Molekulová fyzika Šíření tepla

www.Obecná škola.cz Proč je nebezpečné za mrazu lízat kovové zábradlí? Kovové zábradlí má velkou tepelnou vodivost a velmi nízkou teplotu ⇒ velice účinně ochlazuje jazyk a může ho ochladit pod bod mrazu. Sliny na jazyku zmrznou a jazyk se přilepí k zábradlí. Tepelná vodivost zábradlí však umožňuje vysvobození hříšníků. Stačí zábradlí v dostatečné vzdálenosti od jazyku zahřát hořákem, zábradlí dovede teplo k jazyku, led roztaje a školák je vysvobozen.

Obecná škola Proč je nebezpečné to hlásit ve školním rozhlase? Vzhledem k tomu, že lízat zábradlí napadne opravdu jen málokoho, každé takové hlášení ač dobře míněné spíše zvýší počet těch, kteří to zkusí.

Šíření tepla Vedením Prouděním Zářením

I. Vedení Fyzikální děj v látce, při němž částice látky s větší kinetickou energii, ji předávají okolním částicím s menší kinetickou energií Rychlost přenosu závisí na vazbách mezi částicemi Dvě tělesa se musí dotýkat, aby mezi nimi teplo procházelo vedením

Kolik tepla Q projde tělesem? λ … součinitel tepelné vodivosti d … tloušťka tělesa ve směru průchodu tepla S … průřez tělesa τ … doba průchodu tepla Δt … rozdíl teplot přední a zadní stěny ve směru průchodu tepla

Součinitel tepelné vodivosti λ najdeme v tabulkách MFCHT liší se pro různé teploty Dělíme látky podle jeho velikosti: Vysoká hodnota – tepelné vodiče Kovy – nositeli kinetické energie jsou volné elektrony Nízká hodnota – tepelné izolanty Destilovaná voda Nejlepšími izolanty jsou plyny, protože částice jsou od sebe daleko, látky obsahující v sobě plyny jsou dobrými izolanty, např. polystyren… Sbírka 76/62, DÚ 76/61

Látka λ (W·m-1·K-1) při 25 °C při 20 °C při 0°C diamant 895-2300   stříbro 429 418 měď 386 395 zlato 317 hliník 237 229 železo 80,2 73 olovo 35,3 rtuť 8,514 křemen 7,12 žula 2,9 - 4,0 silikonová pasta 1.4 led – 2,2 beton 1,5 sklo 1,35 0,60 - 1,0 cihla 0,28 - 1,2 škvárobeton 0,7 voda 0,6062 0,6 0,55 polystyren 0,16 olej 0,13 pěnové sklo 0,04 dřevo 0,04-0,35 skelná vata ovčí vlna polystyrenová pěna 0,033 0,035 vzduch (normální tlak) 0,0262 0,026 aerogel 0,015–0,020

„Kosmické“ materiály Možnost referátu: speciální vlastnosti aerogelu, především jeho extrémně nízký součinitel tepelné vodivosti

Kolik tepla unikne částí domu za den? Uvnitř domu 20 °C, venku -5 °C, plocha 1,5 m x 1,5 m Zeď: Klasická cihla 60 cm : Broušená cihla: 50 cm Izolace 20 cm: Polystyren (skelná vata, ovčí vlna): Polyuretan Okno Dřevěné: 1,5 m x 1,5 m Plastové: 1,5 m x 1,5 m 6,48 MJ 0,68 MJ 0,92 MJ 0,66 MJ 3,84 MJ 3,35 MJ

Úkol: Kolik musíme spálit v domě za den dřeva? Chceme udržet stálou teplotu v domě. Plocha stěn domu s jeho střechou je 225 m2. Dům je zaizolován 20 cm tlustým polystyrenem a střecha 20 cm tlustou skelnou vatou. Moderní dřevěná okna zaujímají 1/8 plochy domu Všechny další hodnoty viz předchozí úloha Palivové dříví má výhřevnost 14,62 MJ/kg 8,8 kg

II. Proudění Možné pouze u tekutin – kapaliny a plyny Vnitřní energie se přenáší pohybující se látkou Pohyb látky může být samovolný nebo nucený

Samovolné proudění Teplá tekutina stoupá vzhůru, protože má menší hustotu (zpravidla – anomalie vody), studená naopak klesá dolů Ohřev musí být zespodu nebo chlazení svrchu Nutné tíhové pole Vlastní zdroj

Nucené proudění Tekutina je poháněna vnější silou Chladič v automobilu, větrák v projektoru, odběr tepla v elektrárně z výměníku… Nejčastěji používaným kapalným médiem k proudění tepla jsou voda, olej, chladicí náplně vozidel Různé látky vedou teplo prouděním různě dobře. Záleží to také na tvaru nádoby, potrubí, apod., jeho průřezu a délce čerpadlo je někdy nutné aby pomohlo slabému samovolnému proudění

III. Šíření zářením Vyzařování a pohlcování Důsledek tepelného pohybu Odraz, projítí, pohlcení Infrazářiče se používají k ohřevu ve studené místnosti, lékařské účely Prostřednictvím záření si naše planeta udržuje stálou vnitřní energii Dostupné pod licencí CC: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Red-hot_heating.jpg