Podle molekulární kinetické teorie, jejímž jedním z tvůrců je velký ruský vědec M.V. Lomonosov, všechny látky se skládají z drobných částic – molekul, které jsou v nepřetržitém pohybu a vzájemně se ovlivňují.
Molekula je nejmenší částice látky, která má její chemické vlastnosti. Molekuly různých látek mají různé atomové složení.
Existuje mnoho podobností v povaze pohybu molekul plynů, kapalin a pevných látek, ale existují také významné rozdíly.
Obecné rysy molekulárního pohybu:
a) čím vyšší je teplota látky, tím vyšší je průměrná rychlost molekul;
b) rychlosti různých molekul dané látky jsou rozloženy tak, že čím více se tato rychlost blíží nejpravděpodobnější rychlosti pohybu molekul dané látky při dané teplotě, tím větší je počet molekul majících jednu resp. jinou rychlost.
Významný rozdíl v povaze pohybu molekul plynů, kapalin a pevných látek se vysvětluje rozdílem silové interakce jejich molekul, spojeným s rozdílem průměrných vzdáleností mezi molekulami.
V plynech jsou průměrné vzdálenosti mezi molekulami mnohonásobně větší než velikosti samotných molekul. V důsledku toho jsou interakční síly mezi molekulami plynu malé a molekuly se pohybují po celé nádobě, ve které se plyn nachází, téměř nezávisle na sobě a mění směr a velikost rychlosti při srážce s jinými molekulami a se stěnami plavidlo. Dráha molekuly plynu je přerušovaná čára, podobná dráze Brownova pohybu.
Volná dráha molekul plynu, tzn. Průměrná délka dráhy molekul mezi dvěma po sobě jdoucími srážkami závisí na tlaku a teplotě plynu. Za normální teploty a tlaku je střední volná dráha asi 10 -5 cm Molekuly plynu narážejí mezi sebou nebo do stěn nádoby přibližně 1010krát za sekundu a mění směr svého pohybu. To vysvětluje skutečnost, že rychlost difúze plynů je malá ve srovnání s rychlostí translačního pohybu molekul plynu, která je za normálních podmínek přibližně 1,5násobkem rychlosti zvuku v daném plynu a rovná se 500 m/s.
V kapalinách jsou vzdálenosti mezi molekulami mnohem menší než v plynech. Síly interakce mezi každou molekulou a jejími sousedy jsou poměrně velké, v důsledku čehož molekuly kapaliny oscilují kolem určitých průměrných rovnovážných poloh. Současně, protože průměrná kinetická energie molekul kapaliny je srovnatelná s energií jejich interakce, molekuly s náhodným přebytkem kinetické energie překonávají interakci sousedních částic a mění centrum vibrací. Prakticky kmitající částice kapaliny se prudce pohybují v prostoru ve velmi krátkých intervalech (~10 -8 s).
Kapalina se tedy skládá z mnoha mikroskopických oblastí, ve kterých existuje určitý řád v uspořádání blízkých částic, mění se s časem a prostorem, tzn. neopakuje se v celém objemu kapaliny. Taková struktura prý má uzavřít objednávku.
V pevných látkách jsou vzdálenosti mezi molekulami ještě menší, v důsledku čehož jsou síly interakce mezi každou molekulou a jejími sousedy tak velké, že molekula vykonává jen malé vibrace kolem určité konstantní rovnovážné polohy – uzlu. V krystalickém tělese existuje určité specifické relativní uspořádání uzlů, které je tzv krystalová mřížka. Povaha krystalové mřížky je dána povahou mezimolekulárních interakcí dané látky.
Výše uvedené platí pro ideální krystalickou pevnou látku. Ve skutečných krystalech dochází k různým poruchám řádu, které vznikají při krystalizaci látky.
Spolu s krystaly se v přírodě vyskytují i amorfní pevné látky, ve kterých stejně jako kapaliny atomy kmitají kolem náhodně umístěných uzlů. K pohybu částic amorfního tělesa z jednoho centra kmitání do druhého však dochází v tak velkých časových intervalech, že prakticky amorfní tělesa jsou tělesa pevná.
Tepelná vodivost je přenos tepla, ke kterému dochází za přítomnosti teplotního gradientu a je způsoben tepelným pohybem částic. Obrázek 1a znázorňuje rovné těleso
ve tvaru uhlí se základnami 1 a 2 umístěnými kolmo k ose X. Nechť je tělesná teplota funkcí jedné souřadnice T = T(x), kde dT/dx -23 J/K a e= 1,60·10 -19 C do vzorce (5), zjistíme
Pokud použijeme tento vzorec, vypočítáme hodnotu pro všechny kovy at Т = 300 K, pak dostaneme 6,7·10 -6 J·Ohm/s·K. Wiedemann-Franzův zákon pro většinu kovů odpovídá experimentu při teplotách 100÷400 K, ale při nízkých teplotách je zákon výrazně porušován. Rozdíly mezi vypočtenými a experimentálními údaji jsou zvláště velké při nízkých teplotách u stříbra, mědi a zlata. Existují kovy (berylium, mangan), které se Wiedemann-Franz zákonu vůbec neřídí.
Přenos tepla je způsob změny vnitřní energie tělesa přenosem energie z jedné části těla do druhé nebo z jednoho tělesa do druhého bez vykonávání práce. Existují následující typy přenosu tepla: vedení, proudění a sálání.
Tepelná vodivost
Tepelné vedení je proces přenosu energie z jednoho tělesa do druhého nebo z jedné části tělesa do druhé v důsledku tepelného pohybu částic. Důležité je, že při vedení tepla nedochází k pohybu hmoty, energie se přenáší z jednoho tělesa na druhé nebo z jedné části tělesa do druhé.
Různé látky mají různou tepelnou vodivost. Pokud dáte na dno zkumavky naplněné vodou kousek ledu a jeho horní konec položíte nad plamen lihové lampy, po chvíli se voda v horní části zkumavky uvaří, ale led nerozpustí se. V důsledku toho má voda, stejně jako všechny kapaliny, špatnou tepelnou vodivost.
Plyny mají ještě horší tepelnou vodivost. Vezmeme zkumavku, která neobsahuje nic jiného než vzduch, a postavíme ji nad plamen lihové lampy. Prst umístěný ve zkumavce neucítí žádné teplo. V důsledku toho mají vzduch a další plyny špatnou tepelnou vodivost.
Kovy jsou dobrými vodiči tepla, zatímco vysoce zředěné plyny jsou nejhorší. To je vysvětleno zvláštnostmi jejich struktury. Molekuly plynů se nacházejí ve vzájemných vzdálenostech, které jsou větší než molekuly pevných látek, a srážejí se mnohem méně často. Proto v plynech nedochází k přenosu energie z jedné molekuly na jiné tak intenzivně jako v pevných látkách. Tepelná vodivost kapaliny je mezi tepelnou vodivostí plynů a pevných látek.
Proudění
Jak je známo, plyny a kapaliny vedou teplo špatně. Zároveň se vzduch ohřívá z parních topných baterií. K tomu dochází v důsledku typu tepelné vodivosti zvané konvekce.
Pokud je větrník vyrobený z papíru umístěn nad zdroj tepla, větrník se začne otáčet. Děje se tak proto, že zahřáté, méně husté vrstvy vzduchu působením vztlakové síly stoupají vzhůru a chladnější se pohybují dolů a zaujímají jejich místo, což vede k otáčení točny.
Konvekce je druh přenosu tepla, při kterém se energie přenáší vrstvami kapaliny nebo plynu. Konvekce je spojena s přenosem hmoty, takže k ní může docházet pouze v kapalinách a plynech; U pevných látek se konvekce nevyskytuje.
Záření
Třetím typem přenosu tepla je sálání. Přiblížíte-li ruku k cívce zapojeného elektrického sporáku, k hořící žárovce, k rozpálené žehličce, radiátoru atd., cítíte teplo zřetelně.
Experimenty také ukazují, že černá tělesa dobře absorbují a vyzařují energii, zatímco bílá nebo lesklá tělesa ji vyzařují a absorbují špatně. Dobře odrážejí energii. Proto je pochopitelné, proč lidé v létě nosí světlé oblečení a proč raději malují domy na jihu na bílo.
Zářením se energie přenáší ze Slunce na Zemi. Protože prostor mezi Sluncem a Zemí je vakuum (výška zemské atmosféry je mnohem menší než vzdálenost od ní ke Slunci), nelze energii přenášet ani konvekcí, ani vedením tepla. Přenos energie zářením tedy nevyžaduje přítomnost žádného média, tento přenos tepla lze provádět i ve vakuu.
Aby se teplo šířilo v jakémkoli těle nebo prostoru, musí existovat teplotní rozdíl na různých místech těla. Tato podmínka platí i pro přenos tepla tepelnou vodivostí, kdy by teplotní spád na různých místech tělesa neměl být roven nule.
Vztah mezi množstvím tepla procházejícího za určitou dobu elementární plochou dS umístěnou na izotermické ploše a teplotním gradientem je stanoven Fourierovou hypotézou, podle níž
Mínus na pravé straně ukazuje, že ve směru tepelného toku teplota klesá a grad T je záporná hodnota. Součinitel úměrnosti se nazývá součinitel tepelné vodivosti nebo zkráceně tepelná vodivost. Platnost Fourierovy hypotézy byla potvrzena četnými experimentálními daty, proto se tato hypotéza v současnosti nazývá základní tepelná rovnice nebo Fourierův zákon.
Poměr množství tepla procházejícího daným povrchem k času se nazývá tepelný tok. Tepelný tok je označen q a vyjádřen ve wattech (W):
Pokud je relativní změna teploty T ve vzdálenosti střední volné dráhy částic l malá, je splněn základní zákon tepelné vodivosti (Fourierův zákon): hustota tepelného toku q je úměrná teplotnímu gradientu grad T, tj. je
(kde je koeficient tepelné vodivosti nebo jednoduše tepelná vodivost)
Poměr tepelného toku dq malým povrchovým prvkem k ploše dS tohoto povrchu se nazývá povrchová hustota tepelného toku (neboli vektor hustoty tepelného toku), označuje se j a vyjadřuje se ve wattech na metr čtvereční (W/m2):
Vektor hustoty tepelného toku směřuje kolmo k povrchu ve směru klesající teploty. Vektory j a grad T leží na stejné přímce, ale jsou směrovány v opačných směrech.
Tepelný tok q procházející libovolnou plochou S se zjistí z výrazu
Množství tepla procházejícího tímto povrchem za čas t je určeno integrálem
K určení množství tepla procházejícího libovolným povrchem pevného tělesa je tedy nutné znát teplotní pole uvnitř daného tělesa. Nalezení teplotního pole je hlavním úkolem analytické teorie tepelné vodivosti.
Fyzikální význam součinitele tepelné vodivosti
Připomeňme si ještě jednou, že základním zákonem přenosu tepla tepelnou vodivostí je Fourierův zákon. Podle tohoto zákona je množství tepla dQ přenesené tepelnou vodivostí povrchovým prvkem dF kolmým na tepelný tok za čas d přímo úměrné teplotnímu spádu t/n, povrchu dF a času d:
Součinitel úměrnosti se nazývá součinitel tepelné vodivosti, když Q je vyjádřeno v kcal/h:
Součinitel tepelné vodivosti tedy ukazuje, kolik tepla projde v důsledku tepelné vodivosti za jednotku času jednotkou teplosměnné plochy, když teplota klesne o 1 stupeň na jednotku délky normály k izotermickému povrchu.
Koeficienty tepelné vodivosti spojitých homogenních prostředí závisí na fyzikálně-chemických vlastnostech látky (struktura látky, její charakter). Hodnoty tepelné vodivosti pro mnoho látek jsou uvedeny v tabulkách a lze je snadno nalézt v referenční literatuře.
Hodnoty součinitele tepelné vodivosti pro některé plyny, kapaliny a pevné látky při atmosférickém tlaku závisí na stavu agregace látky (viz tabulka), její atomárně-molekulární struktuře, teplotě a tlaku, složení (v případě směs nebo roztok) atd.].
, út/(мК)
Proces tepelné vodivosti v pevných látkách a kapalinách je popsán stejným Fourierovým zákonem, který jsme odvodili pro plyny (viz § 49):
kde k je součinitel tepelné vodivosti, teplotní gradient, plocha, kterou se teplo přenáší, a doba trvání přenosu. Součinitel tepelné vodivosti pevných látek a kapalin je však podstatně větší než u plynů. Kovy mají obzvláště velké hodnoty k. Součinitel tepelné vodivosti je řádově pro plyny, kapaliny a nekovové pevné látky, kovy Maximální hodnotu má stříbro.
Proces tepelné vodivosti v pevných látkách a kapalinách se provádí interakcí vibrujících částic (molekul, atomů, iontů), které tvoří tělo. Nejintenzivnější vibrace částic, vyskytující se v oblasti zvýšené teploty, se přenášejí na sousední částice a postupně se šíří do celého těla. V kovech se navíc výrazně zvyšuje tepelná vodivost díky volným elektronům, které se mohou pohybovat uvnitř kovu a přímo přenášet svou kinetickou energii z oblasti zvýšené teploty do oblasti s nižší teplotou. Důležitou roli volných elektronů v procesu tepelné vodivosti potvrzuje fakt, že tepelná vodivost kovů je přibližně úměrná jejich elektrické vodivosti. V kapalinách (stejně jako v plynech) lze proces přenosu tepla posílit konvekcí, pokud se ohřívané části kapaliny nacházejí pod chladnými.
Tepelná vodivost pevného tělesa do značné míry závisí na jeho struktuře: porézní tělesa se vyznačují nejnižší tepelnou vodivostí, protože plyn vyplňující póry má relativně nízký koeficient tepelné vodivosti.
Jak se teplo šíří tělem, jeho teplota stoupá – říká se, že tělo se zahřívá. Po určité době po začátku ohřevu se oblast zvýšené teploty rozšíří z místa ohřevu na celé tělo. Tento proces (šíření teploty) se nazývá tepelná difuzivita. Jeho rychlost závisí nejen na součiniteli tepelné vodivosti x tělesa, ale také na měrné tepelné kapacitě c a hustotě tělesa. Jak ukazují zkušenosti a teorie, tato rychlost je úměrná poměru
Hodnota charakterizující rychlost ohřevu (nebo ochlazování) tělesa se nazývá koeficient tepelné difuzivity. Ze vzorce (15) vyplývá, že K se měří v (stejně jako difúzní koeficient). Ukažme si fenomén tepelné difuzivity na následujícím příkladu. Zkušenosti ukazují, že olovo se zahřívá (a ochlazuje) rychleji než železo, přestože součinitel tepelné vodivosti železa je přibližně dvojnásobný než u olova. Jde zřejmě o to, že olovo má vyšší koeficient tepelné difuzivity než železo.
Zkontrolujeme to výpočtem K pomocí vzorce (15). Vezměme za železo a za olovo Pak se dostaneme za železo a za olovo, t. j. skutečně
Pokud je povrch těla vystaven střídavému zahřívání a ochlazování, to znamená, že dochází k teplotním výkyvům, pak se tyto výkyvy přenášejí hluboko do těla. Hloubka průniku teplotních výkyvů závisí na tepelné difuzivitě tělesa: čím vyšší je koeficient tepelné difuzivity, tím hlouběji tyto výkyvy pronikají. V tomto ohledu má tepelná difuzivita významný agrofyzikální význam: hloubka, do které denní a sezónní (periodické) výkyvy teploty zemského povrchu pronikají, závisí na koeficientu tepelné difuzivity půdy.
Koeficient tepelné difuzivity půdy je řádově velký pro suché půdy a pro vlhké půdy
Studium tepelné vodivosti některých pevných látek a kapalin
Autor práce byl oceněn diplomem vítěze XNUMX. stupně
Text práce je umístěn bez obrázků a vzorců.
Plná verze práce je k dispozici v záložce „Job Files“ ve formátu PDF
Relevance tématu.
Žijeme v Rusku, jehož hlavní území je v mírném a chladném klimatu. Šest měsíců jsou v naší oblasti – Chabarovské území, noční i denní teploty negativní, mráz dosahuje 40°C. Proto je tak důležité mít domy, které nepropouštějí chlad ven a udržují teplo uvnitř během chladného období. V létě může teplota dosáhnout +40°C. Účel stěn obydlí by proto měl být opačný – zadržovat teplo zvenčí a zamezit tak přehřívání obydlí.
Důležitým nabývá navrhování tepelné ochrany pro obytné domy, nemocnice, školky, ve kterých je nutné udržovat stálou teplotu v teplých i chladných obdobích roku. V naší zemi dokonce existuje soubor pravidel „Tepelná ochrana budov“.
Použití materiálů, které mají nízkou tepelnou vodivost, snižuje tepelné ztráty. Ale tepelná vodivost látek se týká nejen budov, ale i člověka samotného, materiálu jeho oděvu, a zohledňuje se v zemědělství, aby se plodiny chránily před mrazem. V každodenním životě je také nemožné nebrat v úvahu tepelnou vodivost různých látek.
Problematická otázka: Jak by měl člověk vzít v úvahu tepelnou vodivost různých látek?
Hypotéza: znalost tepelné vodivosti materiálů umožňuje snížit tepelné ztráty.
Objektivní: prozkoumat vlastnosti tepelné vodivosti různých materiálů (pevné látky, sypké látky, kapaliny)
studovat literaturu o tepelné vodivosti různých látek;
zjistit praktické uplatnění tepelné vodivosti v životě člověka;
provádět experimenty ke studiu tepelně izolačních vlastností sněhu, tepelné vodivosti pevných látek, kapalin a jejich roztoků;
provádět výchovnou práci mezi žáky školy, seznamovat je s výsledky jejich práce.
Předmět studia: tepelná vodivost
Předmět studia: tepelná vodivost pevných látek a kapalin.
Novinka tohoto díla je, že studium tepelné vodivosti nám umožní učinit závěr o charakteristikách vedení tepla různými látkami, podívat se na problém používání pevných látek a kapalin z hlediska snižování tepelných ztrát.
Praktický význam: Výsledky práce nám umožní podívat se na tepelnou vodivost z praktického hlediska, využití v lidském životě látek s různou tepelnou vodivostí.
V průběhu této práce byly použity následující metody výzkumu:
metody empirického výzkumu – laboratorní pozorování, experiment;
teoretické metody výzkumu – analýza literatury k výzkumnému tématu, analýza získaných dat, syntéza, komparace, zobecnění získaných výsledků, formulace závěrů.
Očekávaný výsledek: byly provedeny experimentální studie tepelně izolačních vlastností sněhu, byla měřena měrná tepelná kapacita zeminy, zeminy a řady pevných látek, na základě výsledků experimentů byla zjištěna tepelná vodivost sypkých látek, různých kapalin a roztoků kapaliny, byly vyvozeny závěry o praktickém významu poznatků o tepelné vodivosti látek pro člověka, probíhala osvětová práce mezi žáky školy .
Teoretická část.
2.1. Přenos tepla, druhy přenosu tepla.
Každé makroskopické těleso má vnitřní energii.
Vnitřní energie tělesa je součtem kinetické energie chaotického tepelného pohybu částic (atomů nebo molekul) tělesa a potenciální energie jejich interakce.
V přírodě existují dva způsoby, jak změnit vnitřní energii tělesa: práce a přenos tepla (výměna tepla).
Při kontaktu dvou těles s různou teplotou dochází k přenosu energie z tělesa s vyšší teplotou do tělesa s teplotou nižší. Tento proces bude pokračovat, dokud se teploty těles nevyrovnají. V tomto případě se neprovádí žádná mechanická práce.
Proces změny vnitřní energie bez provádění práce na těle nebo na těle samotném se nazývá výměna tepla nebo přenos tepla.
Množství tepla je energie, kterou tělo získává nebo ztrácí při přenosu tepla. Množství tepla se označuje písmenem Q a měří se v joulech (J). 1
Existují tři typy přenosu tepla – vedení, proudění a sálání.
Práce zkoumá jeden z typů přenosu tepla – tepelnou vodivost.
2.2. Tepelná vodivost. Měrná tepelná kapacita látek.
Tepelná vodivost je jev přenosu energie z více zahřátých částí těla do méně zahřátých v důsledku tepelného pohybu a interakce částic, které tvoří tělo.
Tepelná vodivost je také kvantitativní charakteristikou schopnosti těla vést teplo. Tepelná vodivost charakterizuje schopnost materiálu vést tepelný tok svou tloušťkou za přítomnosti teplotního rozdílu na površích ohraničujících materiál.
Kvantitativně je schopnost látky vést teplo charakterizována jejím koeficientem tepelné vodivosti. Tato charakteristika je rovna množství tepla procházejícího homogenním vzorkem materiálu o jednotkové délce a jednotkové ploše za jednotku času při jednotkovém teplotním rozdílu (1 K). 2
Faktory ovlivňující hodnotu tepelné vodivosti
1. Pórovitost. Přítomnost pórů ve struktuře materiálu narušuje jeho homogenitu. Čím větší objem zabírají vzduchové póry, tím nižší bude tepelná vodivost materiálu.
2. Struktura pórů. Malá velikost pórů a jejich uzavřenost pomáhají snižovat rychlost tepelného toku. V případě použití materiálů s velkými komunikujícími póry se na procesu přenosu tepla budou kromě tepelné vodivosti podílet procesy přenosu tepla konvekcí.
3. Hustota. Při vyšších hustotách spolu částice silněji interagují a lépe přenášejí tepelnou energii.
4. Vlhkost. Když se materiál namočí, suchý vzduch je vytlačen z pórů a nahrazen kapkami tekutého nebo nasyceného vlhkého vzduchu. Když je materiál navlhčen, jeho tepelná vodivost se zvyšuje, protože součinitel tepelné vodivosti vody je přibližně 25krát větší než u vzduchu.
Tepelná vodivost závisí na povaze materiálu, jeho struktuře, pórovitosti a vlhkosti. Tepelná vodivost různých látek je tedy různá.
Ve své práci se zabývám vlastnostmi tepelné vodivosti různých pevných, sypkých a kapalných látek.
Materiál s krystalickou strukturou je obvykle tepelně vodivější ve srovnání s materiálem s amorfní strukturou. Součinitel tepelné vodivosti vrstvených (laminovaný plast) a vláknitých (dřevo) materiálů závisí na směru tepelného toku ve vztahu k vrstvám nebo vláknům. Ve dřevě je tedy podél vlákna přibližně dvakrát větší než napříč. 3
Kovy mají největší tepelnou vodivost – je stokrát větší než u vody. Stříbro a měď mají největší tepelnou vodivost. Vlna, vlasy, ptačí peří, papír, korek a další porézní tělesa mají špatnou tepelnou vodivost. To je způsobeno tím, že mezi vlákny těchto látek je obsažen vzduch. Nejnižší tepelnou vodivost má vakuum (prostor bez vzduchu). To se vysvětluje skutečností, že tepelná vodivost je přenos energie z jedné části těla do druhé, ke kterému dochází při interakci molekul nebo jiných částic. V prostoru, kde nejsou žádné částice, nemůže dojít k vedení tepla. 4
Aby se tělesa odebraná při stejné teplotě, vyrobená z různých látek, ale majících stejnou hmotnost, o určité množství zahřála, je zapotřebí různá množství tepla.
Vzorec pro výpočet množství tepla: Q = cm ( t 2 – t 1)
Fyzikální veličina rovnající se množství tepla, které je nutné předat látce o hmotnosti 1 kg, aby se její teplota změnila o 1 °C, se nazývá měrná tepelná kapacita látky. Měrná tepelná kapacita se označuje písmenem c a měří se v J/(kg °C).
Měrná tepelná kapacita látky v různých stavech agregace je různá. Například voda v kapalném stavu má měrnou tepelnou kapacitu rovnou 4200 J/(kg °C), v pevném skupenství (led) – 2100 J/(kg °C), v plynném skupenství (vodní pára) – 2200 J/( kg °C).
2.3. Praktická aplikace tepelné vodivosti
Schopnost různých látek vést teplo rozdílně je zohledňována v průmyslu, stavebnictví, zemědělství i běžném životě.
V chladném období se místnosti ochlazují díky tepelné vodivosti stěn, protože teplý vzduch uniká ventilačními štěrbinami. Aby teplota v obytných a průmyslových prostorách byla pro člověka příjemná, je nutné tyto ztráty snížit. Pro tento účel jsou stěny domů vyrobeny z materiálů s nízkou tepelnou vodivostí – přírodní (dřevo, pemza, korek) nebo umělé (cihla, beton, pěnový polystyren atd.).
Mezi moderní tepelně izolační materiály patří pěnový polystyren, minerální vlna, pěnový polystyren, skelná vata a izolační materiály na bázi polyuretanové pěny. Jejich použití umožňuje výrazně snížit tloušťku obvodových konstrukcí, protože mají špatnou tepelnou vodivost.
Prostory budou teplé, pokud budou celé vyrobeny z tepelně izolačních materiálů. Ale tepelně izolační materiály mají nízkou konstrukční pevnost, takže hlavní nosné konstrukce jsou z cihel, dřeva, pěnobetonových bloků. A na vnější povrch je položena vrstva izolace a kompenzuje přebytečnou tepelnou vodivost hl. materiál stěny.
Nejteplejší domy jsou dřevěné. K izolaci domu se mezi dvojité stěny pokládá materiál (pěnová pryž, stavební plsť, skelná vata, sklolaminát, piliny atd.) – jsou špatnými vodiči tepla. Pokud je dům pokryt břidlicí, střešní lepenkou, kovovými dlaždicemi, bitumenovými dlaždicemi, ondulinem, je lepší vytvořit další vrstvu pěnového polystyrenu nebo skleněné vlny. Na stropy v soukromých domech se často nalévá směs písku a pilin. To vše pomáhá udržovat teplo v domě.
Vchodové dveře je dobré izolovat materiálem s nízkou tepelnou vodivostí. Například pěnová pryž, stavební plsť, skelná vata, sklolaminát. Okna s dvojitým sklem snižují tepelné ztráty. Sklo budov je pokryto speciální fólií, která snižuje tepelné ztráty sáláním. Vyrábějí se okenní bloky, ve kterých je vzduch mezi skly nahrazen plyny s nízkou tepelnou vodivostí.
Tepelná kapacita se bere v úvahu při výpočtu ohřevu složek betonu a malty, jakož i tmelů pro práci v zimě. Tepelná vodivost má praktický význam při výběru materiálů pro izolaci topných systémů, chladniček a kotlů.
V zemědělství se zohledňuje i tepelná vodivost látek. Pro zemědělství, přežití živých organismů a rostlin v zimě má studium tepelně-ochranných vlastností sněhu velký význam.
Součinitel tepelné vodivosti sněhu je přibližně 10krát menší než součinitel tepelné vodivosti půdy a 10krát větší než součinitel tepelné vodivosti vzduchu. Špatná tepelná vodivost sněhu se vysvětluje tím, že jeho krystaly k sobě těsně nepřilnou a mezi nimi jsou mezery vyplněné vzduchem. Čím volnější sníh, tím více vzduchu obsahuje. Ale tepelná vodivost vzduchu je nízká, takže tepelná vodivost sypkého sněhu je mnohem menší než u hustého sněhu.
Množství tepla, které se předá vrstvou sněhu, závisí jako u každé látky na hloubce (výšce) této vrstvy. Čím větší je tloušťka sněhové pokrývky, tím pomaleji se teplo ze země přenáší do vzduchu, tím pomaleji se mění teplota půdy pod sněhem. 5
Pro živé organismy má velký význam hloubka sněhu a teplota půdy v hloubce kypřicího uzlu. Silný pokles teploty může způsobit smrt rostlin a živých organismů žijících v této hloubce.
Čím více vlhkosti se v půdě od podzimu nahromadilo, tím méně nebezpečné jsou tuhé zimy pro ozimy. Vzhledem k tomu, že tepelná kapacita vlhké půdy je vyšší než suchá půda, bude celková tepelná rezerva v ní větší. Půda pokrytá sněhem bude spotřebovávat zásoby tepla velmi pomalu.
Tepelná vodivost a její regulace jsou důležité v každodenním životě. K vaření se používá kovové nádobí, protože jeho tepelná vodivost je vyšší než u jiných materiálů. Když se kovové hrnce, pánve nebo plechy na pečení dostanou do kontaktu se zdrojem tepla, toto teplo se rychle přenese do jídla. Měděné, hliníkové a ocelové nádobí má nejvyšší tepelnou vodivost, zatímco skleněné, keramické a litinové nádobí má nejnižší tepelnou vodivost. Čím rychleji se ale pánev zahřeje, tím rychleji vychladne. Pro dlouhé a pomalé vaření a dušení masa je proto lepší používat pokrmy s nižší tepelnou vodivostí, ve kterých se déle udrží rovnoměrné teplo.
Tepelná vodivost se reguluje výběrem nádobí s různou tepelnou vodivostí. V troubě a mikrovlnné troubě se používá keramické a skleněné nádobí, jehož tepelná vodivost je mnohem nižší než u kovového nádobí. Lidé používají materiály s nízkou tepelnou vodivostí mezi rukama a nádobím, aby se nepopálili. Rukojeti mnoha pánví jsou vyrobeny z plastu a plechy na pečení se z trouby vyjímají pomocí rukavic vyrobených z látky nebo plastu s nízkou tepelnou vodivostí.
Pro udržení konstantní teploty potravin se používají materiály s nízkou tepelnou vodivostí. Aby čaj a polévka vydržely déle horké, nalévá se do termosky, nádoby s dobrou tepelnou izolací. Jídlo v nich zůstává horké (nebo studené) díky tomu, že mezi jejich stěnami je materiál, který špatně vede teplo. Pěnový polystyren má špatnou tepelnou vodivost a používá se pro vyjímací šálky a nádoby. 6
Vytvoření látek s dobrými tepelně izolačními vlastnostmi je jedním z nejdůležitějších úkolů naší doby.
Praktická část.
Ve své práci uvádím příklady experimentů při studiu tepelné vodivosti různých pevných látek, sypkých látek a kapalin.
3.1. Studium tepelně izolačních vlastností sněhu.
Účel experimentu: zkoumat tepelně izolační vlastnosti sněhu, jeho tepelnou vodivost a závislost teploty půdy pod sněhem na tloušťce sněhové pokrývky
