Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. На прошлой лекции мы с вами выяснили, что тело обладает энергией, не только потому что оно движется как единое целое и не только потому что оно может взаимодействовать с другими телами. Т.е не только потому что оно обладает механической энергией, но еще тело обладает энергией потому что молекулы, которые входят в состав этого тела движутся, т.е обладают кинетической энергией хаотического движения и потому что они взаимодействуют друг с другом, но не с другими телами. Как называется эта энергия? Внутренняя энергия. И мы с вами выяснили, что существую два способа изменения внутренней энергии. Какие? Совершение работы над телом или работа самого тела и теплопередача. Давайте вспомним, что такое теплопередача.
Теплопередача - это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы.
А как называется энергия, которое получило тело в результате теплопередачи? Количество теплоты. Давайте так же еще раз вспомним определение количества теплоты.
Количество теплоты - это энергия получаемая или передаваемая телом в процессе теплопередачи.
И вот сегодня мы подробнее будем говорить о различных видах теплопередачи. И так первый вид теплопередачи называется теплопроводность.
Давайте познакомимся с этим явлением на опыте...
Теперь давайте подумаем, что у нас получается со стержнями в опыте...раз температура у нас в средних частях медного и железного стержней увеличивается, то что происходит со внутренней энергией этих участков? Энергия этих участков увеличивается. Откуда они получили эту внутреннюю энергию? Они получили эту энергию от более нагретых концов стержней. Т.е энергия у нас перемещается от более нагретых участков к менее нагретым участкам. И у меди это получается лучше, у нее этот процесс происходит быстрее. А давайте попробуем объяснить почему так получается? Давайте вспомним, что все тела состоят из молекул, а молекулы взаимодействую друг с другом. Скорость движения молекул в меди быстрее увеличивается, чем в железе, поэтому медь быстрее нагревается и соответственно быстрее передает свою внутреннюю энергию пластилину, в следствии чего он плавится и монетки отваливаются. А почему энергия одной молекулы передается к другой? Было бы это, если бы молекулы не взаимодействовали друг с другом? Нет. А каким образом передается энергия? Это энергия связанная с температурой. Как называется такая энергия? Кинетическая энергия. Причем, это энергия хаотического движения молекул. Т.е из-за того, что молекулы движутся, из-за того, что они взаимодействуют друг с другом энергия передается от более нагретых частей прутка к менее нагретым его частям тела. И вот это явление и называется теплопроводностью. Давайте сформулируем строгое определение теплопроводности.
Теплопроводность - это передача энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым в следствии движения и взаимодействия молекул.
На рисунке в видеоролике выше мы можем указать направление распространения энергии от концов стержня к их серединам. При этом подразумевается внутренняя энергия. И судя по всему молекулы меди сильнее взаимодействуют друг с другом, поскольку, как говорят, медь обладает большей теплопроводностью. И на примере этих двух веществ мы можем видеть, что разные вещества обладают разной теплопроводностью. И давайте еще обратим внимание на очень важный факт. Скажите пожалуйста в процессе теплопроводности энергия передается? Это мы видели. А переносится ли вещество. Происходит ли движение самого вещества в процессе теплопроводности? Нет, проволоки неподвижны. Но энергия по ним распространяется от более нагретых частей к менее нагретым. Это напоминает такую ситуацию...представьте себе, что на уроке физкультуры вы сидите на скамейке в один ряд. Плотно рядышком, вас много человек, скамейка при этом не такая уж большая. Т.е вы плотно сидите, и вы взаимодействуете. И вот с краю кто-то самый шустрый начинает шевелиться...рядом с ним тоже кто-то начинает приходить в движение и постепенно вся скамейка начинает шевелиться. При этом энергия передается, но при этом каждый из вас остается на скамейке на своем месте. Т.е переноса вещества не происходит. И так отметим этот очень важный факт. Теплопроводность не сопровождается переносом вещества. А теперь рассмотрим различные вещества, начиная с тех, которые обладают лучшей теплопроводностью и заканчивая теми, которые обладают самой низкой теплопроводностью. Стоит отметить, на всякий случай, что теплопроводность это физическая величина. Существует так называемый коэффициент теплопроводности, пока мы не будем изучать его, но во всяком случае у тех веществ, которые сейчас мы назовем в первую очередь самый высокий коэффициент теплопроводности, а дальше все меньше и меньше.
Ну а теперь давайте вернемся к тому вопросу, который звучал на одном из первых занятий по теме тепловых явлений и показывал неадекватность субъективного восприятия температуры различных предметов...давайте еще раз этот момент вспомним...
И давайте разберем достаточно бытовой вопрос, но имеющий непосредственное отношение к теплопроводности. Почему шуба греет? Как вы думаете? Тепло, которое выделяется человеческим телом шубой сохраняется, так как у шубы плохая теплопроводность, т.е шуба ничего не греет, а, просто, не дает нашему телу отдавать тепло в окружающую среду. Ощущение холода возникает тогда, когда охлаждается наша кожа. Если окружить нашу кожу, чем-то, что обладает низкой теплопроводностью, то кожа при этом не будет охлаждаться и в результате мы будет ощущать тепло. Поэтому, можно сказать условно, что шуба греет. А если взять какой-нибудь костюм, сделанный не из пористого вещества, например, резиновый водолазный костюм, то мы вряд ли зимой в нем будем себя хорошо чувствовать на улице и нам будет очень холодно. Но тогда возникает другой вопрос: в странах средней Азии, где очень жарко - температура выше 40 градусов, почему-то жители кутаются в теплые халаты. Зачем они это делают? Так как у халатов плохая теплопроводность, то халаты уже из окружающей среды не пропускают тепло к человеческому телу. Кстати, кто, например, был в Узбекистане или странах Средней Азии знают, что так очень любят пить чай. Сидят в халатах, пью чай и при большой температуре на улице, при этом очень хорошо себя чувствуют. Как вы думаете зачем они пьют чай? Они потеют...и поэтому за счет испарения они часть энергии отдают. Оказывается на то чтобы испарялась жидкость требует довольно много энергии, об этом мы будем позже немного разговаривать, но пока оставим это на будущее. И так мы рассмотрели с вами первый механизм теплопередачи, который называется теплопроводность. И еще раз отметим себе, что теплопроводность не сопровождается переносом вещества. Энергия передается, а вещество не передается.
Теперь мы рассмотрим другое явление, которое тоже является одним из видов теплопередачи: конвекция.
Теперь давайте рассмотрим конвекцию в жидкости.
И давайте еще раз повторим, что такое конвекция
Конвекция - это перенос внутренней энергии струями жидкости или газов.
И давайте теперь зарисуем на схеме конвекцию жидкости и конвекцию газа.
И так давайте разберемся в чем же состоит принципиальная разница между теплопроводностью и конвекцией.
Если происходит передача тепла путем теплопроводности, то что происходит с веществом? Энергия при этом передается от молекулы к молекуле, при этом молекулы "стоят" на месте и переноса вещества при этом не происходит. А при конвекции происходит перенос вещества. Конвекция - это перенос энергии, который происходит струями жидкости или газа. А возможна ли конвекция в твердых телах? Нет, не возможна, потому что твердые тела не обладают свойством, которое нужно для конвекции - они не обладают текучестью. В случае конвекции жидкости или газа движение воздуха или жидкости происходило благодаря тепловому расширению и такой вид конвекции называется естественная конвекция. Есть еще один вид конвекции - принудительная конвекция, когда специальный вентилятор, воздух, который нагревается от спирали, по которой течет электрический ток заставляет его двигаться. Как, например, это происходит в обогревательных устройствах, которые мы называем тепло вентиляторами или по научному конвекторами.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.