Номер 1, страница 51, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Строение и свойства вещества. Тепловые явления. Параграф 13. Теплопередача в нашем доме. Повторим изученное - номер 1, страница 51.

Условие.

• Что такое теплопроводность?

Решение.

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность — это один из трёх видов переноса тепловой энергии (наряду с конвекцией и излучением). Этот процесс заключается в передаче внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым или от одного тела к другому при их непосредственном контакте. Перенос энергии происходит за счёт взаимодействия микрочастиц вещества (атомов, молекул, ионов, свободных электронов). Важной особенностью теплопроводности является то, что сам перенос вещества при этом не происходит.

Механизм теплопроводности в разных средах:
- В твёрдых телах: В металлах теплопередача осуществляется в основном за счёт движения свободных электронов, которые, перемещаясь по кристаллической решётке, обмениваются энергией с ионами решётки и друг с другом. Это объясняет, почему металлы являются хорошими проводниками не только электричества, но и тепла. В диэлектриках (веществах, не проводящих электрический ток) тепло передаётся за счёт колебаний атомов в узлах кристаллической решётки. Эти колебания распространяются в виде упругих волн, называемых фононами.
- В жидкостях: Механизм теплопроводности в жидкостях схож с диэлектриками, но из-за отсутствия жёсткой структуры и большей подвижности молекул, энергия передаётся при их столкновениях и диффузии. Теплопроводность жидкостей обычно ниже, чем у твёрдых тел, но выше, чем у газов.
- В газах: В газах молекулы находятся на большом расстоянии друг от друга и движутся хаотично. Перенос энергии происходит при их редких столкновениях. Поэтому газы, как правило, обладают самой низкой теплопроводностью. Это свойство используется в теплоизоляционных материалах, которые содержат много воздушных пор (например, пенопласт, минеральная вата).

Количественное описание:

Способность вещества проводить тепло количественно характеризуется коэффициентом теплопроводности, который обычно обозначается буквой $\text{k}$ или $\lambda$. Этот коэффициент показывает, какое количество теплоты проходит за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению теплового потока, при градиенте температуры, равном единице.

Процесс теплопроводности описывается законом Фурье. В простейшем одномерном случае для стационарного потока тепла его можно записать так:

$P = \frac{\Delta Q}{\Delta t} = -k \cdot S \cdot \frac{\Delta T}{\Delta x}$

где:
$\text{P}$ — мощность теплового потока (количество теплоты, проходящее в единицу времени), измеряется в Ваттах (Вт);
$\Delta Q$ — количество теплоты, прошедшее за время $\Delta t$;
$\text{k}$ — коэффициент теплопроводности материала, измеряется в Вт/(м·К);
$\text{S}$ — площадь поперечного сечения, через которое идёт тепло, измеряется в м²;
$\frac{\Delta T}{\Delta x}$ — градиент температуры, показывающий, как быстро меняется температура $\text{T}$ с изменением расстояния $\text{x}$. Знак "минус" указывает на то, что тепло всегда передаётся в направлении убывания температуры.

Материалы с высоким коэффициентом теплопроводности (например, серебро, медь) называют хорошими проводниками тепла. Материалы с низким коэффициентом (например, воздух, дерево, вакуум) — плохими проводниками или теплоизоляторами.

Примеры из жизни:
- Металлическая ложка, опущенная в горячий чай, быстро нагревается по всей длине, так как металл обладает высокой теплопроводностью. Деревянная или пластиковая ложка нагреется значительно медленнее.
- Зимняя одежда состоит из материалов (пух, шерсть), которые содержат много воздуха. Воздух — плохой проводник тепла, поэтому такая одежда помогает сохранять тепло тела.
- В строительстве используют теплоизоляционные материалы (пенопласт, минеральная вата), чтобы уменьшить потери тепла из зданий зимой и защитить их от перегрева летом.

Ответ: Теплопроводность — это процесс переноса тепловой энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым за счёт теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, электронов), который происходит без переноса самого вещества.