Что такое теплопроводность и от чего она зависит?
Металлическая ложка в чае нагревается быстро, а деревянная почти нет. Это про теплопроводность? Что это за свойство и почему у материалов оно такое разное?
2 ответа
Теплопроводность — это способность материала передавать тепло от горячей части к холодной.
Тепло идёт через вещество за счёт того, что быстро колеблющиеся (горячие) частицы раскачивают соседние. Чем легче это передаётся, тем выше теплопроводность.
Примеры (коэффициент λ, Вт/(м·К), примерно):
- медь: ≈ 400
- алюминий: ≈ 200
- сталь: ≈ 50
- стекло: ≈ 1
- дерево: ≈ 0.15
- воздух: ≈ 0.025
Почему у металлов так высоко: в металле есть свободные электроны, которые быстро переносят тепло по всему объёму (заодно они же проводят электричество — поэтому хорошие проводники тока обычно и хорошо проводят тепло). В дереве и пластике электроны связаны, тепло ползёт медленно от молекулы к молекуле.
Поэтому металлическая ложка быстро прогревается и обжигает, а деревянная — нет. По той же причине ручки кастрюль и сковородок делают из пластика или дерева.
Интересно: лучшие теплоизоляторы используют воздух (пенопласт, пуховик, шерсть) — у неподвижного воздуха λ очень мала. Главное — не дать воздуху перемешиваться, иначе тепло унесёт конвекцией.
Коротко: теплопроводность показывает, насколько быстро тепло «бежит» сквозь материал. У металлов высокая из-за свободных электронов, у дерева и пластика низкая. Поэтому одни материалы делают радиаторы (медь, алюминий — отводить тепло), а другие — теплоизоляцию (пенопласт, минвата — задерживать).