5.Теплопроводность

Теплопроводность: определение и свойства

разработал: Дубоделов Сергей Иванович

учитель физики МБОУ СОШ №70 г.Томска

  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.

Ри

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

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.

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

Рис. 13. Демонстрация опыта

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