الموصلية هي قدرة الجسم أو المادة على نقل الحرارة. عند القيام بذلك ، ينتقل عبر كائن صلب أو من كائن إلى آخر ، لأن كلاهما على اتصال مع بعضهما البعض. هذه هي الطريقة الوحيدة لتمرير الحرارة عبر الجسم بالكامل. السؤال الذي يطرح نفسه: "كيف يوصل الهواء والمواد الأخرى الحرارة؟" اكتشف في المقال!
التوصيل الحراري
القدرة على نقل الحرارة داخل الجسم تسمى التوصيل الحراري. يُشار إلى هذه الخاصية بالحرف k ، وتُقاس بوحدة W / (م × ك). تختلف قيم الموصلية الحرارية باختلاف المواد. لذلك ، يتمتع الذهب والفضة والنحاس بموصلية حرارية عالية. بالمناسبة ، هذه المواد هي أيضًا موصلات جيدة للكهرباء. كيف يوصل الهواء الحرارة؟ الجواب قصير: إنه موصل ضعيف. ترجع الموصلية العالية للذهب والفضة والنحاس إلى حقيقة أن الإلكترونات المسؤولة عن نقل الشحنة تشارك أيضًا في نقل الطاقة الحرارية.
لكن المواد مثل الزجاج والصوف المعدني لها موصلية حرارية منخفضة. ويفسر ذلك حقيقة أن لديهم عددًا قليلاً جدًا من الإلكترونات "الحرة" لنقل الطاقة الحرارية داخل المادة الصلبة. المواد من هذا النوع تسمى العوازل. يعتمد معدل انتقال الحرارة (أي معدل حركة الطاقة الحرارية) بشكل مباشر على التوصيل الحراري وفرق درجة الحرارة ومنطقة التلامس والمواد التي يمتلكها الجسم. لنفس السبب لا يمكن القول أن الهواء يوصل الحرارة بشكل جيد.
إذا كانت المادة موصلة جيدة للحرارة ، فإنها تتحرك بسرعة عبر الجسم. تستخدم المعادن على نطاق واسع لأغراض نقل الحرارة لأنها تتمتع بخصائص تسمح بتدوير الحرارة مع تحمل درجات الحرارة القصوى المرتبطة بالتسخين في نفس الوقت.
الإلكترونات هي المسؤولة عن نقل الطاقة الحرارية ، وكذلك الشحنة الكهربائية. لذلك ، تعتبر المعادن موصلات جيدة للحرارة والكهرباء! هذا هو المكان الذي تكمن فيه إجابة السؤال: "لماذا الهواء موصل رديء للحرارة؟"
ومع ذلك ، لا تخلط بين الموصلية الكهربائية (التي ترتبط بشحنة الإلكترونات) عندما تقصد التوصيل الحراري (الذي يرتبط بنقل طاقة الإلكترون).
نثبت بالتجربة
حاول إمساك أحد طرفي قضيب معدني فوق اللهب - بعد بضع دقائق سوف يسخن.
الآن امسك نهاية عصا خشبية في اللهب وستصبح النهاية ساخنة جدًا لدرجة أنها ستشتعل في النهاية. ومع ذلك ، فإن نهاية العصا التي من أجلهاانتظر ، ابق هادئًا نسبيًا.
الحرارة لا تنتشر في جميع أنحاء حجم الجسم بسبب تكوينها: هيكلها يجعل من الصعب على الإلكترونات نقل الحرارة عبر المادة.
وهكذا ، تظهر التجربة اليومية أن الخشب ليس موصلًا جيدًا للحرارة. إذا سبق لك أن رأيت جزءًا من الخشب تحت المجهر ، فمن المحتمل أنك لاحظت بنية الخشب: إنه مكون من خلايا فردية تعمل كعوازل لأنها غير مترابطة. تتناثر الخلايا مثل الحجارة في مجرى مائي. تنتقل الحرارة خلال هذه المادة بشكل أبطأ بكثير مما تنتقل في المعادن ، حيث ترتبط الذرات ببعضها البعض في "شبكة" ثلاثية الأبعاد.
الهواء موصل رديء للحرارة. تظهر تجربة الحياة اليومية: تذكر هيكل النوافذ. وهي تتكون دائمًا من كأسين على الأقل ، يوجد بينهما "وسادة" هوائية. تساعد هذه الطبقة على الاحتفاظ بالحرارة في الغرفة دون تركها.
لذا ، إذا تم تطبيق الطاقة الحرارية مباشرة على جزء واحد من الجسم الصلب ، فإن الإلكترونات في الجسم تصبح متحمسة. ينتج عن هذا اهتزازات شعرية ذرية تنتقل عبر الجسم ، مما يرفع درجة الحرارة أثناء مرورها. كلما اقتربت الروابط داخل مادة صلبة ، زادت سرعة نقل الحرارة.
السوائل موصلات رديئة للحرارة
إذا قمت بتثبيت مكعب ثلج في قاع أنبوب اختبار الماء (تحتاج إلى استخدام وزن للقيام بذلك ، وإلا فسوف يطفو على السطح ، لذلكمثل كثافة الثلج أقل من كثافة الماء) ثم قم بتسخين الماء أعلى الأنبوب ، ستجد أن الماء سيغلي في أعلى الأنبوب وسيبقى مكعب الثلج متجمداً.
هذا يرجع إلى حقيقة أن الماء موصل ضعيف للحرارة. ستتحرك معظم الحرارة في تيار الحمل الحراري داخل الماء أعلى الأنبوب ، وسيغوص جزء صغير منه فقط في مكعب الثلج.
كيف يوصل الهواء الحرارة؟
الهواء عبارة عن مجموعة من الغازات. على الرغم من أنها ممتازة للحمل الحراري ، إلا أن كمية الحرارة التي يمكن أن تنقلها ضئيلة لأن الكتلة الصغيرة من المادة لا يمكنها تخزين الكثير من الحرارة - وهذا هو السبب في أنها لا تعتبر موصلًا جيدًا. تستخدم الخصائص العازلة للهواء من قبل البشر في الحياة اليومية. لذلك ، يتم استخدامها لعزل المبردات في جدران المبنى. حتى عمل الترمس يعتمد على حقيقة أن الهواء لا يوصل الحرارة بشكل جيد. حقا هناك العديد من الأمثلة!
إذن ما الذي يسبب هذه الظاهرة؟ نظرًا لأن الهواء ليس كثيفًا ، فهناك قدر معين من الكتلة المتاحة لنقل الطاقة الحرارية من خلال التوصيل. لذلك ، فهو موصل ضعيف ، لكنه عازل ممتاز. ومع ذلك ، فإن الإجابة على السؤال: "هل الهواء يوصل الحرارة؟" - ليس واضحا جدا. لذا ، ضع في اعتبارك الظواهر التالية.
الإشعاع هو نقل الطاقة من خلال الموجات أو الجسيمات المثارة. يخلق الهواء فجوة حرارية لا تسمح للطاقة الحرارية بالتغلب عليها. يجب أن تشع الحرارة من السطح إلىجزيئات الهواء ، ثم يجب أن تشع من الهواء إلى السطح المقابل. تتحرك الحرارة ببطء شديد بين المواد الثلاث ، ويتم امتصاص معظم الطاقة الحرارية المنقولة في الهواء.
الحمل الحراري هو حركة الحرارة عبر سائل أو غاز بسبب انخفاض الكثافة بسبب امتصاص الحرارة. في هذه الحالة ، تصبح خصائص الهواء مفيدة للغاية. كما أنه يتحرك لأعلى عن طريق نقل الحرارة من حاوية أو مكان معزول. لذلك ، يتم استخدام الحمل الحراري لإزالة الحرارة ويمكن استخدامه لتبريد السطح. توزيع الحرارة من خلال الحمل الحراري في الهواء غير فعال إلى حد ما ، ومع ذلك يتم استخدامه للعديد من أغراض التبريد. نعم ، الهواء موصل رديء للحرارة
أمثلة العزل
يستخدم العزل لأغراض عديدة. تتضمن بعض هذه المشروبات تبريد الطعام والطعام ، وخلق فجوات هوائية في الجدران ، وإدخال جيوب هوائية في أدوات المطبخ. تنطبق ميزات كيفية توصيل الهواء للحرارة حتى على الرغوة العازلة.
الخلاصة
الموصلية هي مرور الحرارة عبر جسم صلب. وهو يختلف عن ظاهرة الحمل الحراري في عدم حدوث حركة للمادة في العملية. الآن نحن نعرف ما إذا كان الهواء يوصل الحرارة بشكل جيد ، ولماذا.
