Co to jest przewodnictwo cieplne?
Przewodnictwo cieplne odnosi się do przekazywania energii cieplnej z powodu przedmiotu o różnych temperaturach. Aby energia cieplna była przenoszona za pomocą przewodzenia, obiekt nie powinien być poruszany jako całość. Energia cieplna zawsze przenosi się z energii o wyższym stężeniu do niższego - to znaczy z gorącego na zimny. Dlatego, jeśli jedna część obiektu jest gorąca, ciepło będzie przekazywane poprzez przewodzenie ciepła do chłodniejszej części tego obiektu. Przewodnictwo cieplne będzie miało również miejsce, jeśli stykają się ze sobą dwa różne obiekty o różnych temperaturach.
Cząsteczki - takie jak atomy i cząsteczki - obiektu o wysokiej energii cieplnej poruszają się szybciej niż cząsteczki o niskiej energii cieplnej. Gdy cząstki są podgrzewane, mogą się poruszać i zderzać ze sobą, przenosząc w ten sposób energię. W przypadku wielu ciał stałych cząstki wibrują szybciej, powodując wibrowanie otaczających cząstek. Gdy energia cieplna jest przenoszona, szybciej poruszające się cząstki zwolnią, stając się w ten sposób chłodniejsze, a wolniej poruszające się cząsteczki będą poruszać się szybciej, tym samym cieplej. Będzie to trwało, dopóki obiekt nie osiągnie równowagi termicznej.
Przykładem przewodnictwa cieplnego jest metalowy garnek na piecu. Cząstki źródła ciepła poruszają się i przenoszą energię cieplną na cząstki metalu, powodując, że poruszają się one szybciej. Gdy cząsteczki w naczyniu poruszają się szybciej, naczynie staje się cieplejsze. Ponadto cząsteczki w doniczce będą przenosić swoje ciepło do żywności lub płynu w doniczce. Pozwala to gotować jedzenie lub gotować płyn.
Szybkość, z jaką obiekt przenosi ciepło poprzez przewodzenie, nazywa się przewodnością cieplną. Obiekt o niskiej przewodności przenosi ciepło wolniej niż obiekt o wysokiej przewodności. Dlatego niektóre substancje są stosowane jako izolatory, a inne w zastosowaniach takich jak gotowanie. Zasadniczo ciała stałe są lepszymi przewodnikami ciepła niż płyny i gazy. Ponadto metale są zwykle lepszymi przewodnikami termicznymi niż substancje niemetalowe.
Przewodnictwo cieplne powodowane przez poruszające się elektrony jest bardziej wydajne niż przewodnictwo spowodowane przez wibracje. Powodem, dla którego metale są tak dobrymi przewodnikami zarówno ciepła, jak i elektryczności, jest to, że mają wiele elektronów, które są w stanie się poruszać. Jednak elektrony zasadniczo nie idą bardzo daleko podczas przewodzenia energii cieplnej, ale raczej zderzają się i przenoszą energię cieplną na inne elektrony w pobliżu, które mogą następnie zderzać się i przenosić energię cieplną na inne elektrony w ich pobliżu. Rezultatem jest wydajna metoda transferu energii, która nadaje takim substancjom wysoką przewodność cieplną.