Konduktivitet er en krops eller et materiales evne til at overføre varme. Derved bevæger den sig gennem en fast genstand eller fra en genstand til en anden, fordi de begge er i kontakt med hinanden. Dette er den eneste måde for varme at passere gennem hele kroppen. Spørgsmålet opstår: "Hvordan leder luft og andre materialer varme?" Find ud af det i artiklen!
Vermeledningsevne
Evnen til at overføre varme inden i et objekt kaldes termisk ledningsevne. Denne egenskab er angivet med bogstavet k og måles i W / (m × K). Værdierne for termisk ledningsevne varierer for forskellige materialer. Så guld, sølv og kobber har høj varmeledningsevne. Forresten er disse materialer også gode ledere af elektricitet. Hvordan leder luft varme? Svaret er kort: det er en dårlig dirigent. Den høje ledningsevne af guld, sølv og kobber skyldes, at de elektroner, der er ansvarlige for overførslen af ladning, også deltager i overførslen af termisk energi.
Men materialer som glas og mineraluld har lav varmeledningsevne. Dette forklares ved, at de har meget få "frie" elektroner til overførsel af termisk energi inde i det faste stof. Materialer af denne type kaldes isolatorer. Varmeoverførselshastigheden (det vil sige bevægelseshastigheden af termisk energi) afhænger direkte af den termiske ledningsevne, temperaturforskel og kontaktareal og materiale, som kroppen besidder. Af samme grund kan man ikke sige, at luft leder varme godt.
Hvis materialet er en god varmeleder, så bevæger det sig hurtigt gennem kroppen. Metaller er meget udbredt til varmeoverførselsformål, da de har egenskaber, der gør det muligt at cirkulere varme og samtidig modstå de ekstreme temperaturer, der er forbundet med opvarmning.
Det er elektronerne, der er ansvarlige for overførslen af termisk energi, såvel som elektrisk ladning. Derfor er metaller gode ledere af varme og elektricitet! Det er her, svaret på spørgsmålet ligger: "Hvorfor er luft en dårlig varmeleder?"
Du må dog ikke forveksle elektrisk ledningsevne (som er relateret til ladningen af elektroner), når du mener termisk ledningsevne (som er relateret til elektronenergioverførsel).
Vi beviser af erfaring
Prøv at holde den ene ende af en metalstang over en flamme - efter et par minutter vil den varme op.
Hold nu enden af en træpind i en flamme, og enden bliver så varm, at den til sidst vil brænde. Dog slutningen af pinden for hvilkenhold dig fast, hold dig relativt cool.
Varme spredes ikke gennem hele kroppen på grund af dens sammensætning: dens struktur gør det vanskeligt for elektroner at overføre varme gennem materialet.
Daglige erfaringer viser således, at træ ikke er en god varmeleder. Hvis du nogensinde har set en sektion af træ under et mikroskop, har du sikkert bemærket træets struktur: Det består af individuelle celler, der fungerer som isolatorer, fordi de ikke er indbyrdes forbundne. Celler er spredt som sten i et vandløb. Varme bevæger sig meget langsommere gennem et sådant materiale end i metaller, hvor atomerne er bundet sammen i et tredimensionelt "gitter".
Luft er en dårlig varmeleder. Oplevelsen af hverdagen viser: husk vinduernes struktur. De består altid af mindst to glas, mellem hvilke der er en luft-"pude". Dette lag hjælper med at holde varmen i rummet uden at slippe den ud.
Så hvis termisk energi påføres direkte til en del af et fast objekt, bliver elektronerne i objektet exciterede. Dette resulterer i atomiske gittervibrationer, der bevæger sig gennem objektet, hvilket hæver temperaturen, når de passerer. Jo tættere led i et fast stof er, jo hurtigere er varmeoverførslen.
Væsker er dårlige varmeledere
Hvis du fikserer en isterning i bunden af et reagensglas med vand (du skal bruge en vægt for at gøre dette, ellers flyder den på overfladen, såligesom is har en lavere densitet end vand) og derefter opvarme vandet i toppen af røret, vil du opdage, at vandet vil koge i toppen af røret, og isterningen forbliver frossen.
Dette skyldes, at vand er en dårlig varmeleder. Det meste af varmen vil bevæge sig i en konvektionsstrøm inde i vandet i toppen af røret, kun en lille del af det vil synke til isterningen.
Hvordan leder luft varme?
Luft er en samling af gasser. Selvom den er fremragende til konvektion, er den mængde varme, den kan overføre, minimal, fordi den lille stofmasse ikke kan lagre meget varme – hvorfor den ikke anses for at være en god leder. Luftens isolerende egenskaber bruges af menneskeheden i hverdagen. Så de bruges til at isolere kølere i en bygnings vægge. Selv en termokandes arbejde er baseret på, at luft ikke leder varme godt. Der er rigtig mange eksempler!
Så hvad forårsager dette fænomen? Fordi luft ikke er tæt, er der en vis mængde masse tilgængelig til at overføre termisk energi gennem ledning. Derfor er det en dårlig leder, men en fremragende isolator. Ikke desto mindre er svaret på spørgsmålet: "Leder luft varme?" - ikke så entydigt. Så overvej følgende fænomener.
Stråling er overførsel af energi gennem bølger eller exciterede partikler. Luften skaber et termisk hul, der ikke tillader termisk energi at overvinde det. Der skal udstråles varme fra overfladen tilluftpartikler, så skal det udstråles fra luften til den modsatte overflade. Varme bevæger sig meget langsomt mellem de tre materialer, og det meste af den overførte varmeenergi absorberes i luften.
Konvektion er bevægelsen af varme gennem en væske eller gas på grund af et fald i densitet på grund af varmeabsorption. I dette tilfælde bliver luftens egenskaber ekstremt nyttige. Den bevæger sig også opad ved at overføre varme fra en isoleret beholder eller rum. Derfor bruges konvektion til at fjerne varme og kan bruges til at køle overfladen. Fordelingen af varme gennem konvektion i luft er noget ineffektiv, men den bruges til mange køleformål. Ja, luft er en dårlig varmeleder.
Eksempler på isolering
Isolering bruges til mange formål. Nogle af disse omfatter afkøling af drikkevarer og mad, skabelse af luftsp alter i vægge og indføring af luftlommer i køkkenredskaber. Egenskaber ved, hvordan luft leder varme, gælder endda for isoleringsskum.
Konklusion
Konduktivitet er passage af varme gennem et fast legeme. Det adskiller sig fra fænomenet konvektion ved, at der ikke sker nogen bevægelse af stof i processen. Nu ved vi, om luft leder varme godt, og hvorfor.
