Теплопроводность тел. Конвекция и излучение

Все неживые тела способны передавать тепло от более нагретых участков тела к менее нагретым, т.е. они обладают теплопроводностью. Наибольшая теплопроводность свойственна, как правило, твердым телам, а газообразные и жидкие тела — плохие проводники тепла.

В высокой теплопроводности твердых тел и низкой теплопроводности жидкостей можно убедиться при проведении опытов. При внесении в пламя свечи кончика гвоздя другой его конец становится теплым, а затем таким горячим, что его нельзя удержать рукой. При нагревании части камня другая его часть тоже становится горячей (капля воды, выпущенная из пипетки на эту часть камня, шипит и высыхает).

Опыт, доказывающий теплопроводность металлической пластинки
Опыт, доказывающий теплопроводность металлической пластинки (кнопки приклеены к пластине легкоплавким веществом)
Опыт, доказывающий низкую теплопроводность воды
Опыт, доказывающий низкую теплопроводность воды

Нагревая верхний конец пробирки с водой, мы долго не почувствуем повышения температуры воды в нижнем конце пробирки.

Теплопроводность воздуха еще ниже, чем теплопроводность воды. Человек давно подметил эту особенность воздуха и использует ее в быту. На зиму, например, в домах вставляют двойные рамы со стеклами и заклеивают щели в рамах так, чтобы и комнатный, и уличный воздух не проникали в пространство между ними. Нагреваясь у поверхности стекла, обращенного в сторону комнаты, воздух плохо передает теплоту в сторону стекла, находящегося со стороны улицы, и таким образом сохраняет тепло в помещении.

Теплопроводность неживых тел связана с хаотическим (беспорядочным) движением частиц веществ, из которых образованы эти тела. При нагревании части тела движение частиц в ней увеличивается и теплота распространяется по всему телу.

Более высокая теплопроводность многих твердых тел неживой природы по сравнению с жидкими и газообразными телами объясняется тем, что частицы образующих их веществ располагаются ближе друг к другу, чем в веществах жидкостей и газов.

Жидкие и газообразные тела — плохие проводники тепла. Однако каждый из нас знает, что вода в чайнике, поставленном на огонь, быстро нагревается и температура ее во всей емкости становится высокой. Нагревается быстро и воздух в комнате при подключении источника тепла, например батареи водяного отопления. Передача тепла в этих двух случаях происходит не благодаря движению частиц, а путем перемещения нагретых участков тел. Убедиться в этом можно при проведении опыта. При нагревании нижней части пробирки с водой быстро нагревается и вода в верхней ее части. Происходит это потому, что внизу пробирки при нагревании вода расширяется и становится более легкой. Холодная вода верхней части пробирки под действием силы тяжести опускается вниз и вытесняет теплую воду из нижнего слоя вверх.

Передача теплоты путем конвекции (в пробирке вода)
Передача теплоты путем конвекции (в пробирке вода)

Подобным образом выравнивается и температура воздуха в комнате. Воздух, нагретый батареей водяного отопления, вытесняется частями менее нагретого и более тяжелого воздуха.

Теплый воздух поднимается вверх, а холодный, вытесняя его, занимает место теплого воздуха.

Перемешивание различно нагретых слоев жидкости или газа под действием силы тяжести называется конвекцией.

Солнце излучает тепловые лучи. Часть их попадает на Землю, поглощается ею и телами, имеющимися на ней. Нагретые тела отдают тепло в окружающее их пространство. Отдачу телами тепла в окружающее пространство называют излучением или лучеиспусканием.

Способность неживых тел к нагреванию и охлаждению, теплопроводности, а также передача теплоты путем конвекции и лучеиспускания, имеют огромное значение для живых тел, или организмов. Так, плохая теплопроводность снежного покрова позволяет некоторым мелким животным (полевые мыши, полевки) вести зимой активную жизнь и сохраняет зимующие растения от вымерзания.

Зимующие под снегом животные
Зимующие под снегом животные