Номер 2, страница 31 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Обсуди с товарищем. § 7. Теплопроводность. Глава 1. Тепловые явления - номер 2, страница 31.

2. Почему пористые материалы обладают плохой теплопроводностью?

Решение

Пористые материалы обладают плохой теплопроводностью из-за своей специфической структуры, которая эффективно препятствует основным механизмам переноса тепла. Главную роль в этом играет газ (чаще всего воздух), заключенный в порах материала.

Рассмотрим, как пористая структура влияет на различные виды теплопередачи:

1. Снижение теплопроводности. Теплопроводность – это перенос энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия частиц. В пористых материалах тепло может передаваться двумя путями: через твердый "каркас" и через газ в порах. Воздух является очень плохим проводником тепла (его коэффициент теплопроводности $ \lambda_{воздуха} \approx 0.026~Вт/(м \cdot К) $), что значительно ниже, чем у большинства твердых материалов. Поскольку основной объем пористого материала занят воздухом, а сам твердый каркас имеет небольшую площадь сечения и малое количество точек контакта между своими частицами, общий путь для переноса тепла через проводимость оказывается сильно затруднен.

2. Подавление конвекции. Конвекция – это перенос тепла потоками жидкости или газа. В сплошном объеме воздуха нагретые, менее плотные слои поднимаются вверх, а холодные и более плотные опускаются вниз, создавая конвекционные потоки, которые эффективно переносят тепло. В пористых материалах воздух заключен в очень маленьких, замкнутых или частично изолированных ячейках (порах). Такой малый объем не позволяет воздуху свободно циркулировать, и конвекционные потоки не могут возникнуть. Таким образом, перенос тепла за счет конвекции практически полностью исключается.

3. Ослабление излучения. Тепловое излучение – это перенос энергии в виде электромагнитных волн. Внутри пор тепло передается излучением от одной стенки к другой. Однако многочисленные поверхности стенок пор поглощают, рассеивают и переизлучают эту энергию во всех направлениях, что значительно замедляет ее сквозное прохождение через всю толщу материала.

В результате сочетания этих трех факторов – низкой теплопроводности воздуха в порах, отсутствия конвекции и ослабления лучистого теплообмена – пористые материалы, такие как пенопласт, минеральная вата, пробка, дерево или снег, являются отличными теплоизоляторами.

Ответ: Пористые материалы обладают плохой теплопроводностью в основном потому, что их поры заполнены воздухом, который является очень плохим теплопроводником. Кроме того, малый размер пор подавляет перенос тепла конвекцией, так как воздух внутри них не может свободно циркулировать. Теплопроводность через твердый каркас материала также ограничена из-за малой площади контактов между его волокнами или гранулами.