Γιατί η μεταφορά της θερμικής ενέργειας μέσω της αγωγιμότητας συμβαίνει πιο γρήγορα σε ένα στερεό από το αέριο;
1. Πυκνότητα και εγγύτητα σωματιδίων:
* στερεά: Τα σωματίδια σε στερεά είναι σφιχτά συσκευασμένα μαζί, με πολύ λίγο χώρο μεταξύ τους. Αυτή η στενή εγγύτητα επιτρέπει συχνότερες συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων, διευκολύνοντας την ταχεία μεταφορά της κινητικής ενέργειας (θερμότητα).
* αέρια: Τα σωματίδια στα αέρια είναι πολύ πιο μακριά, με πολύ κενό χώρο μεταξύ τους. Αυτή η μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ των σωματιδίων έχει ως αποτέλεσμα λιγότερες συγκρούσεις και βραδύτερη μεταφορά ενέργειας.
2. Δονητικές λειτουργίες:
* στερεά: Τα άτομα σε ένα στερεό κρατούνται σε μια σταθερή δομή πλέγματος, επιτρέποντάς τους να δονείται και να μεταφέρει ενέργεια μέσω του στενά συνδεδεμένου δικτύου τους. Αυτή η οργανωμένη δόνηση συμβάλλει στην αποτελεσματική αγωγιμότητα θερμότητας.
* Αέρια: Τα μόρια αερίου έχουν πολύ περισσότερη ελευθερία κίνησης, με την κίνηση τους να είναι κυρίως μεταφραστική (μετακινούνται από το ένα μέρος στο άλλο). Αυτή η τυχαία κίνηση οδηγεί σε λιγότερο αποτελεσματική μεταφορά ενέργειας σε σύγκριση με τους οργανωμένους δονήσεις σε στερεά.
3. Δωρεάν ηλεκτρόνια:
* μέταλλα: Πολλά μέταλλα έχουν δωρεάν ηλεκτρόνια που μπορούν να κινηθούν σε όλο το υλικό. Αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν εύκολα να απορροφήσουν τη θερμική ενέργεια και να τα μεταφέρουν γρήγορα μέσω του υλικού, καθιστώντας τους εξαιρετικούς αγωγούς θερμότητας.
* Αέρια: Τα αέρια έχουν συνήθως πολύ λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια, περιορίζοντας την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς θερμότητας με αυτόν τον μηχανισμό.
Συνοπτικά:
Η στενότερη εγγύτητα των σωματιδίων, οι οργανωμένοι δονητικοί τρόποι σε στερεά και η παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων σε μέταλλα συμβάλλουν όλα σε σημαντικά ταχύτερη μεταφορά θερμικής ενέργειας μέσω της αγωγιμότητας σε στερεά σε σύγκριση με τα αέρια.
