Przewodnictwo Cieplne

Przewodnictwo cieplne to, najprościej mówiąc, własność określająca zdolność substancji do przewodzenia ciepła. Im większa jej wartość dla danej substancji tym więcej ciepła jest ona w stanie przewodzić w tych samych warunkach, w porównaniu z innym ciałem o mniejszym przewodnictwie. W przeciwieństwie do zjawiska konwekcji w procesie przewodnictwa cieplnego nie ma makroskopowych ruchów ośrodka. Dalsze informacje teoretyczne oraz wzory można znaleźć tutaj. W tym artykule zajmiemy się natomiast praktycznym występowaniem tego zagadnienia.

Przewodnictwo cieplne wokół nas

Kiedy jest wokół nas chłodno, to często odczuwamy to w kończynach, najczęściej ze względu na to, że stykamy się nimi z powierzchnią o mniejszej temperaturze niż nasze ciało. Zauważmy, że zimą, kiedy dotkniemy na zewnątrz metalowej poręczy momentalnie czujemy w dłoni chłód i po chwili nasza dłoń staje się chłodna. O ile wydaje nam się, że to zimno „wchodzi” do naszego ciała, to tak naprawdę my oddajemy ciepło. Im większa przewodność ciała z którym mamy styczność, tym szybciej je wytracimy. Dla uplastycznienia tej zależności wyobraźmy sobie, ze stoimy boso na podłodze, a potem na dywanie. Kiedy staniemy na podłodze momentalnie zrobi nam się zimno, w momencie gdy zrobimy tak samo, ale na dywanie, to nie poczujemy tak szybkiego upływu ciepła, dywan będzie nas częściowo izolować cieplnie od chłodniejszego podłoża.

Ciepło „ucieka” najszybciej poprzez materiały, które mają najwyższą przewodność cieplną, do takich należą również przewodniki elektryczne. Metale takie jak miedź czy aluminium są bardzo dobrymi przekładami świetnych „przekaźników” temperatury. Warto też wspomnieć, że działa to w drugą stronę, tzn. jeżeli ciało przewodzące ma większą temperaturę od nas to zacznie nas ono ogrzewać. Jeżeli różnica temperatur jest bardzo duża, a ciało jest świetnym przewodnikiem to możemy zostać poparzeni. Dlatego tak bolesne jest dotknięcie rozgrzanej części patelni czy tradycyjnego czajnika bez izolacji. W temacie izolowania, to właśnie materiały takie jak plastik czy drewno są słabymi przewodnikami ciepła, a co za tym idzie opisane wyżej procesy zachodzą w nich dużo wolniej. Tego typu substancje określamy izolatorami cieplnymi.

Praktyczne zastosowania prawideł przewodnictwa

Współczynnik przewodzenia ciepła ma bezpośrednie powiązanie z ciepłem właściwym materiału. Jest to wartość ciepła niezbędna do zwiększenia temperatury ciała w jednostkowej masie o jedną jednostkę. Mówiąc prościej, to bliskoznaczne pojęcie określa jak dużo ciepła musimy oddać do danego materiału aby ten się nagrzał. Jak łatwo się domyślić materiały o niskim cieple właściwym nagrzewają się szybciej, a te o wyższym wolniej. Materiały, których temperatura szybko się zmienia należą do przewodników, te które ją utrzymują zaliczamy do izolatorów.

W praktyce przewodnictwo cieplne stosuje się przede wszystkim w ocenianiu przydatności materiałów w chłodnictwie oraz w infrastrukturze grzewczej. Przykładowo, materiały które dobrze przewodzą ciepło są stosowane między innymi w komputerach do redukcji temperatury podzespołów. Do ogrzewania nadal w wielu domach stosowane są grzejniki żeliwne, które zapewniają dobrą wymianę ciepła z otoczeniem. Dzięki poznaniu zależności wynikających ze współczynnika przewodnictwa cieplnego możemy również wytypować materiały jakie zastosujemy do ocieplenia domu, czy nawet uszycia rękawic termicznych, których używamy aby uniknąć poparzeń przy sięganiu gorących naczyń. Wszystko to sprawia, że jest to nieodłączna część naszego życia i po raz kolejny uświadamiamy sobie, że fizyka jest bliżej niż mogłoby się wydawać.