מוליכות היא היכולת של גוף או חומר להעביר חום. בכך הוא עובר דרך חפץ מוצק או מעצם אחד למשנהו, מכיוון ששניהם נמצאים במגע זה עם זה. זו הדרך היחידה של חום לעבור דרך הגוף כולו. נשאלת השאלה: "כיצד אוויר וחומרים אחרים מוליכים חום?" גלה במאמר!
מוליכות תרמית
היכולת להעביר חום בתוך עצם נקראת מוליכות תרמית. תכונה זו מסומנת באות k, והיא נמדדת ב-W / (m × K). ערכי מוליכות תרמית משתנים עבור חומרים שונים. אז, לזהב, כסף ונחושת יש מוליכות תרמית גבוהה. אגב, חומרים אלה הם גם מוליכים טובים של חשמל. איך האוויר מוליך חום? התשובה קצרה: זה מנצח גרוע. המוליכות הגבוהה של זהב, כסף ונחושת נובעת מכך שגם האלקטרונים שאחראים על העברת המטען לוקחים חלק בהעברת האנרגיה התרמית.
אבל לחומרים כמו זכוכית וצמר מינרלי יש מוליכות תרמית נמוכה. זה מוסבר על ידי העובדה שיש להם מעט מאוד אלקטרונים "חופשיים" להעברת אנרגיה תרמית בתוך המוצק. חומרים מסוג זה נקראים מבודדים. קצב העברת החום (כלומר, קצב התנועה של אנרגיה תרמית) תלוי ישירות במוליכות התרמית, בהפרש הטמפרטורה ובשטח המגע והחומר שיש בגוף. מאותה סיבה, אי אפשר לומר שאוויר מוליך חום טוב.
אם החומר הוא מוליך חום טוב, אז הוא נע במהירות בגוף. מתכות נמצאות בשימוש נרחב למטרות העברת חום שכן יש להן תכונות המאפשרות להזרים חום תוך עמידה בו זמנית בטמפרטורות הקיצוניות הקשורות לחימום.
אלקטרונים הם שאחראים להעברת אנרגיה תרמית, כמו גם מטען חשמלי. לכן, מתכות הן מוליכות טובות של חום וחשמל! כאן נמצאת התשובה לשאלה: "מדוע האוויר הוא מוליך חום גרוע?"
עם זאת, אין לבלבל מוליכות חשמלית (שקשורה למטען של אלקטרונים) כאשר אתה מתכוון למוליכות תרמית (שקשורה להעברת אנרגיית אלקטרונים).
אנחנו מוכיחים מניסיון
נסה להחזיק קצה אחד של מוט מתכת מעל להבה - אחרי כמה דקות הוא יתחמם.
עכשיו החזק קצה של מקל עץ בלהבה והקצה יתחמם עד כדי כך שהוא יתלקח בסופו של דבר. עם זאת, סוף המקל עבור אשרתחזיק מעמד, תישאר קריר יחסית.
חום אינו מתפשט בכל נפח הגוף בשל הרכבו: המבנה שלו מקשה על אלקטרונים להעביר חום דרך החומר.
לכן, הניסיון היומיומי מראה שעץ אינו מוליך חום טוב. אם אי פעם ראיתם קטע עץ מתחת למיקרוסקופ, בוודאי שמתם לב למבנה העץ: הוא מורכב מתאי בודדים הפועלים כמבודדים מכיוון שהם אינם מחוברים ביניהם. תאים מפוזרים כמו אבנים בנחל. חום עובר הרבה יותר לאט דרך חומר כזה מאשר במתכות, שבהן האטומים קשורים זה לזה ב"סריג" תלת מימדי.
אוויר הוא מוליך חום גרוע. חווית חיי היומיום מראה: זכרו את מבנה החלונות. הם תמיד מורכבים משתי כוסות לפחות, ביניהן יש "כרית אוויר". שכבה זו עוזרת לשמור על חום בחדר מבלי לשחרר אותו.
לכן, אם אנרגיה תרמית מופעלת ישירות על חלק אחד של עצם מוצק, האלקטרונים באובייקט מתרגשים. זה גורם לתנודות סריג אטומי שעוברות דרך האובייקט, ומעלות את הטמפרטורה בזמן שהם עוברים. ככל שהקישורים קרובים יותר בתוך מוצק, כך העברת החום מהירה יותר.
נוזלים הם מוליכים גרועים של חום
אם אתה מתקן קוביית קרח בתחתית מבחנה של מים (עליך להשתמש במשקולת כדי לעשות זאת, אחרת היא תצוף על פני השטח, אזכמו שלקרח יש צפיפות נמוכה יותר ממים) ואז לחמם את המים בחלק העליון של הצינור, תגלה שהמים ירתחו בחלק העליון של הצינור וקוביית הקרח תישאר קפואה.
זה נובע מהעובדה שהמים הם מוליך חום גרוע. רוב החום ינוע בזרם הסעה בתוך המים בחלק העליון של הצינור, רק חלק קטן ממנו ישקע לקוביית הקרח.
איך האוויר מוליך חום?
אוויר הוא אוסף של גזים. למרות שהוא מצוין להסעה, כמות החום שהוא יכול להעביר היא מינימלית מכיוון שמסת החומר הקטנה לא יכולה לאגור חום רב - ולכן הוא לא נחשב כמוליך טוב. תכונות הבידוד של האוויר משמשות את האנושות בחיי היומיום. אז, הם משמשים לבידוד מצננים בקירות הבניין. אפילו העבודה של תרמוס מבוססת על העובדה שהאוויר אינו מוליך חום טוב. יש באמת הרבה דוגמאות!
אז מה גורם לתופעה הזו? מכיוון שהאוויר אינו צפוף, ישנה כמות מסוימת של מסה זמינה להעברת אנרגיה תרמית באמצעות הולכה. לכן, זה מוליך גרוע, אבל מבודד מצוין. עם זאת, התשובה לשאלה: "האם האוויר מוליך חום?" - לא כל כך חד משמעי. אז, שקול את התופעות הבאות.
קרינה היא העברת אנרגיה דרך גלים או חלקיקים נרגשים. האוויר יוצר פער תרמי שאינו מאפשר לאנרגיה תרמית להתגבר עליו. יש להקרין חום מהמשטח אלחלקיקי אוויר, אז יש להקרין אותו מהאוויר אל המשטח הנגדי. חום נע באיטיות רבה בין שלושת החומרים, ורוב אנרגיית החום המועברת נספגת באוויר.
הסעה היא תנועת חום דרך נוזל או גז עקב ירידה בצפיפות עקב ספיגת חום. במקרה זה, המאפיינים של האוויר הופכים שימושיים ביותר. הוא גם נע כלפי מעלה על ידי העברת חום ממיכל מבודד או מחלל. לכן, הסעה משמשת להסרת חום וניתן להשתמש בה לקירור המשטח. חלוקת החום באמצעות הסעה באוויר היא מעט לא יעילה, אולם היא משמשת למטרות קירור רבות. כן, אוויר הוא מוליך גרוע של חום.
דוגמאות בידוד
בידוד משמש למטרות רבות. חלקם כוללים קירור משקאות ומזון, יצירת פערי אוויר בקירות והחדרת כיסי אוויר לכלי מטבח. תכונות האופן בו אוויר מוליך חום חלות אפילו על קצף בידוד.
מסקנה
מוליכות היא מעבר חום דרך גוף מוצק. היא נבדלת מתופעת הסעה בכך שלא מתרחשת תנועה של חומר בתהליך. עכשיו אנחנו יודעים אם האוויר מוליך חום טוב, ומדוע.
