Теплопроводность

Внутренняя энергия, как и всякий, иной вид энергии, может передаваться от одного тела к другому. Мы уже рассмотрели один из примеров такой передачи — передачу энергии от горячей воды к холодной ложке. Такой вид теплопередачи называется: теплопроводностью.

Теплопроводность можно наблюдать на следующем опыте. Закрепляют один конец толстой медной проволоки в штативе, а к проволоке прикрепляют воском несколько гвоздиков (рис. 183). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится, и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Как происходит передача энергии по проволоке?

Сначала горячее пламя вызывает усиление колебательного движения частиц металла в одном конце проволоки и температура его повышается. Потом это усиление движения передается соседним частицам, и скорость их колебаний также увеличивается, т. е. повышается температура следующей части проволоки. Затем увеличивается скорость колебания следующих частиц и т. д. При этом очень важно заметить, что при теплопроводности само вещество не перемещается от одного конца тела к другому.

Различные вещества имеют разную теплопроводность. В этом можно убедиться на опыте, в котором энергия передается по стержням из разных металлов (рис. 184). И из жизненного опыта мы знаем, что одни вещества имеют большую теплопроводность, чем другие. Железный гвоздь, например, нельзя долго нагревать, держа в руке, а горящую спичку можно держать до тех пор, пока пламя не коснется руки.

Большую теплопроводность имеют металлы, особенно серебро и медь.

У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, теплопроводность невелика. У газов теплопроводность еще меньше. Ведь молекулы их находятся далеко друг от друга и передача движения от одной молекулы к другой затруднена.

Шерсть, пух, мех и другие пористые тела между своими волокнами содержат воздух и поэтому обладают плохой теплопроводностью. Вот почему шерсть, мех, пух защищают животных от охлаждения. Защищает животных от охлаждения и жировой слой, который имеется у водоплавающих птиц, у китов, моржей, тюленей.

Самую малую теплопроводность имеет вакуум — сильно разреженный газ. Объясняется это тем, что теплопроводность, т. е. перенос энергии от одной части тела к другой, осуществляют молекулы или другие частицы, — следовательно, там, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Вещества с малой теплопроводностью применяют там, где необходимо сохранять энергию. Например, кирпичные стены помогают сохранять внутреннюю энергию в помещении. Можно предохранить тела, и от нагревания, например лед в погребе сохраняют, обкладывая погреб соломой, опилками и землей, которые обладают плохой теплопроводностью.

Вопросы. 1. На каком опыте можно наблюдать передачу внутренней энергии твердым телом? 2. Как происходит передача энергии по металлической проволоке? 3. Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность? Где их применяют?

Упражнения. 1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания? 2. Объясните, почему солома, сено, сухие листья обладают плохой теплопроводностью. 3. Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок, теплопроводность льда в 21,6 раза больше, чем свежевыпавшего снега (снег состоит из мелких кристалликов льда). Чем объяснить такую разницу? 4. Почему выражение «шуба греет» неверно? 5. Ножницы и карандаши, лежащие на столе, имеют одинаковую температуру. Почему же на ощупь ножницы кажутся холоднее? 6. Объясните, каким образом мех, пух, перья на теле животных, а также одежда человека защищают от холода.