Πώς τα σωματίδια σε μια υλικά διεξάγουν θερμότητα;
Σε στερεά:
* μέταλλα: Τα μέταλλα είναι εξαιρετικοί αγωγοί θερμότητας λόγω της παρουσίας ελεύθερων ηλεκτρονίων. Αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν εύκολα να κινηθούν σε όλο το μεταλλικό πλέγμα, μεταφέροντας την κινητική ενέργεια (θερμότητα) μαζί τους. Όταν ένα άκρο ενός μεταλλικού αντικειμένου θερμαίνεται, τα ηλεκτρόνια σε αυτό το άκρο κερδίζουν κινητική ενέργεια και συγκρούονται με γειτονικά ηλεκτρόνια, μεταφέροντας γρήγορα την ενέργεια θερμότητας σε όλο το υλικό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μέταλλα αισθάνονται κρύα στην αφή ακόμη και αν βρίσκονται σε θερμοκρασία δωματίου - εκτελούν τη θερμότητα μακριά από το χέρι σας γρήγορα.
* Μη μέταλλα: Τα μη μέταλλα έχουν ασθενέστερους δεσμούς και λιγότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια από τα μέταλλα. Η αγωγιμότητα θερμότητας συμβαίνει μέσω των κραδασμών εντός της δομής του πλέγματος. Όταν ένα άκρο θερμαίνεται, τα άτομα δονείται γρηγορότερα, μεταφέροντας ενέργεια στους γείτονές τους μέσω συγκρούσεων. Αυτή η διαδικασία είναι πιο αργή από ό, τι στα μέταλλα, καθιστώντας τους μη μέταλλα γενικά φτωχότερους αγωγούς θερμότητας.
* μονωτήρες: Οι μονωτήρες, όπως το ξύλο, το καουτσούκ ή το πλαστικό, έχουν πολύ αδύναμους δεσμούς και περιορισμένα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Μεταφέρουν τη θερμότητα πολύ άσχημα καθώς οι δονήσεις μέσα στο πλέγμα είναι αργές και αναποτελεσματικές.
σε υγρά:
* υγρά είναι γενικά καλύτεροι αγωγοί θερμότητας από τα αέρια λόγω της στενότερης απόστασης των μορίων. Η μεταφορά θερμότητας συμβαίνει μέσω συγκρούσεων μεταξύ μορίων. Όσο υψηλότερη είναι η πυκνότητα και τόσο ισχυρότερες είναι οι διαμοριακές δυνάμεις, τόσο καλύτερη είναι η θερμική αγωγιμότητα.
* CONVECTION: Τα υγρά μπορούν επίσης να μεταφέρουν θερμότητα μέσω μεταφοράς, όπου αυξάνεται θερμότερο, λιγότερο πυκνό υγρό, ενώ πιο δροσερό, πυκνότερο υγρό νεροχύτες. Αυτό δημιουργεί έναν κύκλο μεταφοράς θερμότητας.
σε αέρια:
* ΑΥΤΗ έχουν τη χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα, καθώς τα μόρια είναι πολύ μακριά και οι συγκρούσεις είναι σπάνιες. Η μεταφορά θερμότητας συμβαίνει κυρίως μέσω συγκρούσεων μεταξύ μορίων.
* CONVECTION: Τα αέρια μεταφέρουν επίσης τη θερμότητα μέσω της μεταφοράς, με θερμότερο, λιγότερο πυκνό αέριο και πιο δροσερό, πυκνότερο αέριο βύθιση.
Περίληψη:
* μέταλλα: Δωρεάν ηλεκτρόνια
* Μη μέταλλα: Δονήσεις πλέγματος
* μονωτήρες: Πολύ περιορισμένο ηλεκτρονικό ή δονήσεις πλέγματος
* υγρά: Συγκρούσεις μεταξύ μορίων και μεταφοράς
* Αέρια: Συγκρούσεις μεταξύ μορίων και μεταφοράς
Ο ρυθμός αγωγιμότητας θερμότητας επηρεάζεται από:
* Τύπος υλικού: Τα μέταλλα διεξάγουν θερμότητα πιο εύκολα από τους μη μέταλλα και τους μονωτές.
* Διαφορά θερμοκρασίας: Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας, τόσο ταχύτερη είναι η μεταφορά θερμότητας.
* Πάχος υλικού: Όσο πιο λεπτό είναι το υλικό, τόσο πιο γρήγορα είναι η μεταφορά θερμότητας.
* επιφάνεια: Όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια, τόσο ταχύτερη μεταφορά θερμότητας.
Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα σωματίδια διεξάγουν θερμότητα είναι ζωτικής σημασίας για πολλές εφαρμογές, όπως το σχεδιασμό της θερμομόνωσης, την επιλογή υλικών για τα σκεύη μαγειρέματος και την κατανόηση της δυναμικής της κλιματικής αλλαγής.
