Дулаан дамжилтын үзэгдэл гэдэг нь хоёр биетэй шууд харьцаж, ямар ч бодисын солилцоо, түүний солилцоогүйгээр энерги дулаан хэлбэрээр шилжихийг хэлнэ. Энэ тохиолдолд энерги нь өндөр температуртай нэг бие эсвэл биеийн хэсгээс бага температуртай хэсэг рүү шилждэг. Дулаан дамжуулалтын параметрүүдийг тодорхойлдог физик шинж чанар нь дулаан дамжилтын илтгэлцүүр юм. Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр гэж юу вэ, үүнийг физикт хэрхэн тодорхойлсон бэ? Энэ нийтлэл нь эдгээр асуултад хариулах болно.
Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр ба түүний мөн чанарын тухай ерөнхий ойлголт
Хэрэв та физикийн хувьд дулаан дамжилтын илтгэлцүүр гэж юу вэ гэсэн асуултад энгийнээр хариулбал хоёр бие эсвэл нэг биеийн өөр өөр хэсгүүдийн хооронд дулаан дамжуулах нь бөөмс хоорондын дотоод энергийн солилцооны үйл явц гэдгийг хэлэх хэрэгтэй. биеийг бүрдүүлдэг (молекулууд, атомууд, электронууд, ионууд). Дотоод энерги нь өөрөө кинетик болон потенциал энерги гэсэн хоёр чухал хэсгээс бүрддэг.
Үүний мөн чанарын үүднээс физикт дулаан дамжилтын илтгэлцүүр гэж юу вэүнэт зүйлс? Микроскопийн түвшинд материалын дулаан дамжуулах чадвар нь тэдгээрийн бичил бүтцээс хамаардаг. Жишээлбэл, шингэн ба хийн хувьд энэ физик процесс нь молекулуудын хоорондын эмх замбараагүй мөргөлдөөний улмаас үүсдэг; хатуу биетүүдэд дамжуулсан дулааны гол хувь нь чөлөөт электрон (металл системд) эсвэл фонон (металл бус бодис) хоорондын энергийн солилцоонд ордог.), болор торны механик чичиргээ.
Дулаан дамжилтын илтгэлцүүрийн математик дүрслэл
Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр гэж юу вэ гэсэн асуултад математикийн үүднээс хариулъя. Хэрэв бид нэгэн төрлийн биеийг авбал өгөгдсөн чиглэлд түүгээр дамжих дулааны хэмжээ нь дулаан дамжуулах чиглэлтэй перпендикуляр гадаргуугийн талбай, материалын өөрөө дулаан дамжилтын илтгэлцүүр, төгсгөлийн температурын зөрүүтэй пропорциональ байх болно. их бие, мөн биеийн зузаантай урвуу пропорциональ байх болно.
Үр дүн нь томъёо юм: Q/t=kA(T2-T1)/x, энд Q/t - t хугацаанд биеээр дамжсан дулаан (энерги), k - авч үзсэн биеийг хийсэн материалын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр, A - биеийн хөндлөн огтлолын талбай, T2 -T 1 - биеийн төгсгөлийн температурын зөрүү, T2>T1, x - дулаан Q дамжуулагдах биеийн зузаан.
Дулааны энерги дамжуулах арга
Материалын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр гэж юу вэ гэсэн асуултыг авч үзвэл дулаан дамжуулах боломжит аргуудыг дурдах хэрэгтэй. Дулааны энергийг ашиглан янз бүрийн биетүүдийн хооронд дамжуулж болнодараах процессууд:
- дамжуулах чадвар - энэ процесс нь бодис дамжуулахгүйгээр явагддаг;
- конвекц - дулаан дамжуулалт нь бодисын өөрөө хөдөлгөөнтэй шууд холбоотой;
- цацраг - дулаан дамжуулалтыг цахилгаан соронзон цацраг, өөрөөр хэлбэл фотонуудын тусламжтайгаар гүйцэтгэдэг.
Дамжуулах буюу конвекцийн процессыг ашиглан дулааныг шилжүүлэхийн тулд янз бүрийн биетүүдийн хооронд шууд холбоо барих шаардлагатай байдаг ба дамжуулах явцад материйн макроскоп хөдөлгөөн байхгүй, харин үйл явцын хувьд ялгаатай байдаг. конвекц энэ хөдөлгөөн байдаг. Дулаан дамжуулах бүх процесст бичил харуурын хөдөлгөөн явагддаг гэдгийг анхаарна уу.
Хэвийн температурын хэдэн арван градусын хувьд дамжуулсан дулааны дийлэнх хувийг конвекц ба дамжуулалт эзэлдэг бөгөөд цацрагийн процесст дамжуулж буй энергийн хэмжээ маш бага байдаг гэж хэлж болно. Гэсэн хэдий ч цацраг нь хэдэн зуун, хэдэн мянган Келвиний температурт дулаан дамжуулах үйл явцад гол үүрэг гүйцэтгэж эхэлдэг, учир нь энэ аргаар дамжуулсан энерги Q нь үнэмлэхүй температурын 4-р зэрэгтэй пропорциональ хэмжээгээр нэмэгддэг, өөрөөр хэлбэл ~ T. 4. Жишээлбэл, манай нар энергийн ихэнх хэсгийг цацрагаар алддаг.
Хатуу бодисын дулаан дамжуулалт
Хатуу биед молекул эсвэл атом бүр тодорхой байрлалд байдаг бөгөөд түүнээс гарч чадахгүй тул дулааныг конвекцээр дамжуулах боломжгүй бөгөөд цорын ганц боломжтой процесс нь:дамжуулах чанар. Биеийн температур нэмэгдэхийн хэрээр түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн кинетик энерги нэмэгдэж, молекул эсвэл атом бүр илүү хүчтэй хэлбэлзэж эхэлдэг. Энэ үйл явц нь тэднийг хөрш зэргэлдээх молекулууд эсвэл атомуудтай мөргөлдүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд ийм мөргөлдөөний үр дүнд кинетик энерги нь бөөмсөөс бөөмс рүү шилжиж, биеийн бүх хэсгүүд энэ процесст хамрагдах хүртэл явагддаг.
Тодорхойлсон бичил харуурын механизмын үр дүнд металл бариулын нэг үзүүрийг халаахад хэсэг хугацааны дараа температур бүхэлдээ саваагаар жигдэрнэ.
Янз бүрийн хатуу материалд дулаан жигд дамждаггүй. Тиймээс дулаан дамжуулалт сайтай материалууд байдаг. Тэд дулааныг өөрсдөө амархан, хурдан дамжуулдаг. Гэхдээ дулаан дамжуулагч муу эсвэл тусгаарлагч байдаг тул бага зэрэг дулаан дамждаг.
Хатуу бодисын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр
Хатуу биеийн дулаан дамжилтын илтгэлцүүр k нь дараах физик утгыг агуулна: энэ нь температурын зөрүүтэй, хязгааргүй урт, өргөнтэй аль ч биетийн нэгж гадаргуугийн талбайгаар нэгж хугацаанд өнгөрөх дулааны хэмжээг заана. түүний төгсгөлүүд нэг градустай тэнцүү байна. Олон улсын SI нэгжийн системд k коэффициентийг J/(smK) хэмждэг.
Хатуу бодисын энэ коэффициент нь температураас хамаардаг тул дулаан дамжуулах чадварыг харьцуулахын тулд 300К-ийн температурт тодорхойлох нь заншилтай байдаг.төрөл бүрийн материал.
Металл ба металл бус хатуу материалын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр
Бүх металлууд нь дулаан дамжуулагч бөгөөд электрон хий дамжуулах үүрэгтэй. Хариуд нь ион ба ковалент материалууд, түүнчлэн утаслаг бүтэцтэй материалууд нь сайн дулаан тусгаарлагч, өөрөөр хэлбэл дулааныг муу дамжуулдаг. Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр гэж юу вэ гэсэн асуултыг тодруулж дуусгахын тулд энэ үйл явц нь конвекц эсвэл дамжуулалтын улмаас явагддаг бол материйг заавал байлгах шаардлагатай байдаг тул вакуумд дулааныг зөвхөн дамжуулж болно гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. цахилгаан соронзон цацраг.
Доорх жагсаалтад зарим металл ба металл бусын дулаан дамжилтын илтгэлцүүрийн утгыг J/(smK)-ээр харуулав:
- ган - гангийн зэрэглэлээс хамаарч 47-58;
- хөнгөн цагаан - 209, 3;
- хүрэл - 116-186;
- цинк - цэвэршилтээс хамаарч 106-140;
- зэс - 372, 1-385, 2;
- гуулин - 81-116;
- алт - 308, 2;
- мөнгө - 406, 1-418, 7;
- резин - 0, 04-0, 30;
- шилэн - 0.03-0.07;
- тоосго - 0, 80;
- мод - 0, 13;
- шил - 0, 6-1, 0.
Тиймээс металын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь тусгаарлагчийн дулаан дамжилтын илтгэлцүүрээс 2-3 дахин их байдаг нь бага дулаан дамжилтын илтгэлцүүр гэж юу вэ гэсэн асуултын хариултын тод жишээ юм.
Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь олон зүйлд чухал үүрэг гүйцэтгэдэгүйлдвэрлэлийн үйл явц. Зарим процесст сайн дулаан дамжуулагч ашиглаж, контактын талбайг нэмэгдүүлэх замаар нэмэгдүүлэхийг эрмэлздэг бол заримд нь контактын талбайг багасгаж, дулаан тусгаарлагч материал ашиглан дулаан дамжуулалтыг бууруулахыг оролддог.
Шингэн ба хий дэх конвекц
Шингэн дэх дулааныг дамжуулах нь конвекцийн процессоор явагддаг. Энэ процесс нь янз бүрийн температуртай бүсүүдийн хооронд бодисын молекулуудын хөдөлгөөнийг хамардаг, өөрөөр хэлбэл конвекцийн үед шингэн эсвэл хий холилддог. Шингэн бодис дулаан ялгаруулахад түүний молекулууд кинетик энергиийнхээ зарим хэсгийг алдаж, бодис илүү нягт болдог. Эсрэгээр, шингэн бодисыг халаах үед түүний молекулууд кинетик энергийг нэмэгдүүлж, хөдөлгөөн нь улам эрчимжиж, бодисын хэмжээ нэмэгдэж, нягт нь буурдаг. Ийм учраас таталцлын нөлөөгөөр материйн хүйтэн давхаргууд доошоо унаж, халуун давхарга нь дээшлэхийг оролддог. Энэ процессын үр дүнд бодис холилдож, түүний давхаргууд хоорондын дулаан дамжуулалтыг хөнгөвчлөх болно.
Зарим шингэний дулаан дамжилтын илтгэлцүүр
Усны дулаан дамжилтын илтгэлцүүр гэж юу вэ гэсэн асуултад хариулвал конвекцийн процессоос үүдэлтэй гэж ойлгох хэрэгтэй. Түүний дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь 0.58 Ж/(смК).
Бусад шингэний хувьд энэ утгыг доор жагсаав:
- этил спирт - 0.17;
- ацетон - 0, 16;
- глицерин - 0, 28.
Энэ нь үнэ цэнэШингэний дулаан дамжуулалтыг хатуу дулаан тусгаарлагчтай харьцуулж болно.
Агаар мандал дахь конвекц
Агаар мандлын конвекц нь салхи, циклон, үүл үүсэх, бороо гэх мэт үзэгдлүүдийг үүсгэдэг учраас чухал юм. Эдгээр бүх үйл явц нь термодинамикийн физик хуулиудад захирагддаг.
Агаар мандал дахь конвекцийн процессуудаас хамгийн чухал нь усны эргэлт юм. Энд бид усны дулаан дамжуулалт, дулаан багтаамж гэж юу вэ гэсэн асуултуудыг авч үзэх хэрэгтэй. Усны дулааны багтаамж гэдэг нь 1 кг ус руу хэр их дулааныг шилжүүлэх шаардлагатайг харуулсан физик хэмжигдэхүүн гэж ойлгогддог бөгөөд ингэснээр түүний температур нэг градусаар нэмэгддэг. Энэ нь 4220 J-тэй тэнцүү байна.
Усны эргэлт дараах байдлаар явагдана: нар далайн усыг халааж, усны нэг хэсэг нь агаар мандалд ууршдаг. Конвекцийн процессын улмаас усны уур маш өндөрт гарч, сэрүүсч, үүл, үүл үүсч, мөндөр эсвэл бороо хэлбэрээр хур тунадас орно.
