ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Передача тепла путем теплопроводности осуществляется между физическими телами, находящимися в контакте друг с другом, независимо от того, твердые они, жидкие или газообразные. Теплопроводность связана с прямой передачей кинетической энергии молекул, а эта энергия всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому.

Предположим, что у нас есть проводящий тепло стержень, у которого один конец холодной, а другой — теплый (рис. 8.3).
Тогда скорость переноса тепла (Q) можно выразить уравнением

где k — коэффициент теплопроводности материала; А — площадь, через которую передается тепло (нормальная к направлению по-

Рис. 8.3. Проведение тепла однородным стержнем зависит от его поперечного сечения, материала, из которого он изготовлен, и градиента температуры.

тока тепла); Т2 и Ту—температуры двух участков, разделенных расстоянием I. Дробь (Т2—Ty)jl характеризует градиент температуры, т. е. разность температур на единицу расстояния по длине стержня.
Приведенное уравнение можно выразить простыми, интуитивно понятными словами. Поток тепла возрастает с увеличением 1) теплопроводности (k) материала, из которого сделан проводник тепла, 2) поперечного сечения (А) проводника и 3) разности температур между двумя его сечениями (Гг и Т\). Увеличение расстояния (I) между двумя сечениями проводника с температурами Г2 и Ti (если последние постоянны) снижает скорость передачи тепла.
Коэффициент теплопроводности (k) показывает, насколько хорошо данный материал передает тепло. В табл. 8.3 приведены величины k для ряда распространенных материалов. Металлы, как известно, обладают высокой теплопроводностью; стекло и дерево хуже проводят тепло; теплопроводность воды и тканей человека еще несколько ниже, но того же порядка величины. То, что вода и ткани нашего тела сходны по своей теплопроводности, вполне понятно, так как большинство тканей примерно на 2/з—3Д состоят из воды. Очень плохо проводят тепло воздух и мех животных; это означает, что они обладают высокими термоизоляционными свойствами (препятствуют теплообмену). Малая теплопроводность меха обусловлена в основном тем, что между волосками задерживается большое количество воздуха. Другие материалы, удерживающие много воздуха (например, войлок, шерстяные ткани, пух), тоже плохо проводят тепло, т. е. служат превосходными изоляторами.
Таблица 8.3
Коэффициенты теплопроводности (k) ряда распространенных материалов. (Hammel, 1955; Hensel, Bock, 1955; Weast, 1969)

k. Материал кал/(ссм°С)	Материал кал д с. см. °q
Серебро 0,97 Медь 0,92 Алюминий 0,50 Сталь 0,11 Стекло 0,0025 Почва (сухая) 0,0008	Каучук 0,0004 Дерево 0,0003 Вода 0,0014 Ткани человека 0,0011 Воздух 0,000057 Мех животных 0,000091

К сожалению, приведенное выше простое уравнение теплопроводности применимо только в тех случаях, когда перенос тепла происходит через плоский объект, например через стену. Но поверхность тела у большинства животных искривлена, и поэтому теплообмен через нее описывается значительно более сложным образом. Для практических целей достаточно принять, что поток тепла зависит от градиента температуры и площади поверхности, однако в случаях, когда требуется более точная количественная оценка теплообмена у животного, необходимо более строго учитывать физику переноса тепла.

Перенос тепла в жидкости или газе почти всегда значительно ускоряется благодаря конвекции, под которой понимают движение масс жидкости или газа. Представим себе холодную жидкость, соприкасающуюся с теплой твердой поверхностью. Тепло передается жидкости, и ее слои, прилегающие к твердой поверхности, нагреваются. Если жидкость находится в движении, то теплая* жидкость около поверхности сменяется холодной и в результате отдача тепла поверхностью ускоряется. Таким образом, конвекция, т. е. перемещение масс жидкости (или газа), способствует потере тепла твердой поверхностью, но основой теплообмена между твердым телом и жидкостью остается теплопроводность.
Конвекция в жидкости (газе) может создаваться в результате разности температур или под действием внешней механической силы. Нагревание или охлаждение жидкости обычно изменяет ее плотность, а это в свою очередь вызывает перемещение ее масс. Например, если теплая твердая поверхность соприкасается с холодной жидкостью, то нагретые слои последней расширяются и поднимаются вверх, а их место занимают холодные слои. В этом случае причиной конвекции служит разность температур, и такую конвекцию называют свободной или естественной. Этот термин применим и тогда, когда жидкость теплее твердой поверхности так что прилегающие к последней слои жидкости охлаждаются’ становятся более плотными и опускаются вниз[35]. Разумеется, свободная конвекция может иметь место как в воде, так и в воздухе-
она в значительной мере способствует отдаче тепла живыми организмами. F

<< | >>

Источник: Под ред. Е. М. Крепса. Физиология животных. Приспособление и среда, Книга I. 1982

Еще по теме ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ:

- Биология индивидуального развития - Для внеклассного чтения - История биологии - Книги по биологии - Научно-популярная биология - Теория эволюции - Физиология животных -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -