Механізми теплопровідності

Найбільшу теплопровідність мають речовини, в яких тепло переноситься вільними електронами, що зумовлено їхньою малою масою. Саме тому теплопровідність металів зазвичай висока. В нагрітій області речовини є більше електронів із високою енергією, вони легко мігрують в холодніші області, й втрачають там енергію, розсіюючись на коливаннях кристалічної ґратки. Діелектрики, наприклад, кераміка, мають меншу теплопровідність, що робить їх зручними для виготовлення посуду. В діелектриках, де немає вільних електронів, тепло передається повільнішими коливаннями атомів. Гази, наприклад, повітря, мають малу теплопровідність, зважаючи на невелику густину молекул і доволі нечасті зіткнення між ними. В газах тепло швидше переноситься через конвекцію.

З огляду на це, добрими теплоізолюючими властивостями характеризуються матеріали, в яких багато порожнин, заповнених повітрям: вовна, вата, пінопласт тощо.

22. У вченні про теплообміні розглядаються процеси поширення теплоти в твердих, рідких і газоподібних тілах. Ці процеси по своїй фізико-механічній природі досить різноманітні, відрізняються великою складністю і зазвичай розвиваються у вигляді цілого комплексу різнорідних явищ.

Перенесення теплоти може здійснюватися трьома способами: теплопровідністю, конвекцією та випромінюванням, або радіацією. Ці форми глибоко різні за своєю природою і характеризуються різними законами.

Процес переносу теплоти теплопровідністю відбувається між безпосередньо дотичними тілами або частками тіл з різною температурою. Вчення про теплопровідності однорідних і ізотропних тіл спирається на вельми міцний теоретичний фундамент. Воно засноване на простих кількісних законах і має у своєму розпорядженні добре розробленим математичним апаратом. Теплопровідність являє собою, згідно з поглядами сучасної фізики, молекулярний процес передачі теплоти.

Відомо, що при нагріванні тіла кінетична енергія його молекул зростає. Частинки більш нагрітої частини тіла, стикаючись при своєму безладному русі з сусідніми частинками, повідомляють їм частину своєї кінетичної енергії. Цей процес поступово поширюється по всьому тілу. Перенесення теплоти теплопровідністю залежить від фізичних властивостей тіла, від його геометричних розмірах, а також від різниці температур між різними частинами тіла. При визначенні переносу теплоти теплопровідністю в реальних тілах зустрічаються відомі труднощі, які на практиці досі задовільно не вирішені. Ці труднощі полягають у тому, що теплові процеси розвиваються в неоднорідному середовищі, властивості якої залежать від температури і змінюються за обсягом.