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 (рис. 23, 24). 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
Рис. 23. Опыт, доказывающий теплопроводность металлической пластинки (кнопки приклеены к пластине легкоплавким веществом)
Опыт, доказывающий низкую теплопроводность воды
Рис. 24. Опыт, доказывающий низкую теплопроводность воды

Нагревая верхний конец пробирки с водой (рис. 24), 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 (рис. 25). 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)
Рис. 25. 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 (рис. 26).

Зимующие под снегом животные
Рис. 26. Зимующие под снегом животные

  1. Почему от нагретых участков твердого тела теплота передается менее нагретым его участкам? Как называется такое явление?
  2. В связи с чем жидкие и газообразные тела — плохие проводники теплоты по сравнению с твердыми телами?
  3. С чем связана теплопроводность неживых тел?
  4. Чем явление конвекции отличается от явления теплопроводности?
  5. Какое явление называют излучением тепла или лучеиспусканием?
Биология: