✓вопрос в начале, страница 85 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Тепловые явления. Параграф 23. Излучение. Вопросы для самопроверки - страница 85.

Условие.

✓ Какова теплопроводность газов по сравнению с теплопроводностью твёрдых тел?

Решение.

Теплопроводность газов значительно ниже, чем теплопроводность большинства твёрдых тел. Это различие обусловлено фундаментальными различиями в их строении и механизмах передачи тепла.

В газах молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга и движутся хаотично. Передача энергии (тепла) происходит в основном за счёт столкновений этих молекул. Поскольку плотность газа мала, а среднее расстояние между молекулами велико, столкновения происходят относительно редко. Это делает процесс переноса энергии от более нагретых областей к менее нагретым очень неэффективным. Поэтому газы являются хорошими теплоизоляторами.

В твёрдых телах, напротив, атомы или молекулы плотно упакованы и связаны друг с другом силами межмолекулярного взаимодействия, образуя кристаллическую решётку (в кристаллических телах) или аморфную структуру. Передача тепла в них происходит по двум основным механизмам. Первый механизм — это колебания кристаллической решётки (фононы). Атомы в узлах решётки колеблются, и эти колебания передаются соседним атомам, распространяясь по всему телу в виде упругих волн. Второй механизм, характерный для металлов, — это движение свободных электронов. В металлах имеется большое количество свободных электронов, которые могут свободно перемещаться по всему объёму. Эти электроны переносят энергию при столкновениях, и их высокая концентрация и подвижность делают металлы (например, медь, серебро, алюминий) наилучшими проводниками тепла.

Таким образом, из-за большой плотности и сильных связей между частицами в твёрдых телах передача энергии происходит гораздо интенсивнее, чем через редкие столкновения молекул в разреженных газах. Например, коэффициент теплопроводности воздуха составляет около $0.026 \ \mathrm{Вт/(м\cdot K)}$, в то время как у стали он около $50 \ \mathrm{Вт/ (м\cdot K)}$, а у меди — почти $400 \ \mathrm{Вт/ (м\cdot K)}$. Это означает, что теплопроводность меди почти в 15 000 раз выше, чем у воздуха.

Ответ: Теплопроводность газов крайне низкая по сравнению с теплопроводностью твёрдых тел (особенно металлов). Это связано с тем, что в газах молекулы находятся далеко друг от друга, и передача энергии через их редкие столкновения малоэффективна, в то время как в твёрдых телах энергия эффективно переносится за счёт колебаний плотно упакованных атомов в кристаллической решётке и, в случае металлов, за счёт движения свободных электронов.