Галилей располагал около своего термоскопа (рис. 8) различные тела и наблюдал за изменением температуры. Впоследствии он делал выводы: хорошо ли проводят тела тепло или нет.

Рис. 8. Термоскоп Галилея

 

Процесс теплопроводности

 

 

Определение. Процесс теплопроводности – это процесс передачи энергии от одной частицы к другой, расположенных в непосредственной близости друг от друга (рис. 9).

 

Рис. 9. Процесс теплопроводности

У металлов теплопроводность выше, так как частицы расположены близко друг к другу (рис. 10).

Рис. 10. Теплопроводность в металлах

У жидкостей молекулы хоть и близко расположены, но достаточно хорошо изолированы (рис. 11).

Рис. 11. Теплопроводность в жидкостях

Самая низкая теплопроводность у газов: молекулы расположены далеко друг от друга, и, чтобы передать энергию, им необходимо столкнуться, поэтому процесс передачи энергии происходит достаточно медленно (рис. 12).

Рис. 12. Теплопроводность в газах

 

Опыт с теплопроводностью металлов

 

 

Рассмотрим опыт, который наглядно демонстрирует теплопроводность металлов.

 

На штативе горизонтально закреплен алюминиевый стержень. На стержне через одинаковые промежутки вертикально закреплены с помощью воска деревянные зубочистки. К краю стержня подносят свечу (рис. 13).

Поскольку край стержня нагревается, а алюминий, как и любые другие металлы, обладает достаточно хорошей теплопроводностью, то постепенно стержень прогревается. Когда тепло доходит до места крепления зубочистки со стержнем, стеарин плавится – и зубочистка падает.

Рис. 13. Демонстрация опыта

Мы видим, что в данном опыте нет переноса вещества, соответственно, наблюдается теплопроводность.

Мы рассмотрели явление теплопроводности, и в заключении хотелось бы напомнить важный факт: нет частиц – нет теплопроводности.

На следующем уроке мы более подробно рассмотрим другой вид теплопередачи – конвекцию.

         

          Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «experiment.edu.ru» (Источник)
2. Интернет-портал «festival.1september.ru» (Источник)
3. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Стр. 13, параграф 4, вопросы № 1-6, упражнение 1 (1-3). Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
2. Почему газы имеют малую теплопроводность?
3. Почему в старом чайнике, после того как его сняли с огня, вода остывает медленнее, чем в таком же новом?
4. Для чего нужны двойные оконные рамы?
5. Зачем жители Средней Азии во время жары носят ватные халаты и папахи?