Тепловые явления – они вокруг нас
Источник энергии для Земли – Солнце. Солнечная энергия лежит в основе многих явлений, происходящих на поверхности и в атмосфере планеты. Нагревание, охлаждение, испарение, кипение, конденсация – некоторые примеры того, какие тепловые явления происходят вокруг нас.
Никакие процессы сами по себе не происходят. У каждого из них есть свой источник и механизм реализации. Любые тепловые явления в природе обусловлены получением тепла от внешних источников. Таким источником может выступать не только Солнце – огонь тоже с успехом справляется с этой ролью.
Для дальнейшего понимания того, что собой представляют тепловые явления, необходимо дать определение теплоты. Теплота – энергетическая характеристика теплообмена, другими словами, того, сколько энергии отдает (получает) тело или система при взаимодействии. Количественно ее можно охарактеризовать температурой: чем она выше, тем большей теплотой (энергией) обладает данное тело.
В процессе взаимодействия тел друг с другом происходит передача тепла от горячего к холодному телу, т. е. от тела с более высокой энергией к телу с меньшей энергией. Этот процесс называется теплопередачей. В качестве примера можно рассмотреть кипяток, налитый в стакан. Через некоторое время стакан станет горячим, т. е. произошел процесс передачи тепла от горячей воды к холодному стакану.
Однако тепловые явления характеризуются не только теплопередачей, но и таким понятием, как теплопроводность. Что оно означает, можно пояснить на примере. Если поставить сковородку на огонь, то ее ручка, хоть и не соприкасается с огнем, нагреется так же, как и вся остальная сковорода. Подобный нагрев обеспечивается теплопроводностью. Нагрев осуществляется в одном месте, а затем нагревается все тело. Или не нагревается – это зависит от того, какой теплопроводностью оно обладает. Если теплопроводность тела высокая, то тепло легко передается от одного участка к другому, если же теплопроводность низкая, то передачи тепла не происходит.
До появления концепции теплоты физика тепловые явления объясняла с помощью понятия “теплород”. Считалось, что каждое вещество обладает некоей субстанцией, аналогичной жидкости, выполняющей задачу, которую в современном представлении решает теплота. Но от идеи теплорода отказались после того, как была сформулирована концепция теплоты.
Теперь можно более подробно рассмотреть практическое применение ранее введенных определений. Так, теплопроводность обеспечивает теплообмен между телами и внутри самого материала. Высокие значения теплопроводности свойственны металлам. Для посуды, чайника это хорошо, т. к. позволяет осуществлять подвод тепла к готовящимся продуктам. Однако и материалы с низкой теплопроводностью тоже находят свое применение. Они выступают в роли теплоизоляторов, препятствуя потере тепла – например, при строительстве. Благодаря применению материалов с низкой теплопроводностью обеспечиваются комфортные условия проживания в домах.
Однако вышеперечисленными способами теплопередача не ограничивается. Есть еще возможность передачи тепла без непосредственного контакта тел. Как пример – потоки теплого воздуха от обогревателя или радиатора системы отопления в квартире. От нагретого предмета (обогревателя, радиатора) исходит поток теплого воздуха, осуществляя обогрев помещения. Подобный способ обмена теплом называется конвекцией. В этом случае теплопередача осуществляется потоками жидкости или газа.
Если вспомнить, что тепловые явления, происходящие на Земле, связаны с излучением Солнца, то появляется ещё один способ теплопередачи – тепловое излучение. Обусловлено оно электромагнитным излучением нагретого тела. Именно так Солнце обогревает Землю.
В приведенном материале рассмотрены различные тепловые явления, описан источник их возникновения и механизмы, благодаря которым они происходят. Рассмотрены вопросы практического использования тепловых явлений в повседневной практике.