Ćwiczenie wykonali:
advertisement
Temat 2 Współczynnik przewodnictwa cieplnego ciał stałych - termopara Gliwice grudzień 2002 Pomiędzy ciałami ogrzanymi do różnych temperatur zachodzi wymiana ciepła. Ciało cieplejsze traci ciepło, a ciało chłodniejsze je zyskuje. Istnieją trzy sposoby wymiany cieplnej: - konwekcja (unoszenie) - promieniowanie - przewodnictwo cieplne. Konwekcyjna wymiana ciepła polega na przenoszeniu ciepła razem z materią. Może ona występować tylko w gazach, cieczach lub ich mieszania, tj. w płynach. Jeżeli pomiędzy różnymi częściami płynu istnieje różnica temperatur, to powoduje ona przemieszczanie się całych makroskopowych jego fragmentów. Gęstość płynu na ogół maleje wraz ze wzrostem temperatury, dlatego też gdy ogrzewamy płyn od dołu, to zgodnie z prawem Archimedesa, ogrzane warstwy będą wypływać ku górze, zimniejsze natomiast będą opadać. W ten sposób wytwarza się prąd konwekcyjny, powodujący mieszanie się płynu i równomierne jego nagrzewanie. Przenoszenie ciepła przez promieniowanie zachodzi bez bezpośredniego kontaktu ciał wymieniających się energią i polega na wypromieniowaniu i pochłanianiu przez te ciała energii pola elektromagnetycznego. Każde ogrzane ciało jest źródłem promieniowania, którego widmo jest 3 widmem ciągłym. Gdy temperatura ciała nie przekracza 700K, promieniowanie nie jest widoczne dla oka i możemy je nazwać promieniowaniem cieplnym. Dla temperatur wyższych, długość fali promieniowania cieplnego przesuwają się w stronę fal krótszych i zaczyna pojawiać się promieniowanie świetlne. Takie promieniowanie elektromagnetyczne dochodzące do innego ciała może być przez nie pochłonięte, przez co zwiększa jego energię wewnętrzną. Zjawisko przenoszenia ciepła przez promieniowanie może zachodzić również w próżni, dzięki czemu na powierzchnię Ziemi dociera ogromna ilość energii ze Słońca. Zjawisko przewodnictwa cieplnego należy do tzw. Zjawisk transportu, obok dyfuzji i lepkości. Przewodnictwem cieplnym nazywamy przenoszenie energii wywołane różnicą temperatur pomiędzy sąsiednimi częściami ciała. Jeżeli zetkniemy ze sobą ciała ogrzane do różnych temperatur, to na skutek zderzeń między ich drobinami, następuje bezpośrednia wymiana energii kinetycznej ruchu cieplnego. Cząsteczki ciała cieplejszego, poruszające się szybciej, przekazują część swojej energii cząsteczkom poruszającym się wolniej, wskutek czego całkowita energia kinetyczna cząstek ciała gorącego zmniejsza się, a zimno rośnie. Zdolność przekazywania energii na skutek przewodnictwa cieplnego jest różna dla różnych ciał. Wartość współczynnika λ jest duża dla dobrych przewodników ciepła, którymi są np. metale, a niewielkie dla dobrych izolatorów cieplnych (np. gazy). Zwykle λ zależy od temperatury, jednak gdy różnice temperatur pomiędzy różnymi częściami ciała nie są zbyt duże, można przyjąć ze jest ona stała w obszarze całej substancji. Określenie wartości liczbowej współczynnika przewodnictwa cieplnego nie jest sprawą prostą, ponieważ w celu zmierzenia wartości λ należy wyeliminować straty ciepła przez promieniowanie i konwekcję. W zależności od tego czy chcemy badać dobre czy złe przewodniki ciepła stosujemy różne metody. a1a
