Теплопровідність тисячі дев’ятсот вісімдесят чотири Ландау л

теплопровідність

Кожен предмет може служити "містком", за яким перейде тепло від тіла більш нагрітого до тіла менш нагрітого.

Таким містком є, наприклад, чайна ложка, опущена в склянку з гарячим чаєм. Металеві предмети дуже добре проводять тепло. Кінець ложки в склянці стає теплим вже через секунду.

Якщо потрібно перемішувати якусь гарячу суміш, то ручку у мішалки треба зробити з дерева або пластмаси. Ці тверді тіла проводять тепло в 1000 разів гірше, ніж метали. Ми говоримо "проводять тепло", але з таким же успіхом можна було б сказати "проводять холод". Звичайно, властивості тіла не змінюються від того, в який бік йде по ньому потік тепла. У морозні дні ми остерігаємось па вулиці торкатися голою рукою до металу, але без побоювання беремося за дерев'яну ручку.

До поганих провідників тепла - їх також називають теплоизоляторами - відносяться дерево, цегла, скло, пластмаси. З цих матеріалів роблять стіни будинків, печей і холодильників.

До хорошим провідникам відносяться всі метали. Найкращими провідниками є мідь і срібло - вони проводять тепло в два рази краще, ніж залізо.

Звичайно, "містком" для переходу тепла може служити не тільки тверде тіло. Рідини теж проводять тепло, але. багато гірше, ніж метали. За теплопровідності метали перевершують тверді і рідкі неметалеві тіла в сотні разів.

Щоб показати погану теплопровідність води, роблять такий досвід. У пробірці з водою закріплюють на дні шматочок льоду, а верх пробірки підігрівають на газовому пальнику - вода починає кипіти, а лід ще й не думає танути. Якби пробірка була без води і з металу, то шматочок льоду почав би танути майже відразу ж. Вода проводить тепло приблизно в двісті разів гірше, ніж мідь.

Гази проводять тепло в десятки разів гірше, ніж конденсовані неметалеві тіла. Теплопровідність повітря в 20 000 разів менше теплопровідності міді.

Погана теплопровідність газів дозволяє взяти в руку шматок сухого льоду, температура якого -78 ° С, і навіть тримати на долоні краплю рідкого азоту, що має температуру -196 ° С. Якщо не стискати пальцями ці холодні тіла, то "опіку" не буде. Справа полягає в тому, що при дуже енергійному кипінні крапля рідини або шматок твердого тіла покривається "паровою сорочкою" і утворився шар газу служить теплоізолятором.

Сфероїдальних стан рідини - так називається стан, при якому краплі оповиті парою, - утворюється в тому випадку, якщо вода потрапляє на дуже гарячу сковорідку. Крапля окропу, потрапила на долоню, сильно обпікає руку, хоча різниця температур окропу і людського тіла менше різниці температур руки і рідкого повітря. Рука холодніше краплі окропу, тепло йде від краплі, кипіння припиняється і парова сорочка не утворюється.

Неважко здогадатися, що найкращим ізолятором тепла є вакуум - порожнеча. У порожнечі немає переносників тепла, і теплопровідність буде найменшою.

Значить, якщо ми хочемо створити тепловий захист; заховати тепле від холодного або холодну від теплого, то найкраще спорудити оболонку з подвійними стінками і викачати повітря з простору між стінками. При цьому ми стикаємося з наступним цікавим обставиною. Якщо в міру розрідження газу стежити за зміною його теплопровідності, то ми виявимо, що аж до того моменту, коли тиск досягає декількох міліметрів ртутного стовпа, теплопровідність практично не змінюється і лише при переході до більш високого вакууму наші очікування виправдовуються - теплопровідність різко падає.

Для того щоб зрозуміти це явище, треба спробувати наочно уявити собі, в чому полягає явище перенесення тепла в газі.

Передача тепла від нагрітого місця в холодні відбувається шляхом передачі енергії від однієї молекули до сусідньої. Зрозуміло, що зіткнення швидких молекул з повільними зазвичай призводять до прискорення повільних молекул і уповільнення швидких. А це і означає, що гаряче місце стане холодніше, а холодну нагріється.

Як же позначається зменшення тиску на передачу тепла? Так як зменшення тиску знижує щільність, зменшиться і кількість зустрічей швидких молекул з повільними, при яких відбувається передача 'енергії. Це зменшувало б теплопровідність. Однак; з іншого боку, зменшення тиску призводить до збільшення довжини вільного пробігу молекул ,; які, таким чином, переносять тепло на великі відстані, а це сприяє збільшенню теплопровідності. Розрахунок показує, що обидва ефекту врівноважуються, і здатність до передачі тепла не змінюється деякий час при відкачці повітря.

Так буде до тих пір, поки вакуум не стане настільки значним, що довжина пробігу зрівняється з відстанню між стінками судини. Тепер подальше зниження тиску вже не може змінити довжини пробігу молекул, "бовтаються" між стінками, падіння щільності не «врівноважується" і теплопровідність швидко падає пропорційно тиску, доходячи до незначних значень після досягнення високого вакууму. На застосуванні вакууму і заснований пристрій термосів. Термоси дуже поширені, вони застосовуються не тільки для зберігання гарячої і холодної їжі, але і в науці і техніці. В цьому випадку їх називають, на ім'я винахідника, судинами Дьюара. У таких судинах (іноді їх просто називають дьюар) перевозять рідкі повітря, азот, кисень. Пізніше ми розповімо, яким чином ці гази виходять в рідкому стані *.

* (Всякий, хто бачив балони з термосів, помічав, що у них завжди посріблені стінки. А чому? Справа в тому, що теплопровідність, про яку ми говорили, - не єдиний спосіб передачі тепла. Існує ще інший спосіб передачі, про яку ми поговоримо в іншій книзі, - так зване випромінювання. у звичайних умовах він набагато слабкіше, ніж теплопровідність, але все ж цілком помітний. Для ослаблення випромінювання і проводиться сріблення стінок термоса.)