İstilik keçiriciliyi hadisəsi iki cismin bilavasitə təmasda olan enerjinin heç bir maddə mübadiləsi və ya onun mübadiləsi olmadan istilik şəklində ötürülməsidir. Bu vəziyyətdə, enerji daha yüksək temperaturlu bir bədəndən və ya bədənin bölgəsindən daha aşağı temperaturlu bir bədənə və ya bölgəyə keçir. İstilik ötürülməsinin parametrlərini təyin edən fiziki xarakteristikası istilik keçiriciliyidir. İstilik keçiriciliyi nədir və fizikada necə təsvir olunur? Bu məqalə bu suallara cavab verəcək.
İstilik keçiriciliyi və onun təbiəti haqqında ümumi anlayış
Fizikada istilik keçiriciliyinin nə olduğu sualına sadə dillə cavab versəniz, demək lazımdır ki, iki cisim və ya eyni cismin müxtəlif sahələri arasında istilik ötürülməsi zərrəciklər arasında daxili enerji mübadiləsi prosesidir. bədəni təşkil edir (molekullar, atomlar, elektronlar və ionlar). Daxili enerjinin özü iki mühüm hissədən ibarətdir: kinetik enerji və potensial enerji.
Bunun təbiəti baxımından fizikada istilik keçiriciliyi nədirdəyərlər? Mikroskopik səviyyədə materialların istilik keçirmə qabiliyyəti onların mikrostrukturundan asılıdır. Məsələn, mayelər və qazlar üçün bu fiziki proses molekullar arasında xaotik toqquşmalar nəticəsində baş verir; bərk cisimlərdə ötürülən istiliyin əsas payı sərbəst elektronlar (metal sistemlərdə) və ya fononlar (qeyri-metal maddələr) arasında enerji mübadiləsinə düşür.), kristal şəbəkənin mexaniki vibrasiyalarıdır.
İstilik keçiriciliyinin riyazi təsviri
İstilik keçiriciliyi nədir sualına riyazi baxımdan cavab verək. Homojen bir cismi götürsək, onun vasitəsilə müəyyən bir istiqamətdə ötürülən istilik miqdarı istilik ötürmə istiqamətinə perpendikulyar olan səth sahəsinə, materialın özünün istilik keçiriciliyinə və cismin uclarındakı temperatur fərqinə mütənasib olacaqdır. bədən qalınlığı ilə tərs mütənasib olacaq.
Nəticə düsturdur: Q/t=kA(T2-T1)/x, burada Q/t - t vaxtında bədən vasitəsilə ötürülən istilik (enerji), k - nəzərdən keçirilən gövdənin hazırlandığı materialın istilik keçiricilik əmsalı, A - bədənin kəsişmə sahəsi, T2 -T 1 - bədənin uclarında temperatur fərqi, T2>T1, x - istilik Q-nun ötürüldüyü bədənin qalınlığı.
İstilik enerjisini ötürmə üsulları
Materialların istilik keçiriciliyinin nə olduğu sualını nəzərə alaraq, istilik ötürmənin mümkün üsullarını qeyd etməliyik. İstilik enerjisi istifadə edərək müxtəlif cisimlər arasında ötürülə biləraşağıdakı proseslər:
- keçiricilik - bu proses maddənin ötürülməsi olmadan gedir;
- konveksiya - istilik ötürülməsi birbaşa maddənin özünün hərəkəti ilə bağlıdır;
- radiasiya - istilik transferi elektromaqnit şüalanması hesabına, yəni fotonların köməyi ilə həyata keçirilir.
İstiliyin ötürülmə və ya konveksiya proseslərindən istifadə edərək ötürülməsi üçün müxtəlif cisimlər arasında birbaşa təmas lazımdır, fərqlə ki, keçirmə prosesində maddənin makroskopik hərəkəti olmur, lakin prosesdə. konveksiya bu hərəkət mövcuddur. Nəzərə alın ki, mikroskopik hərəkət bütün istilik ötürmə proseslərində baş verir.
Bir neçə onlarla dərəcə Selsi olan normal temperaturlar üçün demək olar ki, ötürülən istiliyin əsas hissəsini konveksiya və keçiricilik təşkil edir və radiasiya prosesində ötürülən enerjinin miqdarı cüzidir. Bununla belə, radiasiya bir neçə yüz və minlərlə Kelvin temperaturda istilik ötürmə prosesində böyük rol oynamağa başlayır, çünki bu şəkildə ötürülən Q enerjisinin miqdarı mütləq temperaturun 4-cü gücünə, yəni ∼ T-yə mütənasib olaraq artır. 4. Məsələn, günəşimiz enerjisinin böyük hissəsini radiasiya hesabına itirir.
Bərk cisimlərin istilik keçiriciliyi
Bərk cisimlərdə hər bir molekul və ya atom müəyyən mövqedə olduğundan və onu tərk edə bilməyəcəyindən istiliyin konveksiya ilə ötürülməsi mümkün deyil və yeganə mümkün proseskeçiricilik. Bədən istiliyinin artması ilə onu təşkil edən hissəciklərin kinetik enerjisi artır və hər bir molekul və ya atom daha intensiv rəqs etməyə başlayır. Bu proses onların qonşu molekullar və ya atomlarla toqquşmasına gətirib çıxarır, belə toqquşmalar nəticəsində bədənin bütün hissəcikləri bu proseslə əhatə olunana qədər kinetik enerji hissəcikdən zərrəciklərə ötürülür.
Təsvir olunan mikroskopik mexanizm nəticəsində metal çubuğun bir ucu qızdırıldıqda, temperatur bir müddət sonra bütün çubuqda bərabərləşir.
Müxtəlif bərk materiallarda istilik bərabər şəkildə ötürülmür. Beləliklə, yaxşı istilik keçiriciliyinə malik materiallar var. İstiliyi asanlıqla və tez keçirlər. Amma zəif istilik keçiriciləri və ya izolyatorlar da var ki, onlardan çox az istilik keçə bilər.
Bərk cisimlər üçün istilik keçiricilik əmsalı
Bərk cisimlər üçün istilik keçiricilik əmsalı k aşağıdakı fiziki mənaya malikdir: o, vahid qalınlığa və sonsuz uzunluğa və enə malik hər hansı bir cismin temperatur fərqi ilə vahid səth sahəsindən vahid zamanda keçən istilik miqdarını göstərir. onun ucları bir dərəcəyə bərabərdir. Beynəlxalq SI vahidlər sistemində k əmsalı J/(smK) ilə ölçülür.
Bərk cisimlərdə bu əmsal temperaturdan asılıdır, ona görə də istilik keçirmə qabiliyyətini müqayisə etmək üçün onu 300 K temperaturda təyin etmək adətdir.müxtəlif materiallar.
Metallar və qeyri-metal sərt materiallar üçün istilik keçiricilik əmsalı
Bütün metallar, istisnasız olaraq, yaxşı istilik keçiriciləridir, onların ötürülməsi üçün elektron qazdan məsuldurlar. Öz növbəsində, ion və kovalent materiallar, eləcə də lifli quruluşa malik materiallar yaxşı istilik izolyatorlarıdır, yəni istiliyi zəif keçirirlər. İstilik keçiriciliyinin nə olduğu sualının açıqlanmasını başa çatdırmaq üçün qeyd etmək lazımdır ki, bu proses konveksiya və ya keçiricilik səbəbindən həyata keçirilirsə, maddənin məcburi mövcudluğunu tələb edir, buna görə də vakuumda istilik yalnız bunun sayəsində ötürülə bilər. elektromaqnit şüalanma.
Aşağıdakı siyahı J/(smK) ilə bəzi metallar və qeyri-metallar üçün istilik keçiricilik əmsallarının dəyərlərini göstərir:
- polad - polad növündən asılı olaraq 47-58;
- alüminium - 209, 3;
- bürünc - 116-186;
- sink - təmizlikdən asılı olaraq 106-140;
- mis - 372, 1-385, 2;
- pirinç - 81-116;
- qızıl - 308, 2;
- gümüş - 406, 1-418, 7;
- rezin - 0, 04-0, 30;
- fiberglas - 0,03-0,07;
- kərpic - 0, 80;
- ağac - 0, 13;
- şüşə - 0, 6-1, 0.
Beləliklə, metalların istilik keçiriciliyi izolyatorlar üçün istilik keçiricilik dəyərlərindən 2-3 dəfə yüksəkdir ki, bu da aşağı istilik keçiriciliyinin nə olduğu sualına cavabın əsas nümunəsidir.
İstilik keçiriciliyinin dəyəri bir çoxlarında mühüm rol oynayırsənaye prosesləri. Bəzi proseslərdə yaxşı istilik keçiricilərindən istifadə etməklə və təmas sahəsini artırmaqla onu artırmağa çalışırlar, bəzilərində isə təmas sahəsini az altmaqla və istilik izolyasiya edən materiallardan istifadə etməklə istilik keçiriciliyini az altmağa çalışırlar.
Mayelərdə və qazlarda konveksiya
Mayelərdə istiliyin ötürülməsi konveksiya prosesi ilə həyata keçirilir. Bu proses bir maddənin molekullarının müxtəlif temperaturlu zonalar arasında hərəkətini əhatə edir, yəni konveksiya zamanı maye və ya qaz qarışdırılır. Maye maddə istilik buraxdıqda, onun molekulları kinetik enerjisinin bir hissəsini itirir və maddə daha sıx olur. Əksinə, maye maddə qızdırıldıqda onun molekulları kinetik enerjisini artırır, onların hərəkəti intensivləşir, müvafiq olaraq maddənin həcmi artır, sıxlığı azalır. Məhz buna görə də maddənin soyuq təbəqələri cazibə qüvvəsinin təsiri altında aşağı düşməyə, isti təbəqələr isə yuxarı qalxmağa çalışır. Bu proses maddənin qarışması ilə nəticələnir və onun təbəqələri arasında istiliyin ötürülməsini asanlaşdırır.
Bəzi mayelərin istilik keçiriciliyi
Suyun istilik keçiriciliyi nədir sualına cavab versəniz, bunun konveksiya prosesi ilə bağlı olduğunu başa düşmək lazımdır. Onun üçün istilik keçiricilik əmsalı 0,58 J/(smK).
Digər mayelər üçün bu dəyər aşağıda verilmişdir:
- etil spirti - 0,17;
- aseton - 0, 16;
- qliserin - 0, 28.
Yəni dəyərlərmayelər üçün istilik keçiricilikləri bərk istilik izolyatorları ilə müqayisə edilə bilər.
Atmosferdə konveksiya
Atmosfer konveksiyası vacibdir, çünki o, küləklər, siklonlar, buludların əmələ gəlməsi, yağış və s. kimi hadisələrə səbəb olur. Bütün bu proseslər termodinamikanın fiziki qanunlarına tabedir.
Atmosferdəki konveksiya prosesləri arasında ən mühümü su dövranıdır. Burada suyun istilik keçiriciliyi və istilik tutumu nədir suallarını nəzərdən keçirməliyik. Suyun istilik tutumu 1 kq suya nə qədər istilik ötürülməsi lazım olduğunu göstərən fiziki kəmiyyət kimi başa düşülür ki, onun temperaturu bir dərəcə artsın. 4220 J-ə bərabərdir.
Su dövranı aşağıdakı kimi həyata keçirilir: günəş okeanların sularını qızdırır və suyun bir hissəsi atmosferə buxarlanır. Konveksiya prosesi səbəbindən su buxarı böyük hündürlüyə qalxır, soyuyur, buludlar və buludlar əmələ gəlir ki, bu da dolu və ya yağış şəklində yağıntıya səbəb olur.
