Теплопроводность

Размешивая горячий чай холодной ложкой, мы заметим, что в какой-то момент ложка тоже станет горячей, особенно если она сделана из дешёвых материалов. Происходит это из-за того, что при соприкосновении двух тел их молекулы начинают взаимодействовать друг с другом: молекула горячего тела А, которая двигается с большой скоростью, начинает толкать молекулы холодного тела Б, которые двигаются с маленькой скоростью. Спустя какое-то время скорость движения молекул станет одинаковой, что будет говорить о том, что температура тел уравнялась. Важно понимать, что если мы положим ложку, температура которой $20^\circ\text{C}$, в чай, температура которого $80^\circ\text{C}$, то спустя время чай не нагреется до $100^\circ\text{C}$, а ложка не охладится до $0^\circ\text{C}$. Для процесса теплопроводности необязательно соприкосновение двух тел, ведь тепло может передаваться внутри одного тела: от более горячего участка тела к более холодному. Опять же, в этом можно убедиться на примере ложки, которая не полностью погружена в горячий чай, но спустя время нагревается и та часть, которая не погружена в чай. Теплопроводность – это процесс переноса тепловой энергии от более нагретых тел или участков тела к менее нагретым.

Теплоизоляция

Зачастую газы хуже всего проводят тепло, и этим активно пользуются многие животные. Они к осени отращивают некий подшёрсток, который придаёт объём и хорошо задерживает воздух, то есть газ, который плохо проводит тепло, что помогает им согреться. По такому же принципу работает термос. Внутри у него не одна колба, а две, вставленные друг в друга, и между их стенками откачан воздух – получается вакуум. Тепло попросту не может пройти через пустоту ни теплопроводностью, ни конвекцией: передавать его там нечем. Остаётся излучение, но и с ним борются – стенки колбы делают зеркальными, чтобы они отражали тепловые лучи обратно внутрь. Также многие строительные материалы устроены подобным образом. Внутри себя они сохраняют некий объём воздуха, который не пропускает тепло: стеклопакетные окна, пеногазосиликатные блоки, пенопласт и другие утеплители.

рисунок устройства термоса

Металлы и теплопроводность

Но твёрдые тела, особенно металлы, лучше всего проводят тепло. Например, человек использует металлы для готовки: металлическая кастрюля, чайник или сковородка гораздо лучше передают тепло от конфорки пище. Металлические батареи гораздо лучше передают тепло горячей воды в нашу комнату. Различные металлические радиаторы используются для охлаждения компьютеров, автомобилей, двигателей и прочей техники.

Как вы помните, зачастую металлы проводят электричество. Если заглянуть внутрь провода, то мы увидим медное сечение. О том, почему металлы хорошо проводят электричество, мы поговорим в теме о силе тока. Но пока что мы можем сказать, что в металлах содержится большое количество электронов, которые могут передавать не только электричество, но и тепло.

Скорость теплопроводности

Если вы сейчас найдёте в вашей комнате какой-нибудь металлический предмет, например ножницы или ложку, и какой-нибудь пластиковый либо деревянный предмет, например ручку или карандаш, и возьмёте два этих предмета в разные руки, то вы заметите, что металлический предмет будет казаться более холодным, чем деревянный или пластмассовый. Но два этих предмета находились в вашей комнате достаточно давно для того, чтобы температура двух этих тел стала одинаковой. Причина, по которой температура двух этих тел кажется разной, заключается в разной скорости теплопроводности. Дело в том, что металлы зачастую гораздо быстрее передают тепло, нежели другие тела. Поэтому мы и ощущаем их холодными: они гораздо быстрее отнимают тепло нашего тела.