Šiluminis laidumas

Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.

Peršokti į: navigaciją, paiešką

Šiluminis laidumas – savaiminis šiluminės energijos atidavimo procesas per medžiagą (kietaisiais kūnais, rečiau – skysčiais bei dujomis) iš aukštesnės temperatūros regiono į žemesnės. Procesas stengiasi išlyginti temperatūrinį skirtumą. Šiluminis laidumas gali būti apibūdintas ir kaip energijos perdavimas iš vienos medžiagos į kitą.

Geri šilumos laidininkai energiją perduoda greitai, daugiausia dalyvaujant laisviesiems elektronams. Tačiau ją perduoti gali ir svyruodami atomai. Medžiaga, kurioje šilumos laidumo vyksmas greitas, vadinama šilumos laidininku. Tokie laidininkai energiją perduoda daugiausia dalyvaujant laisviems elektronams (gebantiems laivai judėti kietajame kūne). Jeigu energija perduodama atomų svyravimo dėka, medžiaga vadinama šilumos izoliatoriumi.

Dydis, parodantis kaip medžiaga praleidžia šilumą, vadinamas šiluminio laidumo koeficientu arba savituoju šiluminiu laidžiu.

Turinys

[taisyti] Šilumos atidavimo būdai

Šilumos laidumo būdu dalį vieno kūno vidinės energijos galima perduoti kitam kūnui (kai jie susiliečia ir yra nevienodos temperatūros) arba iš vienos kūno dalies į kitą (kai kuri nors kūno pusė yra šildoma).

[taisyti] Šilumos laidumo veiksniai

Šilumos laidumo atvaizdavimas laidininke.

Šilumos laidumą galima paaiškinti vidine medžiagų sandara. Gerą metalų šilumos laidumą lemia laisvųjų elektronų šiluminis judėjimas ir sąveika.

Šilumos laidumo būdu medžiaga neperduodama iš vienos kūno dalies į kitą arba iš vienų kūnų į kitus. Šilumos laidumą galima paaiškinti vidine medžiagų sandara. Gerą metalų šilumos laidumą lemia laisvųjų elektronų šiluminis judėjimas ir sąveika. Skysčuose ir dujose šiluma perduodama dėl molekulių smūgių ir difuzijos. Difuzijos įtaka šilumos laidumui yra ryškiausia dujose. Jų molekulės yra toli viena nuo kitos, todėl susiduria rečiau ir lėčiau perduoda energiją viena kitai. Todėl dujos ir skysčiai yra blogi šilumos laidininkai.

[taisyti] Šilumos laidumo mechanizmas. Furjė dėsnis

Šilumos laidumas yra pernašos reiškinys. Kadangi yra temperatūros gradientas, molekulės perduoda kinetinę energiją. Matematiškai šį procesą aprašo Furjė dėsnis: šilumos srauto tankis proporcingas temperatūros gradientui:

q = -\lambda \cdot \nabla T
  • q yra šilumos srauto tankis (šilumos kiekis perneštas per laiko vienetą vieno kvadratinio metro plotu, \frac {J} {m^2 \cdot s} )
  • λ yra šiluminio laidumo koeficientas ( \frac {W} {m \cdot K} ),
  • T - absoliutinė temperatūra

Jei šilumos laidumas vyksta viena kryptimi x,

q = \lambda \cdot \frac {dT} {dx}

Praktiniams, inžineriniams skaičiavimams naudojama šiluminių nuostolių per sienelę formulė:

Q = \lambda \cdot S \cdot \tau \ \frac {T_2 - T_1} {D}
  • Q - šiluminiai nuostoliai (J)
  • S - sienelės plotas (m²)
  • \tau \ - laikas (s)
  • T2 − T1 - abiejų sienelių pusių temperatūrų skirtumas (K)
  • D - sienelės storis (m)

[taisyti] Šilumos laidumo reikšmė

Šilumos laidumo būdu medžiaga neperduodama. Šilumos laidumas labai svarbus žmonių gyvenime. Kūnams apsaugoti nuo atšalimo ir perkaitimo naudojamos įvairios izoliacinės medžiagos trukdančios perduoti šilumą laidumo būdu. Pavyzdžiui, kad butuose oras neatvėstų, įstiklinami balkonai, dedami dvigubi ar trigubi langų stiklai. Tarp jų esantis oras yra labai geras šilumos izoliatorius. Šiltiems drabužiams naudojami geri šilumos izoliatoriai - vilna, pūkai. Iš gerų šilumos izoliatorų pagamintos keptuvių, puodų rankenos neįkaista. Geri šilumos laidininkai yra namų šildymo sistemos vamzdžiai, radiatoriai.

Rodomas puslapis "http://lt.wikipedia.org/wiki/%C5%A0iluminis_laidumas"