Які речовини погано проводять тепло. Основні характеристики теплоізоляційних матеріалів. Аналіз основних особливостей каучуку, поліетилену і мінеральної вати
ДОСВІДИ ПО ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ
Різні тверді речовини по-різному проводять тепло. Найкраще це роблять метали. Але і серед металів є чемпіони по теплопровідності. До них відносяться так звані «благородні метали» - платина, золото, срібло.
Досвід з залізним цвяхом
У товсту цурку забий цвях і постав її на деко.
Знизу до цього довгого цвяху приліпи пластиліном, або воском кілька маленьких цвяшків. Під капелюшок цвяха підстав палаючу свічку.
Існує 3 типи теплопередачі. Конвекційне випромінювання. . Кожен з цих методів має свої унікальні характеристики, але є і кросовер між різними типами. 
Проводиться кулінарія - це процес передачі тепла між об'єктами через прямий контакт. Наприклад, електричні пальники на промислових плитах будуть проводити теплову енергію на дні каструлі, що сидить поверх неї. Звідти каструля проводить тепло до його вмісту. Ваша фритюрница також готує їжу таким чином, так як масло має високу швидкість теплопровідності.
Дивись: ось відвалився один гвоздик .., інший ... третій ...
Строго по порядочку, по черзі. Спочатку найближчий до вогню, потім все далі, далі ...
Значить, тепло передається по цвяху від нагрітого кінця до холодного. І передається поступово.
Досвід з деревом
Коли цвях охолоне, висмикни його і в час, що залишився отвір встав лучинку.
Повтори той же досвід з нею.
Оскільки він відповідальний за перенесення тепла з поверхні їжі в його нутро, провідність виникає при приготуванні з використанням методів конвекції і випромінювання. Проводка є найповільнішим методом теплопередачі, але прямий контакт між поверхнею вручений поверхні і предметом, підлягає нагріванню, дозволяє приготувати їжу ззовні. При грилі стейк, наприклад, провідність дає рівномірно приготовану зовнішню і вологу, соковитий інтер'єр, який обов'язково сподобається гостям.
Приклади приготування їжі
Ось кілька прикладів того, як передача тепла по проводять робіт. Використовуючи крижану воду, щоб розвести овочі після пропарювання, щоб вони не втратили свій колір. 
- Дотик до пальника на плиті і спалення.
- Стейк з гриля, курячі грудки або свинячі відбивні.
Картина буде зовсім інша!
Кінець лучінкі загориться, а гвоздики будуть триматися як і раніше. Виходить, що дерево проводить тепло набагато гірше, ніж залізо.
Досвід зі склом
Якщо є у тебе підходить по товщині скляна паличка або трубка, повтори досвід з нею.
Вона, звичайно, не горить, але тепло проводить не краще дерева.
Існує два типи конвекції. Природна конвекція відбувається, коли молекули на дні варильного котла піднімаються і нагріваються, коли охолоджують важчі і важчі молекули. Це створює циркулює струм, який рівномірно розподіляє тепло по всьому готовому речовині. Наприклад, коли горщик з водою поміщають на піч для кипіння, провідність переносить тепло з горщика і в молекули води, що контактують з внутрішньою частиною горщика. Оскільки ці молекули нагріваються, конвекція змушує їх відійти від внутрішньої частини горщика, оскільки вони замінюються більш холодними молекулами.
Досвід з ложками
Візьміть дві чайні ложки: одну срібну, іншу з нікелевого сплаву. Прикріпіть до них краплями стеарину скріпки для паперів. Вкладіть ложки в стакан, щоб ручки зі скріпками стирчали з нього в різні боки. Налийте в склянку окріп. Ложки нагріються. У срібної ложки стеарин розплавиться, і скріпка відпаде. В іншої ложки скріпка або зовсім не відпаде, або відпаде пізніше, коли ложка нагріється сильніше.
Цей безперервний потік створює конвективную теплопередачу в воді. Механічна конвекція відбувається, коли зовнішні сили циркулюють тепло, що скорочує час приготування і більш рівномірно готує їжу. Приклади цього включають перемішування рідини в горщику або коли конвекційна піч використовує вентилятор і вихлопну систему для продувки гарячого повітря над їжею і навколо неї, перш ніж випустити її назад.
Приклади приготування конвекції
Ось кілька прикладів того, як теплообмін через конвекційні роботи. Проганяє холодну воду над замороженими продуктами, які переносять тепло в їжу, щоб розморозити її швидше. Температура повітря в приміщенні переміщається навколо заморожених продуктів, щоб відтерти. Вода доходить до кипіння і циркулює в горщику. . У світі приготування їжі випромінювання - це процес, в якому тепло і світлові хвилі вражають і проникають в вашу їжу. Таким чином, немає прямого контакту між джерелом тепла і приготуванням їжі.
Звичайно, ложки повинні бути однакові за формою і розміром. Якщо немає срібної ложки, візьміть такі, які у вас є, але тільки з різних металів. Де нагрівання відбудеться швидше, той метал краще проводить тепло, більш теплопроводен.
Досвід з монетою
Різні речовини по-різному проводять тепло. Це добре видно з невеликого досвіду.
Прикладіть до шматочка дерева монету і оберніть їх білим папером. Піднесіть все це на короткий час до полум'я свічки так, щоб полум'я тільки торкнулося місця, де над папером знаходиться монета. Намагайтеся не дати папері спалахнути. Але папір все ж встигла обвуглитися, і обгоріла вона навколо монети.
Існує два основні методи нагрівання тепла: інфрачервоне і мікрохвильове випромінювання. В інфрачервоному випромінюванні використовується електричний або керамічний нагрівальний елемент, який випромінює електромагнітні хвилі. Ці хвилі рухаються в будь-якому напрямку зі швидкістю світла, щоб швидко нагрівати їжу, і в основному поглинаються на поверхні того, що ви готуєте. Прикладами речей, які створюють інфрачервоне випромінювання, є світяться вугілля в вогні, тостер-печі і бройлери.
Мікрохвильове випромінювання використовує короткі високочастотні хвилі, які проникають в їжу, яка перемішує молекули води для створення тертя і передачі тепла. Якщо ви нагріваєте тверда речовина, ця теплова енергія передається по всьому продукту через провідність, в той час як рідини проходять через конвекцію. Мікрохвильова передача тепла зазвичай готує їжу швидше, ніж інфрачервоне випромінювання, так як вона здатна проникати в продукти на глибину в кілька дюймів. на увазі, що мікрохвильове випромінювання працює найкраще при приготуванні невеликих партій продуктів.
Там же, де була сама монета, залишився не зворушений вогнем білий кружок. Метал монети, як хороший теплопровідний матеріал, відібрав на себе жар полум'я і обереже папір від обгорання.
ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ ПОРИСТИХ ТЕЛ
З твердих речовин найгірше проводить тепло кераміка, пластмаса, дерево, тканину.
Ось кілька прикладів того, як працює теплопередача через випромінювання.
- Потепління рук над вогнем.
- Лежачи на сонці, щоб зігрітися.
- Підігрів вечері в мікрохвильовій печі.
Ось тому ручки у чайників або сковорідок роблять з пластмаси або дерева. А якщо ручка металева, то, щоб не обпекти пальці, доводиться користуватися ганчіркою. Вона теж погано проводить тепло і, оберігаючи руку від опіку, служить теплоізоляцією.
досвід
Розпушити невеликий клубок вати і оберніть їм кульку термометра.
Тепер потримайте деякий час термометр на певній відстані від якогось нагрівача і зауважте, як піднялася температура. Потім той же грудку вати стисніть і туго обмотайте їм кульку термометра і знову піднесіть до лампи. У другому випадку ртуть підніметься набагато швидше.
Значить, стисла вата проводить тепло набагато краще!
Передача енергії речовиною, без руху самого речовини, називається провідністю. Метали - дуже гарні провідники. Неметали зазвичай є поганими провідниками. Гази дуже погані провідники. Провідність - це коли тепло переміщається через твердий об'єкт або з одного об'єкта в інший, тому що обидва об'єкти перебувають в контакті один з одним. Це єдиний спосіб проходження тепла по всьому тілу.
Він варіюється для різних матеріалів. Золото, срібло і мідь мають високу теплопровідність. Матеріали, такі як скло і мінеральна вата, мають низьку теплопровідність. Це пов'язано з тим, що у них дуже мало «вільних» електронів для перенесення теплової енергії всередині твердого тіла. Кажуть, що вони хороші ізолятори. Швидкість теплопередачі залежить від теплопровідності, різниці температур і площі контакту і матеріалу, з якого складається об'єкт або структура.
Високі теплоізоляційні властивості ваті надає повітря, укладений між волокнами распушенной вати (а не сама вата). Шерсть тепліше, ніж вата, саме тому, що її волокниста структура дозволяє затримувати в собі ще більше повітря.
На цьому ж принципі засновано виробництво теплоізоляційних матеріалів для житлового будівництва. У них роблять якомога більше повітряних проміжків.
Якщо матеріал є хорошим провідником тепла, тоді тепло швидко переміститься. Метали широко використовуються для цілей теплопередачі, оскільки вони володіють властивостями, які дозволяють поширювати тепло, будучи здатним витримувати екстремальні температури, іноді пов'язані з нагріванням.
Ізолятор поганий провідник тепла. Електрони використовуються для передачі теплової енергії, а також електричного заряду. Тому метали - хороші провідники тепла, а також електрику! Але будьте обережні, щоб не сплутати двох і говорити про електричної провідності, коли ви маєте на увазі теплопровідність, коли ви відповідаєте на екзаменаційні питання!
ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ ГАЗУ
Взимку ви застосовуєте теплоізоляцію і надягаєте тепле пальто або шубу. Повітря, що міститься між волокнами вати або хутра, як і всякий газ, поганий провідник тепла.
Отже, для того щоб оберегти що-небудь від холоду, застосовується теплоізоляція. Але і від зайвого тепла доводиться приймати теплоізоляційні заходи. Коли космічний корабель на спуску з величезною швидкістю летить в атмосфері Землі, його стінки труться об повітря і сильно нагріваються. Для збереження всередині корабля від високої температури екіпажу і апаратури застосовують теплоізоляційний, теплостійкий чохол. Він складається з шарів погано проводять теплоту матеріалів.
Тримайте дерев'яну паличку з іншим кінцем в полум'я, і цей кінець стає таким гарячим, що він буде горіти, в той час як кінець, який ви тримаєте, залишається відносно прохолодним. Тепло не поширюється за будовою палиці через її складу - з чого він зроблений - його структура ускладнює передачу тепла електронами всередині неї.
Повсякденний досвід говорить вам, що деревина не є хорошим провідником тепла. Якщо ви коли-небудь бачили мікроскопічний вигляд дерева, ви знаєте, що причина полягає в тому, що деревина складається з окремих осередків, які діють як ізолятори, тому що вони не пов'язані між собою. Клітини розкидані, як камені в потоці. тепло повинно «стрибати жабою» від каменя до каменя. Це займає більше часу, ніж з металом, де атоми зв'язані між собою в тривимірній «решітці».
досвід 1
Вже говорилося про те, що гази погано проводять тепло.
Візьміть алюмінієву тарілочку від дитячого посуду, поставте її на невеликий вогонь і, коли вона нагріється, налийте на неї половину чайної ложки води
Вода не випарується миттєво, як слід було б очікувати. Вода перекотиться плоским кулькою - сфероїдом на найнижче місце тарілочки і завмре там на розпеченому металі. Здається дивним, що вода не перетворюється відразу в пар. Звичайно, вода випаровується, але цей самий пар, в який перетворюється вода, і оберігає велику сфероїдальну краплю від розпеченого металу. Пар в даному випадку виявляється відмінною теплоізоляцією.
Отже, якщо теплова енергія застосовується безпосередньо до однієї частини твердого об'єкта, електрони в об'єкті порушуються. Це викликає коливання атомної решітки, які проходять по об'єкту, підвищуючи температуру при проходженні. Чим ближче лінії всередині твердого тіла, тим швидше відбувається передача тепла.
Метали проводять теплоту з різною швидкістю - це може бути показано в наведеному нижче експерименті. Тепло наноситься в центрі кільця. Він переміщається уздовж металевих смуг і плавить віск, утримує шарикопідшипник. Вони падають на лавку гучним звуком. Вони не всі падають разом! Перший на мідній смузі падає першим, показуючи, що мідь є кращим провідником тепла.
досвід 2
Коли ви гладите білизна, переверніть праску і, якщо він досить нагрітий, збризніть на нього водою. Вона відразу перетвориться в маленькі круглі кульки, які швидко покотяться по праски.
Ці дрібні кулясті крапельки теж не зникли вмить, їх теж захистила від жару праски парова прошарок, «парова подушка». На цій «паровий подушці» водяні кульки і промандрували по розпеченому праски.
Рідини - погані провідники тепла. Якщо ви закріпіть кубик льоду на дні пробірки з водою і потім нагріти воду нагорі трубки, ви виявите, що вода буде кипіти в верхній частині трубки, і все ж кубик льоду залишиться замороженим. Це пов'язано з тим, що вода є поганим провідником тепла. Велика частина тепла буде рухатися в конвекційному струмі всередині води у верхній частині пробірки, тільки невелика частина її буде вестися до кубика льоду.
Проводка - це метод проходження тепла через тверде тіло, на відміну від того, що відбувається під час конвекції, немає ніякого руху матерії. Його можна порівняти з ланцюжком людей, що проїжджають відрами води з джерела, щоб погасити вогонь. Індивідууми залишаються нерухомими, більш-менш, представляють молекули або атоми в твердому тілі, закріплені в тривимірному масиві. Рух відер є рух тепла.
досвід 3
Візьміть кілька маленьких шматочків сухого льоду, покладіть їх на гладку поверхню алюмінієвої тарілки. Нахиляйте тарілку в різні боки. Шматочки сухого льоду будуть легко ковзати по гладкій поверхонь-сти. Тепла поверхню алюмінієвої тарілки (її температура відрізняється від температури сухого льоду принаймні на 100 градусів) допомагає вуглекислого газу більш бурхливо виділятися. Під шматочками сухого льоду виходять «вуглекислі подушки», на них і відбувається ковзання.
Тепло - це енергія або, точніше, передача теплової енергії. Як енергії тепло вимірюється в ватах, в той час як температура вимірюється в градусах Цельсія або Кельвіна. Слова «гарячий» і «холодний» мають сенс тільки на відносній основі. Теплова енергія переміщається від гарячого матеріалу до холодного матеріалу. Гарячий матеріал нагріває холодне матеріал, а холодний матеріал охолоджує гарячий матеріал. Коли ви відчуваєте жар, то, що ви відчуваєте, - це передача теплової енергії від чогось, що жарко до холодного.
Дисципліна теплопередачі пов'язана тільки з двома речами: температурою і потоком тепла. Температура є кількість доступної теплової енергії, тоді як тепловий потік являє собою рух теплової енергії з місця на місце. В мікроскопічному масштабі теплова енергія пов'язана з кінетичної енергією молекул. Чим більше температура матеріалу, тим більше теплове перемішування його складових молекул.
Так що ж таке теплопровідність? З точки зору фізики теплопровідність - це молекулярний перенос теплоти між безпосередньо дотичними тілами або частинками одного тіла з різною температурою, при якому відбувається обмін енергією руху структурних частинок (молекул, атомів, вільних електронів).
Можна сказати простіше, теплопровідність - це здатність матеріалу проводити тепло. Якщо всередині тіла є різниця температур, то теплова енергія переходить від більш гарячої його частини до більш холодної. Передача тепла відбувається за рахунок передачі енергії при зіткненні молекул речовини. Відбувається це до тих пір, поки температура всередині тіла не стане однаковою. Такий процес може відбуватися в твердих, рідких і газоподібних речовинах.
На практиці, наприклад в будівництві при теплоізоляції будівель, розглядається інший аспект теплопровідності, пов'язаний з передачею теплової енергії. Як приклад візьмемо "абстрактний будинок". В "абстрактному будинку" коштує нагрівач, який підтримує всередині будинку постійну температуру, скажімо, 25 ° С. На вулиці температура теж постійна, наприклад, 0 ° С. Цілком зрозуміло, що якщо вимкнути обігрівач, то через деякий час в будинку теж буде 0 ° С. Все тепло (теплова енергія) через стіни піде на вулицю.
Щоб підтримувати температуру в будинку 25 ° С, нагрівач повинен постійно працювати. Нагрівач постійно створює тепло, яке постійно йде через стіни на вулицю.
Коефіцієнт теплопровідності.
Кількість тепла, яке проходить через стіни (а по науковому - інтенсивність теплопередачі за рахунок теплопровідності) залежить від різниці температур (в будинку і на вулиці), від площі стін і теплопровідності матеріалу, з якого зроблені ці стіни.
Для кількісної оцінки теплопровідності існує коефіцієнт теплопровідності матеріалів. Цей коефіцієнт відображає властивість речовини проводити теплову енергію. Чим більше значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу, тим краще він проводить тепло. Якщо ми збираємося утеплювати будинок, то треба вибирати матеріали з невеликим значенням цього коефіцієнта. Чим він менше, тим краще. Зараз в якості матеріалів для утеплення будівель найбільшого поширення набули утеплювачі з, і різних. Набирає популярності новий матеріал з поліпшеними теплоізоляційними якостями -.
Коефіцієнт теплопровідності матеріалів позначається буквою ? (Грецька мала літера лямбда) і виражається в Вт / (м2 * К). Це означає, що якщо взяти стіну з цегли, з коефіцієнтом теплопровідності 0,67 Вт / (м2 * К), товщиною 1 метр і площею 1 м2., То при різниці температур в 1 градус, через стіну буде проходити 0,67 вата теплової енергії. Якщо різниця температур буде 10 градусів, то буде проходити вже 6,7 вата. А якщо при такій різниці температур стіну зробити 10 см, то втрати тепла будуть вже 67 ват. Детальніше про методику розрахунку тепловтрат будівель можна подивитися
Слід зазначити, що значення коефіцієнта теплопровідності матеріалів вказуються для товщини матеріалу в 1 метр. Щоб визначити теплопровідність матеріалу для будь-якої іншої товщини, треба коефіцієнт теплопровідності розділити на потрібну товщину, виражену в метрах.
У будівельних нормах і розрахунках часто використовується поняття "тепловий опір матеріалу". Це величина зворотна теплопровідності. Якщо, на приклад, теплопровідність пінопласту завтовшки 10 см - 0,37 Вт / (м2 * К), то його тепловий опір дорівнюватиме 1 / 0,37 Вт / (м2 * К) = 2,7 (м2 * К) / пн.
Нижче в таблиці наведені значення коефіцієнта теплопровідності для деяких матеріалів застосовуваних у будівництві.
| матеріал | Переходи. тепл. Вт / (м2 * К) |
| алебастрові плити | 0,470 |
| алюміній | 230,0 |
| Азбест (шифер) | 0,350 |
| азбест волокнистий | 0,150 |
| азбестоцемент | 1,760 |
| асбоцементні плити | 0,350 |
| асфальт | 0,720 |
| Асфальт в підлогах | 0,800 |
| Бакеліт | 0,230 |
| Бетон на кам'яному щебені | 1,300 |
| Бетон на піску | 0,700 |
| бетон пористий | 1,400 |
| бетон суцільний | 1,750 |
| бетон термоізоляційний | 0,180 |
| бітум | 0,470 |
| папір | 0,140 |
| Вата мінеральна легка | 0,045 |
| Вата мінеральна важка | 0,055 |
| вата бавовняна | 0,055 |
| вермикулітові листи | 0,100 |
| повсть вовняний | 0,045 |
| гіпс будівельний | 0,350 |
| глинозем | 2,330 |
| Гравій (наповнювач) | 0,930 |
| Граніт, базальт | 3,500 |
| Грунт 10% води | 1,750 |
| Грунт 20% води | 2,100 |
| грунт піщаний | 1,160 |
| грунт сухий | 0,400 |
| грунт утрамбований | 1,050 |
| гудрон | 0,300 |
| Деревина - дошки | 0,150 |
| Деревина - фанера | 0,150 |
| Деревина твердих порід | 0,200 |
| Деревно-стружкові плити ДСП | 0,200 |
| дюралюміній | 160,0 |
| залізобетон | 1,700 |
| зола деревна | 0,150 |
| вапняк | 1,700 |
| Вапно-пісок розчин | 0,870 |
| Іпорка (спінена смола) | 0,038 |
| камінь | 1,400 |
| Картон будівельний багатошаровий | 0,130 |
| каучук спінений | 0,030 |
| каучук натуральний | 0,042 |
| каучук фторований | 0,055 |
| Керамзитобетон | 0,200 |
| цегла кремнеземний | 0,150 |
| цегла пустотіла | 0,440 |
| цегла силікатна | 0,810 |
| цегла суцільний | 0,670 |
| цегла шлаковий | 0,580 |
| Кремнезістие плити | 0,070 |
| латунь | 110,0 |
| Лід 0 ° С | 2,210 |
| Лід -20 ° С | 2,440 |
| Липа, береза, клен, дуб (15% вологості) | 0,150 |
| мідь | 380,0 |
| мипора | 0,085 |
| Тирса - засипка | 0,095 |
| Тирса деревинна сухі | 0,065 |
| ПВХ | 0,190 |
| пінобетон | 0,300 |
| Пінопласт ПС-1 | 0,037 |
| Пінопласт ПС-4 | 0,040 |
| Пінопласт ПХВ-1 | 0,050 |
| Пінопласт резопен ФРП | 0,045 |
| Пінополістирол ПС-Б | 0,040 |
| Пінополістирол ПС-БС | 0,040 |
| Пінополіуретанових листи | 0,035 |
| Пінополіуретанових панелі | 0,025 |
| піноскло легке | 0,060 |
| піноскло важке | 0,080 |
| пергамін | 0,170 |
| перліт | 0,050 |
| Перліто-цементні плити | 0,080 |
| Пісок 0% вологості | 0,330 |
| Пісок 10% вологості | 0,970 |
| Пісок 20% вологості | 1,330 |
| пісковик обпалений | 1,500 |
| плитка облицювальна | 1,050 |
| Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 | 0,036 |
| полістирол | 0,082 |
| поролон | 0,040 |
| портландцемент розчин | 0,470 |
| пробковая плита | 0,043 |
| Пробкові листи легкі | 0,035 |
| Пробкові листи важкі | 0,050 |
| Гума | 0,150 |
| руберойд | 0,170 |
| сланець | 2,100 |
| сніг | 1,500 |
| Сосна звичайна, ялина, ялиця (450 ... 550 кг / куб.м, 15% вологості) | 0,150 |
| Сосна смолистая (600 ... 750 кг / куб.м, 15% вологості) | 0,230 |
| сталь | 52,0 |
| Скло | 1,150 |
| скловата | 0,050 |
| скловолокно | 0,036 |
| склотекстоліт | 0,300 |
| Стружки - набивка | 0,120 |
| тефлон | 0,250 |
| толь паперовий | 0,230 |
| цементні плити | 1,920 |
| Цемент-пісок розчин | 1,200 |
| чавун | 56,0 |
| Шлаки гранульовані | 0,150 |
| шлак котельний | 0,290 |
| шлакобетон | 0,600 |
| штукатурка суха | 0,210 |
| штукатурка цементна | 0,900 |
| ебоніт | 0,160 |
