Вещество плохо проводящее тепло или электрический ток

история создания, развития и будущее популярного оптического прибора. »»»

Если вы потрогаете кусок ткани и металлический прут руками в холодный день, то металл покажется вам гораздо холоднее, чем ткань. Если эти тела находились какое-то время на холоде, то они будут иметь одинаковую температуру. Так почему же металл кажется холоднее? Ответ состоит в том, что он проводит тепловую энергию от руки быстрее, чем ткань. Существует много простых экспериментов, с помощью которых можно показать, что разные материалы проводят тепловую энергию в различной степени.

Большее количество воска расплавится от прикосновения медного стержня, чем от прикосновения свинцового, свидетельствуя о том, что медь гораздо лучший проводник тепловой энергии, но быстрее он начинает таять при прикосновении свинцового стержня. Почему так происходит? Свинец имеет меньшую теплоемкость, чем медь, и поэтому его температура растет быстрее. Вот почему необходимо, чтобы эксперимент длился достаточно долго, чтобы добиться стационарного состояния. Это достигается тогда, когда скорость потери теплоты равна скорости, с которой она пополняется. В результате температура нагреваемого тела остается постоянной.

В чем же состоит процесс передачи тепловой энергии при теплопроводности? В твердом теле частицы постоянно находятся в колебательном движении, но не изменяют своего равновесного положения. По мере роста температуры возрастают скорость и амплитуда колебаний. Справедливо утверждение, что часть этой увеличившейся анергии передается от одной частицы к другой. Но в металлах находится большое число свободных электронов. Есть и место для их перемещения, и они фактически проводят большую часть тепловой энергии. Вы можете ожидать, что хорошие проводники теплоты будут и хорошими проводниками электричества.

Это свойство медной сетки до сих пор используется в шахтерской рудничной лампе (см.рис.), изобретенной сэром Хамфри Дэви в 1815 г. Если в шахте появляется метан, то под сеткой воспламеняется газ и цвет пламени в лампе изменяется. Сетка предотвращает достижение газом, находящимся в шахте, температуры воспламенения, и поэтому не происходит взрыва.

Применение плохих и хороших проводников

Ручки чайников, кастрюль и т. п. всегда делаются из плохих проводников так, т.е они обладают низкой теплововодностью, чтобы соприкосновение с рукой было безопасным. Когда нужно переносить горячие предметы, такие, как кастрюля, то используются специальные варежки или другие непроводящие материалы. Подставки делаются из непроводящих материалов вроде пробки так, чтобы горячие тарелки и миски не повредили полированных покрытий столов. Следует помнить, что посуда из закаленного стекла (плохой проводник) охлаждается дольше, чем металлическая. Она также длительное время сохраняет горячими овощи, находящиеся внутри. Для того чтобы как можно быстрее передать теплоту, нужно использовать хорошие проводники, должен быть хороший физический контакт между ними.

Пример хорошего проводника в домашних условиях — это горячий водяной «радиатор». Он сделан из металла так, чтобы горячая вода внутри его передавала тепло как можно быстрее в комнату и согревала воздух, соприкасающийся с ним; горячий воздух затем поднимается, освобождая свое место для холодного воздуха.

Жидкости — плохие проводники теплоты. На рисунке изображен кусок льда удерживается проволочной сеткой на дне пробирки с водой. Газовая горелка подогревает воду вверху пробирки, и вода там быстро закипает. Однако же для того чтобы растаял лед на дне пробирки, требуется длительное время. Это говорит о том, что и вода, и стекло — плохие проводники теплоты.

Интересно рассмотреть относительную теплопроводность различных веществ.

= 6 х теплопроводность железа

= 600 х теплопроводность стекла

= 7200 х теплопроводность воды

= 9000 х теплопроводность пробки

= 18000 х теплопроводность хлопка

= 18 000 х теплопроводность воздуха

Теплопроводность воздуха и хлопка приблизительно одинакова, потому что хлопок содержит в себе большое количество воздуха.

В морозное утро зимой вы можете увидеть птиц с распушенными перьями. В таком положении между перьями помещается больше воздуха, и птица лучше изолируется от холода.
Проводимость — двусторонний процесс. Любой изолятор, предотврадающий утечку тепловой энергии, также и не допускает ее поступления. Плохие проводники могут одинаково успешно использоваться для поддержания вещей как в холодном состоянии, так и в горячем.

Читайте так же:

Тепловые источники тока применение

Для проводимости необходима материальная среда. Совершенным изолятором является вакуум, потому что в нем отсутствуют частицы для передачи теплоты.

Коэффициент теплопроводности Лямбда. Что это такое?

Коэффициент λ (лямбда) — это, пожалуй, наиболее важный параметр всех теплоизоляционных материалов. Его значение указывает на то, сколько тепла материал может пропускать через себя. То есть его показатель теплопроводности.

Чем ниже значение коэффициента λ (лямбда), тем меньше проводимость материала и, следовательно, он лучше изолирован от тепловых потерь. Это означает, что при одинаковых условиях больше тепла будет проходить через вещество с большей теплопроводностью.

Как же высчитывается этот коэффициент? Согласно второму закону термодинамики, тепло всегда уходит в область более низкой температуры. Для тела в форме теплопроводного кубоида в стационарных условиях количество передаваемого тепла зависит от вещества, пропорционально поперечному сечению тела, разности температур и времени теплопередачи.

Таким образом формула расчет будет выглядеть так:

λ (лямбда) — коэффициент теплопроводности;
ΔQ — количество тепла, протекающего через тело;
t — время;
L — длина тела;
S — площадь поперечного сечения корпуса;
ΔT — разность температур в направлении теплопроводности;
d — толщина перегородки.

За единицу измерения теплопроводности принимается система СИ — [Вт / (м · К)]. Она выражает количество теплового потока через единицу поверхности материала заданной толщины, если разница температур между двумя его сторонами составляет 1 Кельвин. Измеряют все эти показатели в специальных строительных лабораториях.

Иные свойства

Сегодня алюминия производится практически в 2 раза больше, чем меди. А в сравнении со всеми добываемыми металлами, он уступает только стали. Это подтверждает, что с каждым годом электротехническая отрасль наращивает обороты его использования. Объясняется это целым рядом причин, которые мы рассмотрим далее.

Электрические показатели алюминия

Согласно «Международному стандарту по отожженной меди» (IACS), последней присвоен показатель в 100% проводимости. В соответствии с вышеперечисленной информацией, алюминий проводит электричество лишь со значением в 61% в эквиваленте общепринятому стандарту.

Таким образом, равное процентное соотношение будет достигнуто только при больших поперечных сечениях. В виду того, что медь существенно тяжелее алюминия, такой «увеличенный» в массе проводник всё равно окажется легче медного.

Этот факт доказан путём сложных математических расчётов, результат которых показывает, что 1 кг. алюминия обеспечивает равную скорость проводимости, что 2 кг. меди. Потому, если этого не требуют определённые технические условия к размеру проводников, медь заменяется алюминием.

Полезно! Если для использования в домашней проводке вес электрического провода особой роли не имеет, то в применении на ВЛЭ (воздушных линиях электропередач) масса токоведущих жил сказывается значительно. Поэтому берётся тот, который легче, то есть алюминиевый.

Показатель прочности

При условии одинакового сечения медные жилы прочнее алюминиевых. Хотя, этот показатель легко увеличить за счёт легирования или термомеханической обработки, либо увеличить сечение.

Значения, приведённые в таблице, показывают, что алюминий проводит ток, но уступает меди в показателе «на разрыв». Тем не менее, он способен выдерживать собственный вес и не так перегружает опоры ВЛЭ, как медный.

Помимо этого, прессование алюминия подразумевает получение поперечных сечений сложных форм, чего нельзя получить из стали. Исходя из таких объективных причин новые элементы могут быть сконструированы так, что они окажутся наиболее эффективными в сравнении с допустимыми аналогами из других материалов.

Стойкость к коррозии

Алюминий не требует дополнительного окрашивания или покрытия цинком с целью защиты от коррозии. Естественное покрытие оксида предохраняет металл от последующего контакта с кислородом в воздухе и не допускает его дальнейшего окисления.

Интересно! При механическом повреждении защитного оксидного слоя, он мгновенно восстанавливается естественным путём

Срок службы

Продолжительность эксплуатации зависит от целого ряда условий. В первую очередь это температура и влажность. Хотя официально и озвучиваются цифры в 30 лет для меди и 15 для алюминия, на практике кабеля «отрабатывают» гораздо больше. В качестве примера можно привести дома сталинской или хрущёвской постройки. В некоторых из них до сих пор сохранилась «родная» электропроводка. Однако официальная информация озвучивается именно такими сроками.

Интересно! Иногда высказывается мнение, что такая электропроводка в доме опасна и может привести к возгоранию в результате перегрева контактов. Но такое может произойти с любым металлом, а причина скрывается не в его свойствах, а в плохом соединении или перегрузке линии. Аналогичные инциденты часто случаются в домах советской постройки. При проектировании квартир в 70-80-е гг. прошлого века никто не предполагал, что через несколько десятилетий они окажутся «наполнены» электроприборами, требующими большего сечения.

Заключение

Подведем итоги, для протекания электрического тока нужны свободные носители зарядов:

электроны в проводниках (металлы) и вакууме;
электроны и дырки в полупроводниках;
ионы (анионы и катионы) в жидкости и газах.

Читайте так же:

Тепловое действие тока определяется по формуле

Для того, чтобы движение этих носителей стало упорядоченны, нужно электрическое поле. Простыми словами — приложить напряжение на концах тела или установить два электрода в среде, где предполагается протекание электрического тока.

Также стоит отметить, что ток определенным образом воздействует на вещество, различают три типа воздействия:

тепловое;
химическое;
физическое.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезно видео, в котором более подробно рассматриваются условия существования и протекания электрического тока:

Полезное по теме:

Под публикациями о ежегодном отключении горячей воды в комментариях часто разворачивается обмен мнениями о том, есть ли толк в проточном водонагревателе. Например, под этой недавней публикацией. Есть мнение, что либо водонагреватель должен быть очень мощным, либо поток воды на выходе будет едва теплым и очень очень слабым.

Ниже два видеоматериала общей продолжительностью чуть менее двух минут, но сначала совершенно необходимая совершенно беспощадная физика.

Требуемая мощность зависит от трех параметров.

Первый – объем воды, проходящей через водонагреватель в единицу времени. Чем больше литров в минуту – тем большая нужна мощность.

Второй – температура воды на входе. Чем она ниже – тем большая нужна мощность. Третий – требуемая температура воды на выходе. Чем она выше – тем большая нужна мощность. В общем, чем больше разность температур на входе и выходе – тем большая нужна мощность.

Зная значения этих трех параметров, можно посчитать требуемую мощность по формуле.

мощь в ваттах = (число литров в минуту) × (разность между температурами на входе и выходе) × (удельная теплоемкость) / (число секунд в минуте)

Число литров в минуту определим, измерив секундомером время наполнения мерного ведра из душа при открытой «как обычно при мытье» воде. Может получиться четыре литра в минуту – зависит от аппетитов и душа. Разность температур примем тридцать градусов – нагрев воды с десяти до сорока градусов. Удельную теплоемкость возьмем из таблицы и округлим до 4200. Число секунд в минуте примем равным 60.

. и получим 8400 ватт требуемой мощности. Столько из «обычной» розетки на 16 ампер безопасно получить нельзя, нужно правильно сделанное подключение проводом большого сечения через автоматический выключатель на большой ток в правильно доработанном вводном щите. У многих читателей общее разрешенное потребление ниже этой требуемой мощности по техническим причинам, и им о потреблении такой мощности остается только мечтать.

Чтобы обойтись «обычной» розеткой на 16 ампер, нужно снизить мощность до 3–3.5 киловатт.

С температурой водопроводной воды на входе мало что можно сделать. Ожидаемую температуру на выходе можно уменьшить, но тогда затея с водонагревателем теряет смысл. Остается уменьшать число литров в минуту.

И самое время вспомнить о технических способах экономии воды. Чтобы расходовать меньше воды, придумали душ с пониженным расходом воды. В нем меньше отверстий, а скорость воды на выходе выше. Некоторые водонагреватели идут в комплекте с такими. Вот этот видеоролик наглядно показывает разницу между «обычным» душем и душем с пониженным расходом воды.

С 0:02 по 0:12 похоже на насмешку. Все остальное время видеоролика – намного интереснее, мыться удобнее, чем при использовании ковша и кадки теплой воды с ограниченным объемом.

В следующем видеоролике автор показывает, как водонагреватель нагревает воду с 13 до 38 градусов, это 25 градусов разности температур – почти та же разность температур, что была принята в расчетах выше.

Читайте так же:

Тепловое проявление электрического тока это

Чтобы нагреть 4 литра воды в минуту на 25 градусов, потребовалась бы мощность в семь киловатт (та же формула, что и ранее). Внимательный читатель может заметить, что это вдвое больше мощности нагревателя в видеоматериале – следовательно, в видеоматериале нагреватель нагревает вдвое меньше воды в единицу времени, это примерно два литра в минуту.

Физика беспощадна, с ней в комментариях не поспоришь. Если нужно обойтись «обычной» розеткой на 16 ампер – есть выбор. Либо мощность около трех с половиной киловатт и показанный выше душ, либо предварительный нагрев воды в чайнике или ведре, либо накопительный водонагреватель подходящего объема, либо «да ладно, холодная вода не такая и холодная».

Можно попытаться убавить поток воды и в результате еще немного повысить температуру на выходе, но в водонагревателе может сработать автоматическое отключение нагрева. Температура воды на входе зависит от конкретного водопровода и времени года, водонагреватель только повышает температуру воды на некоторую разницу, температура на выходе при этом может оказаться недостаточно интересной.

Большое спасибо автору двух показанных в этой публикации видеоматериалов. В общей сложности чуть менее двух минут видеоматериала намного полезнее, чем недели изучения рекламы, описаний, обзоров и отзывов.

Очень внимательные читатели могли обратить внимание, что в середине текста содержится такая фраза: снизить мощность до 3–3.5 киловатт. Они могли подумоть: почему там не одно значение мощности, а диапазон? А потому что закон Ома, вот почему. В зависимости от напряжения в электросети водонагреватель «на 3.5 киловатта» может потреблять больше или меньше заявленной мощности и может как заработать через автоматический выключатель на 16 ампер, так и не заработать. Об этом будет отдельная публикация.

Кроссворды по физике

Не так давно, пока компьютерные технологии ещё не вошли в нашу жизнь так полно, составление кроссвордов было очень непростым делом. Подбирать слова и чертить сетку приходилось вручную на бумаге. Сегодня же это дело пятнадцати минут: вписываем слова в специальную программу, нажимаем кнопку, и получаем их оптимальное расположение. Конечно, красивую симметричную сетку получить вряд ли удастся, но в условиях ограниченной тематики это почти невозможно. Зато составление тематического кроссворда позволяет повторить и запомнить пройденный материал, а разгадывание такой головоломки поможет оживить викторину.

Кроссворд по физике на 35 слов

1. Повышение температуры данного тела или материала
2. Приспособление для наблюдения мелких предметов на основе линзы
3. Основная единица расстояния
4. Электрический разряд как природное явление
5. Газообразное состояние воды
6. Разноцветное оптическое природное явление
7. Твёрдое состояние воды
8. Измеряется в джоулях
9. Русский изобретатель радио
10. Движение тела по окружности
11. Русский изобретатель лампы накаливания
12. Преобразует механическую энергию в электрическую
13. Прозрачный объект со сферической поверхностью
14. Раздел физики, изучающий вопросы распространения света
15. Английский учёный, сформулировавший закон всемирного тяготения
16. Его скорость — 343,3 метра в секунду
17. Она определяет гравитационные и инерционные свойства объекта
18. Единица измерения освещённости
19. Единица измерения объёма
20. Движение тела под действием силы тяжести (при отсутствии влияния других существенных сил)
21. Стремление движущегося тела сохранять движение
22. 4-е агрегатное состояние
23. Выдающийся физик сербского происхождения
24. Сила, с которой тело воздействует на опору
25. Процесс перехода из газообразного состояния в жидкое
26. Его скорость — около 300 тыс. километров в секунду
27. Источник тока в электрической цепи
28. Пространство, занимаемое каким либо веществом
29. Путь, по которому движется тело
30. Вещество, способное уменьшать плотность во время охлаждения
31. Раздел физики, занимающийся механическим движением тел (без учёта их масс и причин движения)
32. Служит для измерения плотности жидкости
33. Замкнутый участок электрической цепи
34. Вещество, плохо проводящее тепло или электрический ток
35. Оптический элемент, раскладывающий белый свет на составляющие

Читайте так же:

Тяговые двигатели переменного тока тепловоза

Ответы

1. нагревание 2. лупа 3. метр 4. молния 5. пар 6.радуга 7. лёд 8. работа 9. Попов 10. вращение 11. Лодыгин 12. генератор 13. линза 14. оптика 15. ньютон 16. звук 17. масса 18. люкс 19. литр 20. падение 21. инерция 22. плазма 23. Тесла 24. вес 25. конденсация 26. свет 27. батарея 28. объём 29. траектория 30. вода 31. кинематика 32. ареометр 33. контур 34. изолятор 35. призма

Кроссворд по физике на 31 слово

1. Препятствует перемещению соприкасающихся тел относительно друг друга
2. Наименьшая частица вещества, сохраняющая его свойства, состоящая из атомов
3. Состоит из протонов и нейтронов
4. Устройство, пропускающее ток только в одном направлении
5. Единица для измерения работы, теплоты и энергии
6. Между нижней границей видимого спектра и верхней границей рентгеновского излучения
7. Отношение изменения скорости ко времени, за которое оно произошло
8. Красивое оптическое явление в небе
9. Вещество, уменьшающее свою плотность при охлаждении
10. Единица для измерения мощности
11. Основная единица длины
12. Оптический прибор для наблюдения звёзд и планет
13. Путь, по которому двигается тело
14. Газообразное состояние воды
15. Находится в атомном ядре и обладает положительным зарядом
16. Машина, превращающая механическое движение в электричество
17. Находится в атомном ядре и не имеет электрического заряда
18. Античастица электрона
19. Приспособление с линзами для коррекции зрения
20. Пространство, занимаемое веществом
21. Стандартная единица объёма
22. Прозрачное тело со сферическими поверхностями
23. Сформулировал закон всемирного тяготения
24. Определяет инерционные и гравитационные свойства объекта
25. Процесс перехода из газообразного в жидкое состояние
26. Единица освещённости
27. Приспособление для наблюдения мелких предметов на основе сферической линзы
28. Наука о силах, действующих на движущиеся в воздухе тела
29. Четвёртое агрегатное состояние
30. Вещество, плохо проводящее теплоту или электрический ток
31. Раскладывает белый свет на составляющие

Ответы:

1. трение 2. молекула 3. ядро 4. диод 5. джоуль 6. ультрафиолет 7. ускорение 8. радуга 9. вода 10. ватт 11. метр 12. телескоп 13. траектория 14. пар 15. протон 16. генератор 17. нейтрон 18. позитрон 19. очки 20. объём 21. литр 22. линза 23. Ньютон 24. масса 25. конденсация 26. люкс 27. лупа 28. аэродинамика 29. плазма 30. изолятор 31. призма

Кроссворд по физике на 25 слов

1. Прибор для измерения атмосферного давления
2. Процесс повышения температуры материала или тела
3. Препятствует перемещению соприкасающихся тел относительно друг друга
4. Движение тела по окружности
5. Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую
6. Измеряется по шкале Цельсия или Фаренгейта
7. Основная единица длины
8. Стандартная единица объёма
9. Замкнутый участок электрической цепи
10. Путь, по которому двигается тело
11. Изменение формы тела под действием силы или температуры
12. Процесс взаимного проникновения веществ из-за движения частиц
13. Электрическое природное явление
14. Учёный, сформулировавший закон всемирного тяготения
15. Его скорость — примерно 300 000 км/с
16. Сила, с которой тело воздействует на опору
17. Твёрдое агрегатное состояние воды
18. Природное оптическое явление после дождя
19. Стремление движущегося тела сохранять движение
20. Имя Ньютона
21. Процесс перехода из газообразного состояния в жидкое
22. Прибор для измерения электрического напряжения
23. Вещество, плотность которого уменьшается при охлаждении
24. Определяет инерционные и гравитационные свойства объекта
25. Единица освещённости

Ответы:

1. барометр. 2. нагревание. 3. трение 4. вращение 5. генератор 6. температура 7. метр 8. литр 9. контур 10. траектория 11. деформация 12. диффузия 13. молния 14. Ньютон 15. свет 16. вес 17. лед 18. радуга 19. инерция 20. Исаак 21. конденсация 22. вольтметр 23. вода 24. масса 25. люкс

Электропростыня – вред или польза?

Чем ближе зима, тем выше интерес к любым устройствам, способным подарить хоть немного тепла. Когда-то наши бабушки и дедушки проводили зимние ночи на жарко натопленной печи и горя не знали. А вот сегодня многих волнует другой вопрос: полезно ли спать на электрической простыне? Одних привлекает уют, других беспокоит излучение. Кто же прав?

Читайте так же:

Виды расцепителей выключателя электромагнитный тепловой

Электричество в кровать. Покупать?

Для чего нам электрообогреватель в постели? Конечно же, для того, чтобы он делился с нами теплом, и не приходилось согревать холодную постель собственным телом. Решение простое и приятное. Но вдруг вас, вашего супруга или ребенка ударит током? Вдобавок любой проводник, в котором протекает переменный ток, излучает электромагнитные волны. Чем это обернется для здоровья?

Скрытый недостаток: электромагнитное излучение (ЭМИ)

Конечно, у одеял и простыней с подогревом электрическое поле не должно быть слишком сильным. Тем не менее, оно есть, и поскольку спальные принадлежности располагаются вплотную к телу – вы буквально «купаетесь» в электромагнитных волнах. Насколько это вредно? Или, может быть, полезно? Трудно сказать: последствия регулярного воздействия ЭМИ на организм до конца не изучены (либо же не освещаются в прессе).

Поэтому на всякий случай время работы электропростыни рекомендуют сводить к минимуму. Обратите внимание: в некоторых случаях электрическое поле может вызывать нарушение работы кардиостимулятора и других медицинских приборов. Если вы таковыми пользуетесь и решили спать в постели с электроподогревом, консультация врача обязательна!

Явное преимущество: экономное тепло

Чтобы избавиться от сомнений, нелишним будет разобраться в характеристиках вашего «постельного обогревателя». Обычно его мощность невелика – например, флисовый наматрасник с подогревом от Dormeo потребляет всего 60 Вт – то есть на всю площадь кровати нужно примерно столько же электроэнергии, как на одну обычную лампочку. К тому же обогреватель работает только в постели, а она куда меньше, чем целая спальня. И нужно ли напоминать, насколько актуально снижение затрат на отопление нынешней зимой?

Электропростыня и воздух

Во-первых, ваша кожа должна дышать, а значит, нельзя бесконечно кутаться в тяжелые плотные одеяла. И если батареи ледяные – что, увы, бывает нередко – пора искать другие способы согреться. Электропростыня? Почему бы и нет…

Во-вторых, многие отопительные приборы сушат воздух в спальне, от чего сохнут слизистые оболочки и возрастает риск инфекционных заболеваний. Электрическая простыня, как уже говорилось, работает только в постели, так что вы можете отключить все остальные приборы и даже открыть форточку для доступа свежего воздуха. Наверняка это пойдет на пользу иммунитету!

С другой стороны, в условиях постоянного комфортного тепла организм становится изнеженным, что открывает путь простудным и вирусным заболеваниям. И мы вновь приходим к мысли, как важно во всем знать меру.

Обогрев по правилам

Постельные принадлежности с электрообогревом очень удобны. Но, безусловно, пользуясь ими, не стоит забывать о технике безопасности. Вот несколько простых советов.

Включайте обогреватель незадолго до того, как собираетесь лечь в постель, а согревшись, сразу выключайте. Засыпать с включенным электроприбором небезопасно – известны случаи, когда это приводило даже к пожару.
Изучите инструкцию и устанавливайте тепловой режим в соответствии с погодой – перегреваться вовсе ни к чему.
Уберите подальше все острые предметы и не подпускайте к постели домашних животных – с таким изделием нужно обращаться бережно, избегая любых повреждений.
Если на электропростыне спит маленький ребенок, проверьте, хорошо ли она защищена от влаги. Многие модели допускают стирку, и вы наверняка рано или поздно это оцените.

Проявляйте благоразумие при использовании электрических постельных принадлежностей, и пускай вас больше не пугают ни сырая осень, ни холодные зимние ночи!

голоса

Рейтинг статьи