การนำคือความสามารถของร่างกายหรือวัสดุในการส่งความร้อน ในการทำเช่นนั้น มันจะเคลื่อนที่ผ่านวัตถุแข็งหรือจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง เนื่องจากทั้งสองสัมผัสกัน นี่เป็นวิธีเดียวที่ความร้อนจะผ่านเข้าสู่ร่างกายได้ทั้งหมด คำถามเกิดขึ้น: “อากาศและวัสดุอื่นๆ นำความร้อนได้อย่างไร” ค้นหาคำตอบในบทความ!
การนำความร้อน
ความสามารถในการถ่ายเทความร้อนภายในวัตถุเรียกว่าการนำความร้อน คุณสมบัตินี้แสดงด้วยตัวอักษร k และวัดเป็น W / (m × K) ค่าการนำความร้อนแตกต่างกันไปตามวัสดุต่างๆ ดังนั้น ทอง เงิน และทองแดงมีค่าการนำความร้อนสูง วัสดุเหล่านี้ยังเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีอีกด้วย อากาศนำความร้อนได้อย่างไร? คำตอบสั้น ๆ: มันเป็นตัวนำที่ไม่ดี การนำไฟฟ้าสูงของทองคำ เงิน และทองแดง เกิดจากการที่อิเล็กตรอนที่รับผิดชอบในการถ่ายโอนประจุก็มีส่วนร่วมในการถ่ายเทพลังงานความร้อนด้วย
แต่วัสดุเช่นแก้วและขนแร่มีค่าการนำความร้อนต่ำ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ามีอิเล็กตรอน "อิสระ" น้อยมากสำหรับการถ่ายโอนพลังงานความร้อนภายในของแข็ง วัสดุประเภทนี้เรียกว่าฉนวน อัตราการถ่ายเทความร้อน (นั่นคือ อัตราการเคลื่อนที่ของพลังงานความร้อน) ขึ้นอยู่กับการนำความร้อน ความแตกต่างของอุณหภูมิ พื้นที่สัมผัส และวัสดุที่ร่างกายมีอยู่โดยตรง ด้วยเหตุผลเดียวกัน พูดไม่ได้ว่าอากาศนำความร้อนได้ดี
ถ้าวัสดุเป็นตัวนำความร้อนได้ดี มันก็จะเคลื่อนผ่านร่างกายอย่างรวดเร็ว โลหะมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อการถ่ายเทความร้อน เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ช่วยให้ความร้อนสามารถหมุนเวียนได้ในขณะเดียวกันก็สามารถทนต่ออุณหภูมิที่รุนแรงที่เกี่ยวข้องกับความร้อนได้
เป็นอิเล็กตรอนที่ทำหน้าที่ถ่ายโอนพลังงานความร้อนและประจุไฟฟ้า ดังนั้นโลหะจึงเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี! นี่คือที่มาของคำตอบ: “ทำไมอากาศจึงเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี”
อย่างไรก็ตาม อย่าสับสนการนำไฟฟ้า (ซึ่งเกี่ยวข้องกับประจุของอิเล็กตรอน) เมื่อคุณหมายถึงการนำความร้อน (ซึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานอิเล็กตรอน)
พิสูจน์ด้วยประสบการณ์
ลองจับปลายแท่งเหล็กด้านหนึ่งเหนือเปลวไฟ - ไม่กี่นาทีต่อมาไฟก็จะร้อนขึ้น
ตอนนี้จับปลายไม้ด้วยเปลวไฟแล้วจุดไฟจะร้อนจัดจนลุกเป็นไฟในที่สุด อย่างไรก็ตามส่วนปลายของแท่งซึ่งอดทนไว้นะ ใจเย็นๆ
ความร้อนไม่ได้กระจายไปทั่วร่างกายเนื่องจากองค์ประกอบ: โครงสร้างทำให้อิเล็กตรอนถ่ายเทความร้อนผ่านวัสดุได้ยาก
ดังนั้น ประสบการณ์ในแต่ละวันแสดงให้เห็นว่าไม้ไม่ใช่ตัวนำความร้อนที่ดี หากคุณเคยเห็นส่วนของไม้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ คุณอาจสังเกตเห็นโครงสร้างของไม้: มันประกอบด้วยเซลล์แต่ละเซลล์ที่ทำหน้าที่เป็นฉนวนเนื่องจากไม่ได้เชื่อมต่อถึงกัน เซลล์กระจัดกระจายเหมือนก้อนหินในลำธาร ความร้อนเดินทางผ่านวัสดุดังกล่าวได้ช้ากว่าในโลหะมาก โดยที่อะตอมจะรวมตัวกันเป็น "โครงตาข่าย" สามมิติ
อากาศเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี ประสบการณ์ชีวิตประจำวันแสดงให้เห็น: จำโครงสร้างของหน้าต่าง พวกเขามักจะประกอบด้วยอย่างน้อยสองแก้วซึ่งมี "เบาะ" อากาศ ชั้นนี้ช่วยเก็บความร้อนในห้องโดยไม่ปล่อยออก
ดังนั้น หากใช้พลังงานความร้อนโดยตรงกับส่วนหนึ่งของวัตถุ อิเล็กตรอนในวัตถุจะตื่นเต้น ส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนของโครงตาข่ายอะตอมที่เคลื่อนที่ผ่านวัตถุ ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเมื่อผ่าน ยิ่งลิงก์ภายในของแข็งมากเท่าไหร่ การถ่ายเทความร้อนก็จะยิ่งเร็วขึ้น
ของเหลวเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี
ถ้าคุณซ่อมก้อนน้ำแข็งที่ด้านล่างของหลอดทดลองที่มีน้ำ (คุณต้องใช้ตุ้มน้ำหนักในการทำเช่นนี้ มิฉะนั้น มันจะลอยอยู่บนผิวน้ำ ดังนั้นเช่นน้ำแข็งมีความหนาแน่นต่ำกว่าน้ำ) จากนั้นให้ความร้อนน้ำที่ด้านบนของท่อคุณจะพบว่าน้ำจะเดือดที่ด้านบนของท่อและก้อนน้ำแข็งจะยังคงแช่แข็ง
เนื่องจากน้ำเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี ความร้อนส่วนใหญ่จะเคลื่อนที่เป็นกระแสหมุนเวียนภายในน้ำที่ด้านบนของท่อ มีเพียงส่วนเล็กๆ เท่านั้นที่จะจมลงสู่ก้อนน้ำแข็ง
อากาศนำความร้อนได้อย่างไร
อากาศคือกลุ่มก๊าซ แม้ว่าจะเหมาะสำหรับการพาความร้อน แต่ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทได้มีน้อย เนื่องจากมวลขนาดเล็กไม่สามารถเก็บความร้อนได้มาก จึงไม่ถือว่าเป็นตัวนำที่ดี มนุษย์ใช้คุณสมบัติการเป็นฉนวนของอากาศในชีวิตประจำวัน ดังนั้นจึงใช้หุ้มฉนวนคูลเลอร์ในผนังอาคาร แม้แต่การทำงานของกระติกน้ำร้อนก็ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าอากาศไม่สามารถนำความร้อนได้ดี มีตัวอย่างมากมายจริงๆ!
แล้วปรากฏการณ์นี้เกิดจากอะไร? เนื่องจากอากาศไม่หนาแน่น มีมวลจำนวนหนึ่งที่สามารถถ่ายเทพลังงานความร้อนผ่านการนำไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงเป็นตัวนำที่ไม่ดี แต่เป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม คำตอบของคำถามคือ “อากาศนำความร้อนได้หรือไม่” - ไม่คลุมเครือนัก ให้พิจารณาปรากฏการณ์ต่อไปนี้
การแผ่รังสีคือการถ่ายเทพลังงานผ่านคลื่นหรืออนุภาคที่ตื่นเต้น อากาศสร้างช่องว่างความร้อนที่ไม่อนุญาตให้พลังงานความร้อนเอาชนะได้ ความร้อนจะต้องแผ่ออกจากพื้นผิวถึงอนุภาคของอากาศนั้นก็ควรที่จะฉายรังสีจากอากาศไปยังพื้นผิวตรงข้าม ความร้อนเคลื่อนที่ช้ามากระหว่างวัสดุทั้งสาม และพลังงานความร้อนที่ถ่ายเทส่วนใหญ่จะถูกดูดซับในอากาศ
การพาความร้อนคือการพาความร้อนผ่านของเหลวหรือก๊าซเนื่องจากความหนาแน่นลดลงเนื่องจากการดูดซับความร้อน ในกรณีนี้ คุณสมบัติของอากาศจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง นอกจากนี้ยังเคลื่อนขึ้นด้านบนด้วยการถ่ายเทความร้อนจากภาชนะหรือช่องว่างที่หุ้มฉนวน ดังนั้นจึงใช้การพาความร้อนเพื่อระบายความร้อนและสามารถใช้เพื่อทำให้พื้นผิวเย็นลงได้ การกระจายความร้อนผ่านการพาความร้อนในอากาศค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม มันถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการระบายความร้อนหลายอย่าง ใช่ อากาศเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี
ตัวอย่างฉนวน
ฉนวนกันความร้อนใช้สำหรับหลายวัตถุประสงค์ สิ่งเหล่านี้รวมถึงเครื่องดื่มและอาหารที่ทำให้เย็นลง การสร้างช่องว่างอากาศในผนัง และการนำช่องอากาศเข้าไปในเครื่องครัว คุณสมบัติของการนำความร้อนของอากาศแม้จะนำไปใช้กับฉนวนโฟม
สรุป
การนำความร้อนคือการนำความร้อนผ่านตัวของแข็ง มันแตกต่างจากปรากฏการณ์การพาความร้อนตรงที่ไม่มีการเคลื่อนที่ของสสารเกิดขึ้นในกระบวนการ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าอากาศนำความร้อนได้ดีหรือไม่ และเพราะเหตุใด