Siltuma vadītspēja
Siltuma vadītspēja (jeb siltumvadītspēja) ir siltuma pārnese no viena objekta uz citu, kura temperatūra ir atšķirīga, kad tie viens otram pieskaras. Piemēram, mēs varam sasildīt rokas, pieskaroties karsta ūdens pudelēm. Kad aukstās rokas pieskaras karstā ūdens pudelei, siltums plūst no karstākā objekta (karstā ūdens pudeles) uz aukstāko objektu (roku). Cilvēki izgatavo priekšmetus ar atšķirīgu siltuma vadītspēju, piemēram, virtuves traukus, lai karsētu priekšmetus, vai izolētus traukus, lai karstās lietas saglabātu karstas vai aukstās - aukstas.
Citi siltuma pārneses veidi ir siltuma starojums un/vai konvekcija. Parasti vienlaikus notiek vairāki no šiem procesiem.
Pieskaroties karstā ūdens pudelei, mēs iegūstam siltumu caur vadītspēju.
Mikroskopiskais skaidrojums
Saskaņā ar atomu teoriju cietvielas, šķidrumi un gāzes sastāv no sīkām daļiņām, ko sauc par atomiem. Ar materiāla temperatūru mēra, cik ātri pārvietojas atomi, un ar siltumu mēra kopējo enerģijas daudzumu, ko rada atomu vibrācijas.
Caurvade var notikt, kad viena materiāla daļa tiek uzkarsēta. Šīs daļas atomi vibrē straujāk un ir lielāka iespēja, ka tie trāpīs saviem kaimiņiem. Sadursmes izraisa arī šo atomu ātrāku kustību, nododot tiem siltuma enerģiju. Šādā veidā enerģija pārvietojas pa cietvielu (līdzīgi kā enerģija pārvietojas pa krītošu domino komplektu).
Atomu aina palīdz izskaidrot arī to, kāpēc vadītspējai ir lielāka nozīme cietajās vielās: cietajās vielās atomi ir cieši viens pie otra un nevar pārvietoties. Šķidrumos un gāzēs daļiņas var pārvietoties cita gar citu, tāpēc sadursmes ir retākas.
Siltuma vadītspējas likums
Siltuma vadītspējas likums, kas pazīstams arī kā Furjē likums, nozīmē, ka siltuma pārneses ātrums laikā caur materiālu ir proporcionāls negatīvajam temperatūras gradientam un laukumam, kas atrodas taisnā leņķī pret šo gradientu, caur kuru plūst siltums:
∂ Q ∂ t = - k ∮ S ∇ T ⋅ d S {\displaystyle {\frac {\partial Q}{\partial t}}}=-k\oint _{S}{\nabla T\cdot \,dS}} 
kur:
Q ir nodotā siltuma daudzums, un
t ir laiks, kas vajadzīgs, un
k ir materiāla siltumvadītspēja' un
S ir laukums, caur kuru plūst siltums, un
T ir temperatūra.
Siltumvadītspēja parasti mainās atkarībā no temperatūras, taču dažos izplatītākajos materiālos tās var būt nelielas, bet ievērojamā temperatūru diapazonā.
Lineāra siltuma plūsma
Saistītās lapas
- Siltuma pārnese
- Konvekcija
- Siltuma starojums
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir siltuma vadītspēja?
A: Siltuma vadītspēja ir siltuma pārnese starp diviem dažādu temperatūru objektiem, kad tie saskaras viens ar otru.
J: Vai siltuma vadītspēja var notikt starp vienādas temperatūras objektiem?
A: Nē, siltuma vadītspēja notiek tikai starp objektiem, kuru temperatūra ir atšķirīga.
J: Kāds ir siltuma vadīšanas piemērs?
A: Siltuma vadītspējas piemērs ir roku sasilšana, pieskaroties karsta ūdens pudelei. Kad aukstākās rokas saskaras ar karstākā ūdens pudeli, siltums plūst no karstākā objekta uz aukstāko.
J: Kādi ir daži materiāli ar atšķirīgu siltuma vadītspēju?
A: Virtuves piederumi var būt izgatavoti no materiāliem ar atšķirīgu siltuma vadītspēju, kā arī no izolētiem traukiem karstiem vai aukstiem priekšmetiem.
J: Vai ir vēl citi siltuma pārneses veidi bez vadītspējas?
A: Jā, siltumu var pārnest arī ar starojumu un konvekciju.
J: Vai visi siltuma pārneses procesi notiek atsevišķi?
A: Nē, parasti vairāki no šiem siltuma pārneses procesiem (vadītspēja, starojums un konvekcija) notiek vienlaicīgi.
J: Vai siltuma pārnese var notikt vakuumā?
A: Jā, siltuma pārnese, izmantojot starojumu, var notikt vakuumā. Šādā veidā Saules siltums sasniedz Zemi.
