Leitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Körpers oder Materials, Wärme zu übertragen. Dabei bewegt es sich durch einen festen Gegenstand hindurch oder von einem Gegenstand zum anderen, da beide miteinander in Kontakt stehen. Nur so gelangt die Wärme durch den ganzen Körper. Es stellt sich die Frage: „Wie leiten Luft und andere Materialien Wärme?“Finde es im Artikel heraus!
Wärmeleitfähigkeit
Die Fähigkeit, Wärme innerhalb eines Objekts zu übertragen, wird Wärmeleitfähigkeit genannt. Diese Eigenschaft wird mit dem Buchstaben k bezeichnet und in W / (m × K) gemessen. Die Wärmeleitfähigkeitswerte variieren für verschiedene Materialien. Gold, Silber und Kupfer haben also eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Übrigens sind diese Materialien auch gute elektrische Leiter. Wie leitet Luft Wärme? Die Antwort ist kurz: Es ist ein schlechter Dirigent. Die hohe Leitfähigkeit von Gold, Silber und Kupfer beruht darauf, dass die Elektronen, die für die Ladungsübertragung zuständig sind, auch an der Übertragung von thermischer Energie beteiligt sind.
Aber Materialien wie Glas und Mineralwolle haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Dies erklärt sich dadurch, dass sie im Inneren des Festkörpers nur sehr wenige „freie“Elektronen für die Übertragung von Wärmeenergie haben. Materialien dieser Art werden Isolatoren genannt. Die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung (dh die Bewegungsgeschwindigkeit der Wärmeenergie) hängt direkt von der Wärmeleitfähigkeit, dem Temperaturunterschied und der Kontaktfläche und dem Material ab, die der Körper besitzt. Aus dem gleichen Grund kann man nicht sagen, dass Luft Wärme gut leitet.
Ist das Material ein guter Wärmeleiter, dann bewegt es sich schnell durch den Körper. Metalle werden häufig für Wärmeübertragungszwecke verwendet, da sie Eigenschaften haben, die die Zirkulation von Wärme ermöglichen und gleichzeitig den extremen Temperaturen standh alten, die mit dem Erhitzen verbunden sind.
Es sind die Elektronen, die für die Übertragung von Wärmeenergie und elektrischer Ladung verantwortlich sind. Daher sind Metalle gute Wärme- und Stromleiter! Hier liegt die Antwort auf die Frage: „Warum ist Luft ein schlechter Wärmeleiter?“
Verwechseln Sie jedoch nicht die elektrische Leitfähigkeit (die mit der Ladung von Elektronen zusammenhängt), wenn Sie die Wärmeleitfähigkeit meinen (die mit der Elektronenenergieübertragung zusammenhängt).
Wir beweisen durch Erfahrung
Versuche, ein Ende eines Metallstabs über eine Flamme zu h alten - nach ein paar Minuten wird es heiß.
H alte jetzt das Ende eines Holzstabes in eine Flamme und das Ende wird so heiß, dass es irgendwann Feuer fängt. Allerdings ist das Ende der Stange für dieh alte durch, bleib relativ cool.
Aufgrund seiner Zusammensetzung verteilt sich die Wärme nicht im gesamten Volumen des Körpers: Seine Struktur erschwert es Elektronen, Wärme durch das Material zu übertragen.
So zeigt die Alltagserfahrung, dass Holz kein guter Wärmeleiter ist. Wenn Sie schon einmal einen Holzabschnitt unter einem Mikroskop gesehen haben, ist Ihnen wahrscheinlich die Struktur von Holz aufgefallen: Es besteht aus einzelnen Zellen, die als Isolatoren wirken, weil sie nicht miteinander verbunden sind. Zellen sind verstreut wie Steine in einem Bach. Wärme bewegt sich viel langsamer durch ein solches Material als in Metallen, wo die Atome in einem dreidimensionalen „Gitter“aneinander gebunden sind.
Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Die Erfahrung des Alltags zeigt: Denken Sie an den Aufbau von Fenstern. Sie bestehen immer aus mindestens zwei Gläsern, zwischen denen sich ein Luft-"Kissen" befindet. Diese Schicht hilft, die Wärme im Raum zu h alten, ohne sie herauszulassen.
Wenn also thermische Energie direkt auf einen Teil eines festen Objekts angewendet wird, werden die Elektronen im Objekt angeregt. Dies führt zu Atomgitterschwingungen, die sich durch das Objekt ausbreiten und die Temperatur beim Passieren erhöhen. Je enger die Verbindungen innerhalb eines Festkörpers sind, desto schneller ist die Wärmeübertragung.
Flüssigkeiten sind schlechte Wärmeleiter
Wenn du einen Eiswürfel am Boden eines Reagenzglases mit Wasser befestigst (dazu musst du ein Gewicht verwenden, sonst schwimmt er auf der Oberfläche, alsowie Eis eine geringere Dichte als Wasser hat) und dann das Wasser oben im Rohr erhitzen, werden Sie feststellen, dass das Wasser oben im Rohr kocht und der Eiswürfel gefroren bleibt.
Das liegt daran, dass Wasser ein schlechter Wärmeleiter ist. Der größte Teil der Wärme bewegt sich in einem Konvektionsstrom im Wasser am oberen Ende der Röhre, nur ein kleiner Teil davon sinkt auf den Eiswürfel.
Wie leitet Luft Wärme?
Luft ist eine Ansammlung von Gasen. Obwohl es hervorragend für die Konvektion geeignet ist, ist die Wärmemenge, die es übertragen kann, minimal, da die geringe Masse der Materie nicht viel Wärme speichern kann - weshalb es nicht als guter Leiter gilt. Die isolierenden Eigenschaften der Luft nutzt der Mensch im Alltag. Sie werden also verwendet, um Kühler in den Wänden eines Gebäudes zu isolieren. Auch die Arbeit einer Thermoskanne beruht darauf, dass Luft Wärme schlecht leitet. Es gibt wirklich viele Beispiele!
Also, was verursacht dieses Phänomen? Da Luft nicht dicht ist, steht eine bestimmte Menge an Masse zur Verfügung, um Wärmeenergie durch Leitung zu übertragen. Daher ist es ein schlechter Leiter, aber ein ausgezeichneter Isolator. Dennoch ist die Antwort auf die Frage: „Leitet Luft Wärme?“- nicht so eindeutig. Betrachten Sie also die folgenden Phänomene.
Strahlung ist die Übertragung von Energie durch Wellen oder angeregte Teilchen. Die Luft erzeugt einen thermischen Sp alt, der nicht zulässt, dass thermische Energie ihn überwindet. Wärme muss von der Oberfläche abgestrahlt werdenLuftpartikel, dann sollte es von der Luft auf die gegenüberliegende Oberfläche abgestrahlt werden. Wärme bewegt sich sehr langsam zwischen den drei Materialien und der größte Teil der übertragenen Wärmeenergie wird in der Luft absorbiert.
Konvektion ist die Bewegung von Wärme durch eine Flüssigkeit oder ein Gas aufgrund einer Abnahme der Dichte aufgrund von Wärmeabsorption. In diesem Fall werden die Eigenschaften von Luft äußerst nützlich. Es bewegt sich auch nach oben, indem es Wärme von einem isolierten Behälter oder Raum überträgt. Daher wird Konvektion zum Abführen von Wärme verwendet und kann zum Kühlen der Oberfläche verwendet werden. Die Verteilung von Wärme durch Konvektion in Luft ist etwas ineffizient, wird jedoch für viele Kühlzwecke verwendet. Ja, Luft ist ein schlechter Wärmeleiter.
Isolierungsbeispiele
Isolierung wird für viele Zwecke verwendet. Einige davon umfassen das Kühlen von Getränken und Speisen, das Schaffen von Luftsp alten in Wänden und das Einbringen von Lufteinschlüssen in Küchenutensilien. Eigenschaften wie Luft Wärme leitet, gelten sogar für Isolierschaum.
Schlussfolgerung
Leitfähigkeit ist der Wärmedurchgang durch einen festen Körper. Es unterscheidet sich vom Phänomen der Konvektion dadurch, dass dabei keine Materiebewegung stattfindet. Jetzt wissen wir, ob Luft Wärme gut leitet und warum.
