Жылуулук өткөргүчтүк кубулушу – эки дененин түз байланышында эч кандай зат алмашуусуз же анын алмашуусу менен энергиянын жылуулук түрүндө берилиши. Бул учурда, энергия температурасы жогору болгон бир денеден же дененин аянтынан температурасы төмөн денеге же аймакка өтөт. Жылуулук берүүнүн параметрлерин аныктоочу физикалык мүнөздөмөсү жылуулук өткөрүмдүүлүк болуп саналат. Жылуулук өткөргүчтүк деген эмне жана ал физикада кантип сүрөттөлөт? Бул макала ушул суроолорго жооп берет.
Жылуулук өткөргүчтүгү жана анын табияты жөнүндө жалпы түшүнүк
Эгер физикада жылуулук өткөрүмдүүлүк деген эмне деген суроого жөнөкөй жооп берсеңиз, анда эки дененин же бир дененин ар башка аймактарынын ортосундагы жылуулук алмашуу бул бөлүкчөлөрдүн ортосундагы ички энергия алмашуу процесси деп айтуу керек. денени түзөт (молекулалар, атомдор, электрондор жана иондор). Ички энергиянын өзү эки маанилүү бөлүктөн турат: кинетикалык энергия жана потенциалдык энергия.
Мунун табияты жагынан физикада жылуулук өткөрүмдүүлүк деген эмнебаалуулуктар? Микроскопиялык деңгээлде материалдардын жылуулук өткөрүү жөндөмдүүлүгү алардын микроструктурасынан көз каранды. Мисалы, суюктуктар жана газдар үчүн бул физикалык процесс молекулалардын башаламан кагылышуусунан келип чыгат, катуу заттарда берилүүчү жылуулуктун негизги үлүшү эркин электрондордун (металлдык системаларда) же фонондордун (металл эмес заттар) ортосундагы энергия алмашуусуна туура келет.), бул кристалл торчосунун механикалык термелүүсү.
Жылуулук өткөрүмдүүлүктүн математикалык көрүнүшү
Жылуулук өткөрүмдүүлүк деген эмне деген суроого математикалык көз караштан жооп берели. Эгерде бир тектүү денени алсак, анда ал аркылуу берилген багытта өткөн жылуулуктун көлөмү жылуулук берүү багытына перпендикуляр болгон беттин аянтына, материалдын өзүнүн жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө жана тегиздиктин учтарындагы температура айырмасына пропорционалдуу болот. дененин калыңдыгына тескери пропорционалдуу болот.
Натыйжа формуласы: Q/t=kA(T2-T1)/x, бул жерде Q/t - t убакытта дене аркылуу өткөн жылуулук (энергия), k - каралып жаткан дене жасалган материалдын жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти, А - дененин кесилишинин аянты, T2 -T 1 - дененин учтарындагы температура айырмасы, T2>T1, x - жылуулук Q өткөрүлө турган дененин калыңдыгы.
Жылуулук энергиясын берүү ыкмалары
Материалдардын жылуулук өткөргүчтүгү деген эмне деген суроону карап, жылуулук берүүнүн мүмкүн болгон ыкмаларын айта кетүү керек. Жылуулук энергиясын колдонуу менен ар кандай денелер ортосунда берилиши мүмкүнтөмөнкү процесстер:
- өткөргүчтүк - бул процесс затты өткөрбөйт;
- конвекция - жылуулук берүү заттын өзүнүн кыймылына түздөн-түз байланыштуу;
- радиация - жылуулук берүү электромагниттик нурлануунун эсебинен, башкача айтканда фотондордун жардамы менен ишке ашат.
Жылуулук өткөргүч же конвекция процесстерин колдонуу менен берилиши үчүн ар түрдүү денелердин ортосунда түз байланыш керек, айырмасы менен өткөрүү процессинде заттын макроскопиялык кыймылы болбойт, бирок процессте конвекция бул кыймыл бар. Микроскопиялык кыймыл бардык жылуулук өткөрүү процесстеринде ишке ашарын эске алыңыз.
Кадимки температурада бир нече ондогон градус Цельсий үчүн конвекция жана өткөргүч берилген жылуулуктун негизги бөлүгүн түзөт, ал эми нурлануу процессинде берилүүчү энергиянын көлөмү анча деле чоң эмес деп айтууга болот. Бирок, нурлануу жылуулук берүү процессинде бир нече жүз жана миңдеген Кельвин температурасында чоң роль ойной баштайт, анткени мындай жол менен берилген Q энергиянын көлөмү абсолюттук температуранын 4-деңгээлине пропорционалдуу көбөйөт, б.а. 4. Мисалы, биздин күн энергиянын көбүн радиация аркылуу жоготот.
Катуу заттардын жылуулук өткөрүмдүүлүгү
Катуу заттарда ар бир молекула же атом белгилүү бир абалда болгондуктан жана андан чыга албагандыктан, жылуулуктун конвекция аркылуу берилиши мүмкүн эмес жана жалгыз мүмкүн болгон процессөткөргүчтүк. Дененин температурасынын жогорулашы менен анын курамындагы бөлүкчөлөрдүн кинетикалык энергиясы жогорулап, ар бир молекула же атом катуу термелип баштайт. Бул процесс алардын кошуна молекулалар же атомдор менен кагылышына алып келет, мындай кагылышуулардын натыйжасында кинетикалык энергия дененин бардык бөлүкчөлөрү бул процесс менен капталганга чейин бөлүкчөдөн бөлүкчөгө өтөт.
Сүрөттөлгөн микроскопиялык механизмдин натыйжасында, металл таякчанын бир учу ысытылганда, температура бир аз убакыт өткөндөн кийин бүт таякчага бирдей болуп калат.
Жылуулук ар кандай катуу материалдарда бирдей өткөрүлбөйт. Ошентип, жакшы жылуулук өткөрүмдүүлүк бар материалдар бар. Алар жылуулукту өздөрү аркылуу оңой жана тез өткөрүшөт. Бирок жылуулук өткөргүчтөрү же изоляторлору начар, алар аркылуу жылуулук өтө аз же такыр өтпөйт.
Катуу заттар үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти
Катуу заттар үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти төмөнкү физикалык мааниге ээ: ал температуранын айырмасы чексиз узундуктагы жана туурасы бирдиктеги ар кандай дененин бирдик бетинин аянты аркылуу убакыт бирдигине өткөн жылуулуктун санын көрсөтөт. анын учтары бир даражага барабар. SI бирдиктеринин эл аралык системасында k коэффициенти J/(smK) менен өлчөнөт.
Катуу заттардагы бул коэффициент температурадан көз каранды, ошондуктан жылуулукту өткөрүү жөндөмдүүлүгүн салыштыруу үчүн аны 300 К температурада аныктоо салтка айланган.ар кандай материалдар.
Металлдар жана металл эмес катуу материалдар үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти
Бардык металлдар жылуулукту жакшы өткөргүч болуп саналат, алардын өтүшүнө электрон газы жооптуу. Өз кезегинде иондук жана коваленттик материалдар, ошондой эле булалуу түзүлүштөгү материалдар жакшы жылуулук изоляторлору, башкача айтканда жылуулукту начар өткөрүшөт. Жылуулук өткөргүчтүк деген эмне деген суроонун ачылышын аяктоо үчүн, бул процесс материянын милдеттүү түрдө болушун талап кылат, эгерде ал конвекциянын же өткөргүчтүн эсебинен ишке ашса, демек, вакуумда жылуулуктун гана берилиши мүмкүн экендигин белгилей кетүү керек. электромагниттик нурлануу.
Төмөнкү тизмеде кээ бир металлдар жана металл эместер үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенттеринин J/(smK) маанилери көрсөтүлгөн:
- болот - 47-58 болоттун сортуна жараша;
- алюминий - 209, 3;
- бронза - 116-186;
- цинк - 106-140 тазалыгына жараша;
- жез - 372, 1-385, 2;
- жез - 81-116;
- алтын - 308, 2;
- күмүш - 406, 1-418, 7;
- резина - 0, 04-0, 30;
- була - 0,03-0,07;
- кирпич - 0, 80;
- дарак - 0, 13;
- айнек - 0, 6-1, 0.
Ошентип, металлдардын жылуулук өткөрүмдүүлүгү изоляторлор үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүктүн маанилеринен 2-3 эсе жогору, бул төмөнкү жылуулук өткөрүмдүүлүк деген эмне деген суроого жооптун эң сонун мисалы болуп саналат.
Жылуулук өткөрүмдүүлүктүн мааниси көптөр үчүн маанилүү роль ойнойтөнөр жай процесстери. Кээ бир процесстерде алар жакшы жылуулук өткөргүчтөрдү колдонуу жана контакт аянтын көбөйтүү аркылуу аны көбөйтүүгө умтулушат, ал эми башкаларында контакт аянтын азайтуу жана жылуулук өткөрүүчү материалдарды колдонуу менен жылуулук өткөргүчтүктү азайтууга аракет кылышат.
Суюктуктардагы жана газдардагы конвекция
Суюктуктардагы жылуулуктун өтүшү конвекция процесси аркылуу ишке ашат. Бул процесс ар кандай температурадагы зоналар арасында заттын молекулаларынын кыймылын камтыйт, башкача айтканда, конвекция учурунда суюктук же газ аралашат. Суюк зат жылуулукту бөлүп чыгарганда, анын молекулалары кинетикалык энергиясынын бир бөлүгүн жоготуп, зат тыгызыраак болот. Тескерисинче, суюк зат ысытылганда анын молекулалары кинетикалык энергиясын жогорулатып, кыймылы күчөйт, тиешелүүлүгүнө жараша заттын көлөмү чоңоюп, тыгыздыгы азаят. Мына ошондуктан заттын муздак катмарлары тартылуу күчүнүн таасири астында ылдый түшүүгө, ал эми ысык катмарлары көтөрүлүүгө аракет кылышат. Бул процесс заттын аралашуусуна алып келип, анын катмарларынын ортосунда жылуулуктун өтүшүн жеңилдетет.
Кээ бир суюктуктардын жылуулук өткөрүмдүүлүгү
Суунун жылуулук өткөрүмдүүлүгү кандай деген суроого жооп берсеңиз, бул конвекция процессинен улам экенин түшүнүү керек. Ал үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти 0,58 Дж/(смК).
Башка суюктуктар үчүн бул маани төмөндө келтирилген:
- этил спирти - 0,17;
- ацетон - 0, 16;
- глицерин - 0, 28.
Башкача айтканда, баалуулуктарсуюктуктар үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүк катуу жылуулук изоляторлор үчүн салыштырууга болот.
Атмосферадагы конвекция
Атмосфералык конвекция маанилүү, анткени ал шамал, циклон, булуттун пайда болушу, жамгыр жана башка кубулуштарды пайда кылат. Бул процесстердин баары термодинамиканын физикалык мыйзамдарына баш ийет.
Атмосферадагы конвекция процесстеринин ичинен эң маанилүүсү суунун айлануусу болуп саналат. Бул жерде биз суунун жылуулук өткөрүмдүүлүк жана жылуулук сыйымдуулугу деген суроолорду карап чыгышыбыз керек. Суунун жылуулук сыйымдуулугу деп анын температурасы бир градуска жогорулашы үчүн 1 кг сууга канча жылуулук берилиши керектигин көрсөткөн физикалык чоңдук түшүнүлөт. Бул 4220 J.
барабар
Суунун айлануусу төмөнкүчө ишке ашат: күн океандардын сууларын ысытат, суунун бир бөлүгү атмосферага бууланат. Конвекция процессинен улам суу буусу чоң бийиктикке көтөрүлүп, муздап, булуттар жана булуттар пайда болуп, мөндүр же жамгыр түрүндө жаан-чачынга алып келет.
