La conductivitat és la capacitat d'un cos o material per transmetre calor. En fer-ho, es mou a través d'un objecte sòlid o d'un objecte a un altre, perquè tots dos estan en contacte l'un amb l' altre. Aquesta és l'única manera de passar la calor per tot el cos. Sorgeix la pregunta: "Com l'aire i altres materials condueixen la calor?" Descobriu-ho a l'article!
Conductivitat tèrmica
La capacitat de transferir calor dins d'un objecte s'anomena conductivitat tèrmica. Aquesta propietat es denota amb la lletra k i es mesura en W / (m × K). Els valors de conductivitat tèrmica varien per a diferents materials. Així, l'or, la plata i el coure tenen una alta conductivitat tèrmica. Per cert, aquests materials també són bons conductors de l'electricitat. Com l'aire condueix la calor? La resposta és curta: és un mal conductor. L'elevada conductivitat de l'or, la plata i el coure es deu al fet que els electrons responsables de la transferència de càrrega també participen en la transferència d'energia tèrmica.
Però materials com el vidre i la llana mineral tenen una conductivitat tèrmica baixa. Això s'explica pel fet que tenen molt pocs electrons "lliures" per a la transferència d'energia tèrmica a l'interior del sòlid. Els materials d'aquest tipus s'anomenen aïllants. La velocitat de transferència de calor (és a dir, la velocitat de moviment de l'energia tèrmica) depèn directament de la conductivitat tèrmica, la diferència de temperatura i l'àrea de contacte i el material que posseeix el cos. Per la mateixa raó, no es pot dir que l'aire condueixi bé la calor.
Si el material és un bon conductor de la calor, es mou ràpidament pel cos. Els metalls s'utilitzen àmpliament per a la transferència de calor, ja que tenen propietats que permeten que la calor circuli alhora que resisteixen les temperatures extremes associades a l'escalfament.
Són els electrons els responsables de la transferència d'energia tèrmica, així com de la càrrega elèctrica. Per tant, els metalls són bons conductors de calor i electricitat! Aquí és on rau la resposta a la pregunta: "Per què l'aire és un mal conductor de la calor?"
No obstant això, no confongueu la conductivitat elèctrica (que està relacionada amb la càrrega dels electrons) quan us referiu a la conductivitat tèrmica (que està relacionada amb la transferència d'energia electrònica).
Provem per experiència
Intenta subjectar un extrem d'una vareta metàl·lica sobre una flama; al cap d'uns minuts s'escalfarà.
Ara subjecta l'extrem d'un pal de fusta a la flama i l'extrem es farà tan calent que finalment s'encén. No obstant això, l'extrem del pal per al qualaguanta, mantén-te relativament tranquil.
La calor no s'estén per tot el volum del cos a causa de la seva composició: la seva estructura dificulta la transferència de calor als electrons a través del material.
Així, l'experiència quotidiana demostra que la fusta no és un bon conductor de la calor. Si alguna vegada heu vist una secció de fusta al microscopi, probablement us heu adonat de l'estructura de la fusta: està formada per cèl·lules individuals que actuen com a aïllants perquè no estan interconnectades. Les cèl·lules estan escampades com pedres en un rierol. La calor viatja molt més lentament a través d'aquest material que en els metalls, on els àtoms s'uneixen en una "reticula" tridimensional.
L'aire és un mal conductor de la calor. L'experiència de la vida quotidiana mostra: recordeu l'estructura de les finestres. Sempre consten d'almenys dos gots, entre els quals hi ha un "coixí" d'aire. Aquesta capa ajuda a mantenir la calor a l'habitació sense deixar-la sortir.
Per tant, si l'energia tèrmica s'aplica directament a una part d'un objecte sòlid, els electrons de l'objecte s'exciten. Això dóna lloc a vibracions de la xarxa atòmica que viatgen a través de l'objecte, augmentant la temperatura a mesura que passen. Com més propers siguin els enllaços d'un sòlid, més ràpida serà la transferència de calor.
Els líquids són mals conductors de la calor
Si arregleu un cub de gel al fons d'un tub d'assaig d'aigua (cal fer servir un pes per fer-ho, en cas contrari, flotarà a la superfície, així quecom el gel té una densitat més baixa que l'aigua) i després escalfeu l'aigua a la part superior del tub, trobareu que l'aigua bulli a la part superior del tub i el cub de gel romandrà congelat.
Això es deu al fet que l'aigua és un mal conductor de la calor. La major part de la calor es mourà en un corrent de convecció dins de l'aigua a la part superior del tub, només una petita part s'enfonsarà al cub de gel.
Com condueix l'aire la calor?
L'aire és una col·lecció de gasos. Tot i que és excel·lent per a la convecció, la quantitat de calor que pot transferir és mínima perquè la petita massa de matèria no pot emmagatzemar molta calor, per això no es considera un bon conductor. Les propietats aïllants de l'aire són utilitzades per la humanitat en la vida quotidiana. Per tant, s'utilitzen per aïllar refrigeradors a les parets d'un edifici. Fins i tot el treball d'un termo es basa en el fet que l'aire no condueix bé la calor. Hi ha molts exemples!
Aleshores, què està causant aquest fenomen? Com que l'aire no és dens, hi ha una certa quantitat de massa disponible per transferir energia tèrmica per conducció. Per tant, és un mal conductor, però un excel·lent aïllant. No obstant això, la resposta a la pregunta: "L'aire condueix la calor?" - no tan inequívoc. Per tant, tingueu en compte els fenòmens següents.
La radiació és la transferència d'energia a través d'ones o partícules excitades. L'aire crea una bretxa tèrmica que no permet que l'energia tèrmica la superi. La calor s'ha d'irradiar des de la superfíciepartícules d'aire, llavors s'hauria d'irradiar des de l'aire a la superfície oposada. La calor es mou molt lentament entre els tres materials i la major part de l'energia calorífica transferida s'absorbeix a l'aire.
La convecció és el moviment de calor a través d'un líquid o gas a causa d'una disminució de la densitat a causa de l'absorció de calor. En aquest cas, les propietats de l'aire es tornen molt útils. També es mou cap amunt transferint la calor d'un recipient o espai aïllat. Per tant, la convecció s'utilitza per eliminar la calor i es pot utilitzar per refredar la superfície. La distribució de la calor a través de la convecció a l'aire és una mica ineficient, però s'utilitza per a molts propòsits de refrigeració. Sí, l'aire és un mal conductor de la calor.
Exemples d'aïllament
L'aïllament s'utilitza per a molts propòsits. Alguns d'ells inclouen refredar begudes i aliments, crear buits d'aire a les parets i introduir bosses d'aire als estris de cuina. Les característiques de com l'aire condueix la calor fins i tot s'apliquen a l'escuma aïllant.
Conclusió
La conductivitat és el pas de la calor a través d'un cos sòlid. Es diferencia del fenomen de la convecció en què no es produeix cap moviment de matèria en el procés. Ara sabem si l'aire condueix bé la calor i per què.
