Какое свойство воздуха сохраняет тепло

А это значит, что варежки сами по себе совсем не греют. Но вскоре внутри снова стало тепло. Вот и выходит – не варежки согрели твои руки, а, наоборот, ты своими  руками согрел варежки. Грелка, трубы центрального отопления, те, правда, греют, а ни пальто, ни шапка, ни варежки, ни валенки сами греть не могут. Другое дело, что они хорошо берегут твое тепло. Получается, ты сам – что-то вроде грелки, тепло идет от тебя, а одежда просто сохраняет тепло, не выпускает наружу.

Разная одежда бережет тепло по-разному. Мама даже говорит: «Холодно стало. Снимай это, надень то!» верно? Вот и скажи, почему в матерчатых варежках холоднее, чем в шерстяных, а в шерстяных холоднее, чем в меховых? Что? Ты говоришь, потому что матерчатые варежки тонкие, вязаные потолще, а меховые совсем толстые? Так-то оно так, но.… Вот как ты думаешь, что лучше – натянуть в морозный день на каждую руку одну толстую варежку или две тонких из такого же материала? В толстых варежках говоришь теплее? А если три тонких? Что? А-а, тогда, говоришь, будет теплее в тонких варежках?

Воздух преграждает путь холоду

Верно. Так вот считай, что, надевая две варежки, ты как раз и надеваешь… сразу три! Почему? Потому, что, когда ты надел две варежки, ты надел еще одну… невидимую. Ведь между обеими варежками обязательно есть воздух. А это тоже, между прочим, «варежка», хоть и воздушная, но теплая. И выходит: 2+1=3. ведь воздух отлично сберегает тепло. Не зря же рамы в окнах ставят двойные.

Ты, наверное, думаешь, что двойные рамы нужны только потому, что два стекла лучше защищают комнату от зимних морозов, чем одно? Ошибаешься. Стекло для мороза не преграда. Воздух между двумя рамами – вот настоящая преграда. Это как бы еще одна рама. А как ты думаешь, почему воробьи в морозный день сидят на ветках, нахохлившись, распушив перья? Оказывается, тоже для тепла. Между перышками и пушинками, как между двумя надетыми на одну руку перчатками, как между оконными рамами, помещается есть тоже воздух, и воробьям от этого теплее.

А наша с тобой одежда! Берегут тепло, не пропускают холод вовсе не нитки ткани, и не волоконца, из которых эти нитки скручены, а воздух, который прячется между ними. Чем пушистее, чм ворсистее ткань, тем больше места в ворсинках занимает воздух, а чем больше воздуха, тем нам теплее.

В шелке ворсинок мало, скручены они плотно – шелк холодный. В шерстяной ткани ворсинок много, они пушистые – шерсть теплая, потому, что там находится воздух. Вата еще пушистее. Вот из нее и делают теплые ватные одеяла. И входные двери обивают – утепляют – ватой.

К цехам заводов, к домам бежит по подземным трубам горячая вода. Чтобы она не остывала, трубы укутаны «одеялом» – толстым слоем ваты, только не простой, а стеклянной, из стеклянного волокна. Воздух, в таком волокне не дает остынуть и замерзнуть воде.

Ты наверняка видел кирпичи с множеством дырочек. В каждой дырочке воздух, и поэтому стенки из таких кирпичей и легче, и лучше сохраняют в домах тепло.

Но иногда нужно уберечь не тепло от холода, а, наоборот, холод от тепла. И тут воздух опять наш надежный помощник. Ему все равно, куда не пропускать тепло – наружу или внутрь. Чтобы тепло не проникало внутрь холодильника, его стенки и дверца тоже двойные, как оконные рамы. А между ними пушистая «воздушная» стеклянная вата.

Проводимость — это способность тела или материала пропускать тепло. При этом оно перемещается через твердый объект или из одного объекта в другой, потому что оба они находятся в контакте друг с другом. Это единственный способ прохождения тепла по всему телу. Возникает вопрос: «Как проводит тепло воздух и другие материалы?» Узнайте в статье!

Теплопроводность

Способность передавать тепло внутри объекта называется теплопроводностью. Это свойство обозначают буквой k, а измеряют в Вт/(м×K). Показатели теплопроводности варьируются для разных материалов. Так, золото, серебро и медь имеют высокую теплопроводность. К слову, эти материалы также являются хорошими проводниками электричества. А как воздух проводит тепло? Ответ краток: он является плохим проводником. Высокая проводимость золота, серебра и меди связана с тем, что электроны, которые отвечают за перенос заряда, также принимают участие в передаче тепловой энергии.

А вот такие материалы, как стекло и минеральная вата, имеют низкую теплопроводность. Объясняется это тем, что у них очень мало «свободных» электронов для переноса тепловой энергии внутри твердого тела. Материалы такого типа называют изоляторами. Скорость теплопередачи (то есть скорость движения тепловой энергии) напрямую зависит от теплопроводности, разности температур и площади контакта и материала, которыми обладает тело. По этой же причине нельзя утверждать, что воздух проводит тепло хорошо.

Если материал является хорошим проводником тепла, тогда оно быстро перемещается по телу. Металлы широко используются для целей теплопередачи, поскольку они обладают свойствами, которые позволяют распространять тепло, одновременно выдерживая экстремальные температуры, связанные с нагревом.

Именно электроны отвечают за передачу тепловой энергии, а также электрического заряда. Поэтому металлы являются хорошими проводниками тепла и электричества! Тут-то и скрывается ответ на вопрос: «Почему воздух плохо проводит тепло?»

Тем не менее не следует путать электрическую проводимость (которая связана с зарядом электронов), когда вы имеете в виду теплопроводность (которая связана с переносом энергии электронов).

Доказываем опытным путем

Попробуйте подержать один конец металлического стержня над пламенем – через несколько минут он нагреется.

Теперь подержите конец деревянной палочки в пламени, и этот конец станет настолько горячим, что он в конце концов вовсе загорится. Однако тот конец палочки, за который вы держитесь, останется относительно прохладным.

Тепло не распространяется по всему объему тела из-за его состава: его структура затрудняет передачу тепла электронами по материалу.

Так, повседневный опыт свидетельствует, что древесина не является хорошим проводником тепла. Если вам когда-нибудь приходилось видеть срез дерева под микроскопом, то вы наверняка заметили особенности структуры древесины: она состоит из отдельных ячеек, которые действуют как изоляторы, потому что они не взаимосвязаны. Клетки разбросаны, как камни в потоке. По такому материалу тепло двигается значительно медленнее, чем в металлах, где атомы связаны друг с другом в трехмерной «решетке».

Воздух плохо проводит тепло. Опыт повседневной жизни показывает: вспомните строение окон. Они всегда состоят из как минимум двух стекол, между которыми находится воздушная «подушка». Эта прослойка помогает сохранять тепло в помещении, не пропуская его наружу.

Итак, если тепловая энергия применяется непосредственно к одной части твердого объекта, электроны в объекте становятся возбужденными. Это приводит к колебаниям атомной решетки, которые проходят по объекту, повышая температуру при прохождении. Чем ближе звенья внутри твердого тела, тем быстрее происходит передача тепла.

Жидкости — плохие проводники тепла

Если вы закрепите кубик льда в нижней части пробирки с водой (вам нужно использовать вес, чтобы сделать это, иначе он будет плавать на поверхности, так как у льда меньшая плотность, чем у воды), а затем нагреете воду в верхней части трубки, вы обнаружите, что вода будет кипеть в верхней части трубки, а кубик льда останется замороженным.

Это связано с тем, что вода является плохим проводником тепла. Большая часть тепла будет двигаться в конвекционном токе внутри воды в верхней части пробирки, только небольшая часть ее будет опускаться до кубика льда.

Как воздух проводит тепло?

Воздух представляет собой набор газов. Хотя он отлично подходит для конвекции, количество тепла, которое он может передать, минимально, потому что малая масса вещества не может хранить большое количество тепла — именно поэтому его не считают хорошим проводником. Изоляционные свойства воздуха применяются человечеством в повседневной жизни. Так, они используются для изоляции кулеров, в стенах здания. Даже работа термоса построена на том, что воздух плохо проводит тепло. Примеров действительно множество!

Так чем же обусловлено это явление? Поскольку воздух неплотный, существует определенная масса, доступная для передачи тепловой энергии через проводимость. Поэтому он является плохим проводником, но отличным изолятором. Тем не менее ответ на вопрос: «Проводит ли воздух тепло?» – не столь однозначный. Так, рассмотрим следующие явления.

Радиация — это передача энергии через волны или возбужденные частицы. Воздух создает тепловой зазор, который не позволяет преодолеть тепловую энергию над ним. Тепло должно излучаться от поверхности к воздушным частицам, затем оно должно излучаться из воздуха на противоположную поверхность. Тепло очень медленно передвигается между тремя материалами, и большая часть передаваемой тепловой энергии поглощается в воздухе.

Конвекция представляет собой движение тепла через жидкость или газ из-за уменьшения плотности за счет поглощения тепла. В таком случае свойства воздуха становятся крайне полезными. Он также двигается вверх, передавая тепло из изолированного контейнера или пространства. Поэтому конвекция используется для удаления тепла и может применяться для охлаждения поверхности. Распределение тепла через конвекцию в воздухе несколько неэффективно, однако оно используется для многих целей охлаждения. Да, воздух плохо проводит тепло.

Примеры изоляции

Изоляция используется для многих целей. Некоторые из них включают охлаждение напитков и пищевых продуктов, создание воздушных зазоров в стенах, внедрение воздушных полостей в кухонные принадлежности. Особенности того, как воздух проводит тепло, применяются даже в изоляционной пене.

Вывод

Проводимость — это прохождение тепла через твердое тело. От явления конвекции ее отличает то, что в процессе не происходит никакого движения материи. Теперь нам известно, хорошо ли воздух проводит тепло, а также чем это обусловлено.