İletkenlik, bir cismin veya malzemenin ısı iletme yeteneğidir. Bunu yaparken, her ikisi de birbiriyle temas halinde olduğu için katı bir nesneden veya bir nesneden diğerine hareket eder. Bu, ısının tüm vücuttan geçmesinin tek yoludur. Soru ortaya çıkıyor: “Hava ve diğer malzemeler ısıyı nasıl iletir?” Makalede öğrenin!
Termal iletkenlik
Bir nesnenin içindeki ısıyı aktarma yeteneğine termal iletkenlik denir. Bu özellik k harfi ile gösterilir ve W / (m × K) cinsinden ölçülür. Isı iletkenlik değerleri farklı malzemeler için değişiklik göstermektedir. Bu nedenle altın, gümüş ve bakırın ısıl iletkenliği yüksektir. Bu arada, bu malzemeler aynı zamanda elektriği iyi iletir. Hava ısıyı nasıl iletir? Cevap kısa: zayıf bir iletken. Altın, gümüş ve bakırın yüksek iletkenliği, yük transferinden sorumlu elektronların da termal enerji transferinde yer almasından kaynaklanmaktadır.
Ancak cam ve mineral yün gibi malzemeler düşük ısı iletkenliğine sahiptir. Bu, katı içinde termal enerjinin transferi için çok az "serbest" elektrona sahip olmaları gerçeğiyle açıklanır. Bu tür malzemelere yalıtkan denir. Isı transfer hızı (yani, termal enerjinin hareket hızı) doğrudan vücudun sahip olduğu termal iletkenliğe, sıcaklık farkına ve temas alanına ve malzemeye bağlıdır. Aynı nedenle havanın ısıyı iyi ilettiği söylenemez.
Malzeme iyi bir ısı iletkeniyse, vücutta hızla hareket eder. Metaller, ısının sirküle edilmesini sağlarken aynı zamanda ısıtma ile ilişkili aşırı sıcaklıklara da dayanma özelliklerine sahip olduklarından, ısı transferi amacıyla yaygın olarak kullanılırlar.
Termal enerjinin ve elektrik yükünün aktarımından elektronlar sorumludur. Bu nedenle metaller ısı ve elektriği iyi iletirler! İşte sorunun cevabı burada yatıyor: "Hava neden zayıf bir ısı iletkenidir?"
Ancak, termal iletkenlik (elektron enerjisi transferi ile ilgili) derken elektriksel iletkenliği (elektronların yüküyle ilgili olan) karıştırmayın.
Deneyimle kanıtlıyoruz
Metal çubuğun bir ucunu alevin üzerinde tutmayı deneyin - birkaç dakika sonra ısınacaktır.
Şimdi tahta bir çubuğun ucunu aleve tutun ve uç o kadar sıcak olacak ki sonunda alev alacak. Ancak, bunun için çubuğun sonudayan, nispeten sakin kal.
Bileşiminden dolayı ısı vücudun hacmine yayılmaz: yapısı elektronların ısıyı malzeme üzerinden iletmesini zorlaştırır.
Dolayısıyla günlük deneyimler, ahşabın iyi bir ısı iletkeni olmadığını gösteriyor. Daha önce mikroskop altında bir ağaç kesiti gördüyseniz, muhtemelen ahşabın yapısını fark etmişsinizdir: birbirine bağlı olmadıkları için yalıtkan görevi gören tek tek hücrelerden oluşur. Hücreler bir deredeki taşlar gibi dağılır. Isı, atomların üç boyutlu bir "kafes" içinde birbirine bağlandığı metallere göre böyle bir malzemede çok daha yavaş hareket eder.
Hava zayıf bir ısı iletkenidir. Günlük yaşam deneyimi şunu gösteriyor: pencerelerin yapısını hatırlayın. Her zaman aralarında bir hava "yastığı" bulunan en az iki bardaktan oluşurlar. Bu katman, ısının dışarı çıkmasına izin vermeden oda içinde kalmasına yardımcı olur.
Yani, termal enerji katı bir nesnenin bir kısmına doğrudan uygulanırsa, nesnedeki elektronlar uyarılır. Bu, nesneden geçen atomik kafes titreşimleriyle sonuçlanır ve geçerken sıcaklığı yükseltir. Bir katı içindeki bağlantılar ne kadar yakınsa, ısı transferi o kadar hızlı olur.
Sıvılar ısıyı zayıf iletir
Su dolu bir test tüpünün dibine bir buz küpü yerleştirirseniz (bunu yapmak için bir ağırlık kullanmanız gerekir, aksi takdirde yüzeyde yüzer, bu nedenlebuzun sudan daha düşük bir yoğunluğa sahip olması gibi) ve ardından tüpün üstündeki suyu ısıtın, suyun tüpün tepesinde kaynayacağını ve buz küpünün donmuş kalacağını göreceksiniz.
Bunun nedeni suyun zayıf bir ısı iletkeni olmasıdır. Isının çoğu, borunun tepesindeki suyun içinde bir konveksiyon akımı içinde hareket edecek, sadece küçük bir kısmı buza batacaktır.
Hava ısıyı nasıl iletir?
Hava bir gazlar topluluğudur. Konveksiyon için mükemmel olmasına rağmen, aktarabileceği ısı miktarı minimumdur çünkü maddenin küçük kütlesi fazla ısı depolayamaz - bu yüzden iyi bir iletken olarak kabul edilmez. Havanın yalıtkan özellikleri insanoğlu tarafından günlük yaşamda kullanılmaktadır. Bu nedenle bir binanın duvarlarındaki soğutucuları yalıtmak için kullanılırlar. Bir termosun çalışması bile havanın ısıyı iyi iletmemesine dayanır. Gerçekten çok fazla örnek var!
Peki bu fenomene ne sebep oluyor? Hava yoğun olmadığı için, ısıl enerjiyi iletim yoluyla iletmek için belirli bir miktarda kütle mevcuttur. Bu nedenle, zayıf bir iletkendir, ancak mükemmel bir yalıtkandır. Yine de, “Hava ısıyı iletir mi?” Sorusunun cevabı. - o kadar açık değil. Bu nedenle, aşağıdaki fenomeni göz önünde bulundurun.
Radyasyon, enerjinin dalgalar veya uyarılmış parçacıklar yoluyla aktarılmasıdır. Hava, termal enerjinin üstesinden gelmesine izin vermeyen bir termal boşluk oluşturur. Yüzeyden ısı yayılmalıdır.hava parçacıkları, daha sonra havadan karşı yüzeye yayılmalıdır. Isı, üç malzeme arasında çok yavaş hareket eder ve aktarılan ısı enerjisinin çoğu havada emilir.
Konveksiyon, ısı absorpsiyonundan dolayı yoğunluğun azalması nedeniyle ısının bir sıvı veya gaz içerisinde hareketidir. Bu durumda, havanın özellikleri son derece kullanışlı hale gelir. Ayrıca yalıtılmış bir kaptan veya boşluktan ısı aktararak yukarı doğru hareket eder. Bu nedenle ısıyı uzaklaştırmak için konveksiyon kullanılır ve yüzeyi soğutmak için kullanılabilir. Havada konveksiyon yoluyla ısı dağılımı biraz verimsizdir, ancak birçok soğutma amacıyla kullanılır. Evet, hava zayıf bir ısı iletkenidir.
Yalıtım Örnekleri
Yalıtım birçok amaç için kullanılır. Bunlardan bazıları içecekleri ve yiyecekleri soğutmak, duvarlarda hava boşlukları oluşturmak ve mutfak eşyalarına hava cepleri sokmak. Havanın ısıyı nasıl ilettiğinin özellikleri yalıtım köpüğü için bile geçerlidir.
Sonuç
İletkenlik, ısının katı bir gövdeden geçişidir. Konveksiyon olgusundan farklıdır, çünkü süreçte hiçbir madde hareketi olmaz. Artık havanın ısıyı iyi iletip iletmediğini ve nedenini biliyoruz.
