Главная > Физика > Курс физики (Грабовский Р.И.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 57. Теплопроводность жидких и твердых тел

Процесс теплопроводности в твердых и жидких телах описывается тем же законом Фурье, который был выведен нами для газов (см. § 49):

где k — коэффициент теплопроводности, градиент температуры, площадь, через которую переносится теплота, продолжительность времени переноса. Однако коэффициент теплопроводности у твердых и жидких тел значительно больше, чем у газов. Особенно большими значениями к отличаются металлы. Коэффициент теплопроводности имеет порядок у газов жидкостей и неметаллических твердых тел металлов Максимальное значение имеет серебро.

Процесс теплопроводности в твердых и жидких телах осуществляется путем взаимодействия колеблющихся частиц (молекул, атомов, ионов), составляющих тело. Наиболее интенсивное колебание частиц, происходящее в области повышенной температуры, передается соседним частицам, постепенно распространяясь на все тело. В металлах, кроме того, теплопроводность значительно увеличивается благодаря свободным электронам, которые могут перемещаться внутри металла, непосредственно перенося свою кинетическую энергию из области повышенной температуры в область более низкой температуры. Важная роль свободных электронов в процессе теплопроводности подтверждается тем фактом, что коэффициент теплопроводности металлов приблизительно пропорционален их коэффициенту электропроводности. В жидкостях (как и в газах) процесс передачи теплоты может усиливаться конвекцией, если нагретые части жидкости расположены ниже холодных.

Теплопроводность твердого тела в большой мере зависит от его структуры: наименьшей теплопроводностью характеризуются пористые тела, так как газ, заполняющий поры, имеет сравнительно малый коэффициент теплопроводности.

По мере распространения теплоты в теле его температура повышается — тело, как говорят, прогревается. Через некоторое время после начала нагревания область повышенной температуры распространится от места нагрева на все тело. Этот процесс (распространения температуры) называется температуропроводностью. Скорость его зависит не только от коэффициента теплопроводности х тела, но и от удельной теплоемкости с и плотности тела. Как-показывают опыт и теория, эта скорость пропорциональна отношению

Величина характеризующая скорость прогревания (или остывания) тела, называется коэффициентом температуропроводности. Из формулы (15) следует, что К измеряется в (как и коэффициент диффузии). Проиллюстрируем явление температуропроводности следующим примером. Опыт показывает, что свинец прогревается (и остывает) быстрее, чем железо, несмотря на то что коэффициент теплопроводности железа ] приблизительно вдвое больше, чем свинца ]. Дело, по-видимому, в том, что свинец имеет больший коэффициент температуропроводности, чем железо.

Проверим это, рассчитав К по формуле (15). Примем для железа а для свинца Тогда получим для железа и для свинца т. е. действительно

Если поверхность тела подвержена попеременным нагреваниям и охлаждениям, т. е. испытывает колебания температуры, то эти колебания передаются и в глубь тела. Глубина проникновения температурных колебаний зависит от температуропроводности тела: чем больше коэффициент температуропроводности, тем глубже проникают эти колебания. В этой связи температуропроводность имеет существенное агрофизическое значение: от коэффициента температуропроводности почвы зависит глубина, на которую проникают суточные и сезонные (периодические) колебания температуры земной поверхности.

Коэффициент температуропроводности почвы имеет порядок для сухих почв и для влажных

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление