Issiqlik oʻtkazuvchanlik nima?

Qishda hammom plitkasida yurish yoqimsiz, chunki u gilamga qaraganda ancha sovuqroq. Bu qiziq, chunki gilam va plitkalar odatda bir xil haroratda (yaʼni xona haroratida) boʻladi. Biz guvoh boʻlgan bu hodisa turli xil materiallar issiqlikni har xil tezlikda oʻtkazishi bilan izohlanadi. Plitka va toshlar gilam va matolarga qaraganda issiqlikni tezroq tashiydi, shuning uchun qishda plitka va toshlar sovuqroq tuyuladi, chunki ular issiqlikni oyogʻingizdan gilamga qaraganda tezroq oʻtkazadi.

Umuman olganda, elektr tokining yaxshi oʻtkazgichlari (mis, alyuminiy, oltin va kumush kabi metallar) yaxshi issiqlik oʻtkazgichlari hamdir, shu bilan birga, elektr tokining izolyatorlari (yogʻoch, plastmassa va kauchuk) esa issiqlikning yomon oʻtkazgichlaridir. Quyidagi rasmda har xil haroratdagi ikki jismning molekulalari koʻrsatilgan. Issiq jismdagi molekulaning oʻrtacha kinetik energiyasi sovuqroq jismga nisbatan kattaroq. Agar ikkita molekula toʻqnashsa, issiq molekuladan sovuq molekulaga energiya uzatiladi. Barcha toʻqnashuvlarning yigʻindisi issiq tanadan sovuqroq tanaga issiqlik oqimini keltirib chiqaradi. Biz jismlar orasida issiqlikning bunday uzatilishini issiqlik oʻtkazuvchanlik deb ataymiz.

Issiqlik oʻtkazuvchanlik tezligiga taʼsir qiluvchi toʻrtta omil ($k$k, $A$A, $\Delta T$delta, T, $d$d) mavjud. Ushbu toʻrt omil (kattalik) quyidagi tenglamaga kiritilgan va u tajribalar bilan tasdiqlangan.

$Q$Q harfi $t$t vaqtda uzatilgan issiqlik miqdorini bildiradi, $k$k – bu materialning issiqlik oʻtkazuvchanlik doimiysi, $A$A – bu materialning issiqlik uzatilayotgan qismi yuzi, $\Delta T$delta, T – materialning bir tomoni va boshqa tomoni oʻrtasidagi harorat farqi, $d$d esa materialning qalinligidir. Ushbu omillarni quyidagi rasmda vizual ravishda koʻrish mumkin.

Rasm: issiqlik oʻtkazuvchanlik har qanday materialda kuzatiladi, bu yerda toʻrtburchak shaklida deraza oynasi yoki morj terisi koʻrsatilgan. (Surat manbasi: Openstax College Physics)

Issiqlik oʻtkazuvchanlik tenglamasida $\dfrac{Q}{t}=\dfrac{kA\Delta T}{d}$start fraction, Q, divided by, t, end fraction, equals, start fraction, k, A, delta, T, divided by, d, end fraction biz tushunishimiz kerak boʻlgan narsalar koʻp. Har bir had individual nimani bildirishini birma-bir koʻrib oʻtaylik.

$\dfrac{Q}{t}$start fraction, Q, divided by, t, end fraction: tenglikning chap tarafidagi had $(\dfrac{Q}{t})$left parenthesis, start fraction, Q, divided by, t, end fraction, right parenthesis har $\text{sekundda}$start text, s, e, k, u, n, d, d, a, end text qancha $\text{joul}$start text, j, o, u, l, end text issiqlik miqdori uzatilganini anglatadi. Demak, $\dfrac{Q}{t}$start fraction, Q, divided by, t, end fraction ning birligi $\dfrac{\text{joul}}{\text{sekund}}=\text{vatt}$start fraction, start text, j, o, u, l, end text, divided by, start text, s, e, k, u, n, d, end text, end fraction, equals, start text, v, a, t, t, end text

$k$k: koʻpaytuvchi $k$k issiqlik oʻtkazuvchanlik doimiysi deyiladi. Issiqlik oʻtkazuvchanlik doimiysi $k$k issiqlik energiyasini yaxshi oʻtkazadigan materiallar uchun (metall va tosh kabi) kattaroq, $k$k issiqlikni yomon oʻtkazadigan materiallar uchun esa (havo va yogʻoch kabi) kichikdir.

$\Delta T$delta, T: issiqlik oqimi oʻtkazuvchan materiallar oʻrtasidagi harorat farqi $\Delta T=T_{issiq}-T_{sovuq}$delta, T, equals, T, start subscript, i, s, s, i, q, end subscript, minus, T, start subscript, s, o, v, u, q, end subscript ga toʻgʻri proporsional. Shuning uchun siz qaynoq suvdan iliq joʻmrak suvidan koʻra qattiqroq kuyasiz. Aksincha, agar harorat bir xil boʻlsa, issiqlik uzatish tezligi nolga tenglashadi va muvozanatga erishiladi.

$A$A: toʻqnashuvlar soni yuza ortgani sayin koʻpayishi sababli issiqlik oʻtkazuvchanlik $A$A taʼsir yuzasiga bogʻliq. Agar siz sovuq devorga kaftingiz bilan tegsangiz, qoʻlingiz barmogʻingiz bilan teggandan koʻra tezroq soviydi.

$d$d: oʻtkazuvchanlik mexanizmidagi uchinchi omil – bu issiqlik oʻtkazadigan materialning qalinligi $d$d. Yuqoridagi rasmda har ikki tomonining harorati har xil boʻlgan plitalar koʻrsatilgan. Aytaylik, $T_2$T, start subscript, 2, end subscript $T_1$T, start subscript, 1, end subscript dan katta, shuning uchun issiqlik chapdan oʻngga oʻtadi. Issiqlikning chapdan oʻngga oʻtishi bir qator molekulyar toʻqnashuvlar bilan amalga oshadi. Material qanchalik qalin boʻlsa, teng miqdordagi issiqlikni oʻtkazish uchun shuncha koʻp vaqt kerak boʻladi. Ushbu model nega qalin kiyimlar qishda yupqa kiyimlarga qaraganda issiqroq ekanini va nega Arktikadagi sutemizuvchilar oʻzlarini qalin pufak bilan himoya qilishini tushuntiradi.

Issiqlik oʻtkazuvchanligi $k$k yuqori boʻlgan materiallar (metallar va toshlar singari) issiqlikni har qanaqasiga yaxshi oʻtkazadi, yaʼni materialdan jismga yoki jismdan materialga. Shu sababli agar siz qoʻlingiz bilan sovuqroq metall jismga teginsangiz, metall issiqlik energiyasini tezda sizning qoʻlingizdan tashqi muhitga uzatadi, siz esa metalni juda sovuq his qilasiz. Xuddi shunga oʻxshab, agar metall teringizning haroratidan issiqroq boʻlsa, metall issiqlik energiyasini tezda sizning qoʻlingizga oʻtkazib yuboradi va siz bu metallni issiq his qilasiz.

Shu sababli qishda beton oyoqlarimizga sovuq (beton oyogʻimizdan issiqlikni tez oʻtkazadi), yozda esa issiq tuyuladi (beton oyogʻimizga issiqlikni tezda uzatadi).

Bir odam uyidagi derazani oʻzgartirmoqchi, biroq u derazaning issiqlik oʻtkazuvchanligini oʻzgartirmoqchi emas. Eski deraza $A$A yuza, $d$d qalinlik va $k$k issiqlik oʻtkazuvchanlik doimiysiga ega.

Uyingizdagi bir tarafli derazaning eni $0{,}65\text{ m}$0, comma, 65, start text, space, m, end text, boʻyi $1{,}25\text{ m}$1, comma, 25, start text, space, m, end text va qalinligi $2\text{ cm}$2, start text, space, c, m, end text. Shishaning issiqlik oʻtkazuvchanlik doimiysi $0{,}84 \dfrac{\text{J}}{\text{s}\cdot \text{m} \cdot ^o\text{C}}$0, comma, 84, start fraction, start text, J, end text, divided by, start text, s, end text, dot, start text, m, end text, dot, start superscript, o, end superscript, start text, C, end text, end fraction. Koʻchadagi harorat oʻzgarmas $5^o\text{ C}$5, start superscript, o, end superscript, start text, space, C, end text va xona ichkarisining harorati $20^o\text{ C}$20, start superscript, o, end superscript, start text, space, C, end text.

Yechim:

$Q= 1{,}84 \times 10^6 \text{ J}\quad {\text{(hisoblang va nishonlang)}}\quad$Q, equals, 1, comma, 84, times, 10, start superscript, 6, end superscript, start text, space, J, end text, start text, left parenthesis, h, i, s, o, b, l, a, n, g, space, v, a, space, n, i, s, h, o, n, l, a, n, g, right parenthesis, end text