Sdílení tepla vedením

14. 8. 2012, 12:23

21. 1. 2013, 15:00

František Látal

Úvod

Přenos nebo také sdílení tepla můžeme rozdělit do tří základních kategorií: tepelná výměna vedením (kondukcí), tepelná výměna prouděním (konvekcí) a tepelná výměna sáláním (zářením). Přenos tepla v reálných situacích v různých zařízeních je obvykle kombinací dvou nebo i všech tří uvedených způsobů.

Při sdílení tepla vedením si tepelnou energii vyměňují jen spolu sousedící částice látky. Podle součinitele tepelné vodivosti $\lambda$ dělíme látky na dobré a špatné vodiče tepla. Největší tepelnou vodivost mají kovy, čehož se využívá v technice (elektrický vařič, pájka, kovová chladící tělesa u chladničky). Naopak velmi malou tepelnou vodivost má voda, nejnižší tepelnou vodivost mají plyny. Proto sypké a pórovité látky, uvnitř kterých je vzduch, jsou špatnými tepelnými vodiči (textilie, peří, suché dřevo, cihly, písek) a používají se jako tepelná izolace (vrstva vzduchu mezi dvojitými okny).

Budeme-li uvažovat rovinnou desku o tloušťce $d$, jejíž konce jsou udržovány na konstantních teplotách $t_{1}, t_{2} \big(t_{2} > t_{1}\big),$ a teplo proudí pouze kolmo k povrchovým plochám desky, pak teplo $Q$, které projde plochou $S$ povrchu desky za čas $\tau$ lze určit ze vztahu \begin{equation} Q= \lambda S \frac{ t_{2}- t_{1}}{d} \tau, \label{eq:rce1} \end{equation} kde $\lambda$ je součinitele tepelné vodivosti. Jednotkou $\lambda$ je ${\rm W m^{-1}K^{-1}.}$

Pomůcky

Přístroj pro demonstraci sdílení tepla v pevných látkách tzv. Ingenhouszův přístroj, vařič, voda, vosk.

Postup

• Přístroj pro demonstraci sdílení tepla v pevných látkách je složen z pěti tyčinek stejné délky a stejného průměru, které jsou ovšem vyrobeny z různých materiálů (viz obr. 1). V našem konkrétním případě se jedná o tyčinky vyrobené z mědi, hliníku, mosazi, železa a umělé hmoty. Do důlků v těchto tyčinkách upevníme kousky vosku a celý přístroj položíme na plechovou nádobu, která obsahuje vodu a leží na elektrickém vařiči.
• Zapneme vařič a pozorujeme postupné odpadávání vosku z jednotlivých tyčinek. Jakmile se určité místo na tyčce ohřeje na bod tání vosku, kulička z vosku spadne dolů.

Obr. 1 Ingenhouszův přístroj

Závěr

Experimentem demonstrujeme, že různé látky mají různou tepelnou vodivost a různě vedou teplo. Nejlépe vedou teplo látky s nejvyšší hodnotou součinitele tepelné vodivosti $\lambda$. Tedy v souladu s tab. 1 jsme ukázali, že nejlépe z těchto pěti materiálů vede teplo měď, poté hliník, mosaz a železo. Nejhůře umělá hmota.

Poznámky

• K demonstraci sdílení tepla vedením lze použít i jiné přístroje než je zde zmíněný Ingenhouszův přístroj.

Diskuze (0)

Fotogalerie (1)