Провідність — це здатність тіла або матеріалу пропускати тепло. При цьому воно переміщується через твердий об'єкт чи з одного об'єкта на інший, тому що обидва вони знаходяться в контакті один з одним. Це єдиний спосіб проходження тепла по всьому тілу. Виникає питання: «Як проводить тепло повітря та інші матеріали?» Дізнайтеся у статті!

Теплопровідність

Здатність передавати тепло всередині об'єкта називається теплопровідністю. Це властивість позначають літерою k, а вимірюють у Вт/(мxК). Показники теплопровідності варіюються для різних матеріалів. Так, золото, срібло і мідь має високу теплопровідність. До речі, ці матеріали також є хорошими провідниками електрики. А як повітря проводить тепло? Відповідь коротка: він є поганим провідником. Висока провідність золота, срібла і міді пов'язана з тим, що електрони, які відповідають за перенесення заряду, також беруть участь у передачі теплової енергії.


А ось такі матеріали, як скло, мінеральна вата, мають низьку теплопровідність. Пояснюється це тим, що у них дуже мало «вільних» електронів для переносу теплової енергії всередині твердого тіла. Матеріали такого типу називають ізоляторами. Швидкість теплопередачі (тобто швидкість руху теплової енергії) безпосередньо залежить від теплопровідності, різниці температур і площі контакту і матеріалу, якими володіє тіло. З цієї ж причини не можна стверджувати, що повітря добре проводить тепло. Якщо матеріал є хорошим провідником тепла, тоді воно швидко переміщається по тілу. Метали широко використовуються для цілей теплопередачі, оскільки вони володіють властивостями, які дозволяють поширювати тепло, одночасно витримуючи екстремальні температури, пов'язані з нагріванням.


Саме електрони відповідають за передачу теплової енергії, а також електричного заряду. Тому метали є хорошими провідниками тепла і електрики! Тут-то і ховається відповідь на питання: «Чому повітря погано проводить тепло?» Проте не слід плутати електричну провідність (яка пов'язана із зарядом електронів), коли ви маєте на увазі теплопровідність (яка пов'язана з перенесенням енергії електронів).

Доводимо досвідченим шляхом

Спробуйте потримати один кінець металевого стрижня над полум'ям – через кілька хвилин він нагріється. Тепер потримайте кінець дерев'яної палички в полум'я, і цей кінець стане настільки гарячим, що він врешті-решт зовсім загориться. Однак той кінець палички, за який ви тримайтеся, залишиться відносно прохолодним. Тепло не поширюється по всьому об'єму тіла за його складу: його структура ускладнює передачу тепла електронами за матеріалом. Так, повсякденний досвід свідчить, що деревина не є хорошим провідником тепла. Якщо вам коли-небудь доводилося бачити зріз дерева під мікроскопом, то ви напевно помітили особливості структури деревини: вона складається з окремих комірок, які діють як ізолятори, тому що вони не взаємопов'язані. Клітини розкидані, як камені в потоці. За такого матеріалу тепло рухається значно повільніше, ніж у металах, де атоми зв'язані один з одним в тривимірній «решітці».
Повітря погано проводить тепло. Досвід повсякденного життя показує: пригадайте будову вікон. Вони завжди складаються з як мінімум двох стекол, між якими знаходиться повітряна «подушка». Цей прошарок допомагає зберігати тепло в приміщенні, не пропускаючи його назовні. Отже, якщо теплова енергія застосовується безпосередньо до однієї частини твердого об'єкта, електрони в об'єкті стають збудженими. Це призводить до коливань атомної решітки, які проходять по об'єкту, підвищуючи температуру при проходженні. Чим ближче ланки всередині твердого тіла, тим швидше відбувається передача тепла.

Рідини — погані провідники тепла

Якщо ви закріпіть кубик льоду в нижній частині пробірки з водою (вам потрібно використовувати вагу, щоб зробити це, інакше він буде плавати на поверхні, так як у льоду менша щільність, ніж у води), а потім нагреете воду у верхній частині трубки, ви виявите, що вода кипітиме у верхній частині трубки, а кубик льоду залишиться замороженою. Це пов'язано з тим, що вода є поганим провідником тепла. Більша частина тепла буде рухатися в конвекційному струмі усередині води у верхній частині пробірки, тільки невелика частина її буде опускатися до кубика льоду.

Як повітря проводить тепло?

Повітря являє собою набір газів. Хоча він відмінно підходить для конвекції, кількість тепла, яке він може передати, мінімально, тому що мала маса речовини не може зберігати велику кількість тепла — саме тому його не вважають гарним провідником. Ізоляційні властивості повітря застосовуються людством у повсякденному житті. Так, вони використовуються для ізоляції кулерів, в стінах будівлі. Навіть робота термоса побудована на тому, що повітря погано проводить тепло. Прикладів дійсно безліч!
Так чим же зумовлене це явище? Оскільки повітря нещільний, існує певна маса, доступна для передачі теплової енергії через провідність. Тому він є поганим провідником, але відмінним ізолятором. Тим не менш відповідь на питання: «чи Проводить повітря тепло?» - не такий однозначний. Так, розглянемо наступні явища. Радіація — це передача енергії через хвилі або порушені частинки. Повітря створює тепловий зазор, який не дозволяє подолати теплову енергію над ним. Тепло повинно променіти від поверхні до повітряних частинок, потім воно повинно променіти з повітря на протилежну поверхню. Тепло дуже повільно пересувається між трьома матеріалами, і велика частина переданої теплової енергії поглинається в повітрі. Конвекція являє собою рух тепла через рідину або газ через зменшення щільності за рахунок поглинання тепла. У такому разі властивості повітря стають вкрай корисними. Він також рухається вгору, передаючи тепло з ізольованого контейнера або простору. Тому конвекція використовується для видалення тепла і може застосовуватися для охолодження поверхні. Розподіл тепла через конвекцію у повітрі кілька неефективно, однак вона використовується для багатьох цілей охолодження. Так, повітря погано проводить тепло.

Приклади ізоляції

Ізоляція використовується для багатьох цілей. Деякі з них включають охолодження напоїв і харчових продуктів, створення повітряних зазорів у стінах, впровадження повітряних порожнин в кухонне приладдя. Особливості того, як повітря проводить тепло, застосовуються навіть у ізоляційної піни.

Висновок

Провідність — це проходження тепла через тверде тіло. Від явища конвекції її відрізняє те, що в процесі не відбувається ніякого руху матерії. Тепер нам відомо, добре повітря проводить тепло, а також чим це обумовлено.