Back to the topics list

kondukcija

Kondukcija je proces kojim nešto, poput topline ili električne struje, prelazi s jedne tvari na drugu tvar. Kondukcija se javlja u čvrstim tvarima, tekućinama i plinovima. Međutim, krute tvari najučinkovitije prenose energiju jer su molekule u krutim tijelima najčvršće zbijene, a molekule su bliže jedna drugoj.

• Da bi došlo do vodljivosti između dva objekta, oni se moraju dodirivati.
• Da bi došlo do vodljivosti između atoma unutar istog objekta, oni se također moraju dodirivati (ili gotovo dodirivati).

Provođenje topline

Provođenje topline događa se kada se temperatura molekula poveća; oni vibriraju, a ta vibracija i kretanje prenose toplinsku energiju na okolne molekule.

Kada su dva tijela na različitim temperaturama u kontaktu, toplina teče s tijela na visokoj temperaturi na tijelo na niskoj temperaturi . Prosječna kinetička energija tvari mjera je temperature tijela. Kada dođe do porasta prosječne kinetičke energije molekula tvari, njezina temperatura raste, a ako dođe do pada prosječne kinetičke energije molekula tvari, njezina temperatura opada.

Držite tavu na plamenu. Tava se ubrzo zagrije, jer toplina prelazi s plamena na tavu. Sada maknite posudu s vatre. Posuda će se postupno hladiti jer se toplina s posude prenosi na okolinu. U oba slučaja toplina teče od toplijeg objekta prema hladnijem.

Doživjeli biste da ako dodirnete vruću šalicu čaja, vaša ruka osjeti vrućinu šalice. Razlog je što se dio toplinske energije prenosi sa šalice na vašu ruku. Toplina prelazi s vrućeg na hladni predmet ako između njih postoji kontakt. U fizici kažemo da je za prijenos topline potreban medij. Toplinska vodljivost je prijenos topline s jednog objekta na drugi koji ima različite temperature kada se međusobno dodiruju. U čvrstim tijelima, općenito, toplina se prenosi procesom kondukcije. Toplinska vodljivost opisuje koliko učinkovito materijal može propuštati toplinu kroz sebe. Definiran je brzinom protoka energije po jedinici površine u usporedbi s temperaturnim gradijentom.

Fourierov zakon provođenja topline: Fourierov zakon pokazuje da se toplinska energija kreće od toplijih materijala prema hladnijim materijalima. Fourierov zakon se može napisati kao

q = kAdT∕s

U ovoj jednadžbi, q se odnosi na brzinu provođenja topline, A je područje prijenosa topline, k je toplinska vodljivost materijala, dT je razlika u temperaturi preko materijala, a s se odnosi na debljinu materijala.

Primjeri:

• Zagrijavanje leđnih mišića grijačom.
• Ako vam je hladno i netko vas drži; toplina se prenosi s njihovog tijela na vaše i osjećate se toplo.
• Prilikom prženja povrća u tavi. Prijenos topline odvija se s plamena na posudu, a zatim na povrće.

Provođenje električne energije

Provođenje elektriciteta nastaje zbog kretanja električki nabijenih čestica kroz medij. Ovo kretanje može rezultirati električnom strujom, koju mogu prenositi elektroni ili ioni. Primjer električne vodljivosti je kada vas slučajno udari struja kada dodirnete žicu pod naponom jer vaše tijelo sadrži vodu, koja je vodič električne energije. Drugi primjer je kada struja prolazi kroz žice, koje su vodiči, tako da možemo gledati TV ili koristiti računalo.

Električna vodljivost je mjera koliko dobro materijal podnosi kretanje električnog naboja. U čvrstim tijelima kao što su metali, elektroni su labavo vezani za atome zbog čega se elektroni mogu slobodno kretati od atoma do atoma u metalnom objektu. Ova pokretljivost elektrona omogućuje nam da kroz njega propustimo električnu struju. Ako lako možemo propustiti električnu struju kroz predmete, nazivamo ih dobrim vodičima električne energije. Materijali koji ne dopuštaju protok struje poznati su kao izolatori. Vodljivost poluvodiča je posredna između vodljivosti izolatora i vodiča. "Savršeni vakuum," ne sadrži nabijene čestice; vakuumi se inače ponašaju kao vrlo dobri izolatori.

Vodljivost u metalima dobro je opisana Ohmovim zakonom , koji kaže da je struja proporcionalna primijenjenom električnom polju. Lakoća s kojom se gustoća struje (struja po površini) j pojavljuje u materijalu mjeri se vodljivošću σ definiranom kao:
j = σ E,

E je električno polje na tom mjestu, a σ je vodljivost materijala, mjera koliko se lako naboji kreću kroz njega.

Električna vodljivost ili otpornost materijala je nepromjenjivo svojstvo koje se ne mijenja s obzirom na veličinu ili oblik materijala.

Punjenje kondukcijom:
Tijela se mogu naelektrisati metodom provođenja, odnosno kontaktom. Provođenjem tijelo dobiva isti naboj kao na tijelu koje se nabija.

Eksperiment: Napravite papirnati cilindar tako da traku papira namotate na olovku, a zatim lagano izvučete olovku. Objesite papirnati cilindar za konac vezan za njegovo središte. Uzmite stakleni štap i protrljajte ga svilom tako da ima pozitivan naboj. Ovom staklenom šipkom dodirnite papirnati cilindar. Uklonite staklenu šipku i zatim ponovno približite staklenu šipku papirnatom cilindru.

Primijetit ćete da se papirnati cilindar odbija od staklene šipke. To znači da je papirnati cilindar zbog kondukcije dobio pozitivan naboj koji je jednak naboju kao na staklenoj šipki.

Primjeri:

• Žice u vašoj kući provode struju i omogućuju da se svjetla upale kada okrenete prekidač.
• Uz fiksni telefon, zvučni valovi se pretvaraju u električnu energiju i provode preko žica do telefona druge osobe gdje se pretvaraju natrag u zvučne valove.
• Gromobrani se postavljaju na zgrade kako bi privukli munje da ih pogode i odvedu njihovu energiju dolje u zemlju preko pričvršćenih žica, umjesto da oštećuju strukturu.
• Srca imaju svoj prirodni sustav električne vodljivosti. Kada srce kuca, njegovi električni signali uzrokuju da srce kuca u odgovarajućem ritmu.
• Ako električni sustav u nečijem srcu ne radi ispravno, osobi će možda trebati ugraditi srčani stimulator za simulaciju provođenja.
• Ioni u vodi mogu uzrokovati provođenje struje. Zbog toga je važno izbjegavati kupanje tijekom oluje s grmljavinom; ako munja pogodi vodu, svatko u njoj riskira strujni udar.

Fotokonduktivnost

Fotokonduktivnost nastaje kada materijal apsorbira elektromagnetsko zračenje, što rezultira promjenom električne vodljivosti tvari. Elektromagnetsko zračenje može biti uzrokovano nečim tako jednostavnim kao što je svjetlost koja obasjava poluvodič ili nečim tako složenim kao što je materijal koji je izložen gama zračenju. Kada se dogodi elektromagnetski događaj, povećava se broj slobodnih elektrona, kao i broj elektronskih rupa, čime se povećava električna vodljivost objekta. Određeni kristalni poluvodiči, kao što su silicij, germanij, olovov sulfid i kadmijev sulfid, te srodni polumetalni selen, jako su fotovodljivi

Primjeri:

• Fotokopirni strojevi
• Solarni paneli
• Fotoćelije
• Infracrvena oprema za detekciju.

Dobri vodiči topline i elektriciteta

  Svaki objekt koji učinkovito prenosi toplinsku ili električnu energiju, ili oboje, je vodič. Materijali koji ne propuštaju toplinu i elektricitet kroz sebe su izolator.

Metali općenito učinkovito prenose toplinu i dobri su vodiči topline. Tkanine i drvo slabije provode toplinu. Općenito, ako je tvar dobar vodič toplinske energije, bit će i dobar vodič električne energije. Ovo nije uvijek točno; na primjer, tinjac je vodič topline, ali električni izolator. Slana voda je loš vodič topline, ali dobar vodič električne energije. Ipak, općenito, isto tijesno pakiranje atoma i relativno slobodno kretanje njihovih elektrona koje uzrokuje kretanje toplinske energije u tvari također uzrokuje kretanje električne energije elektrona.

Čista voda, bez otopljenih čvrstih tvari, nije električki vodljiva. Električna struja teče lakše kada voda ima više otopljenih minerala u sebi. Zrak, mješavina plinova, općenito nije dobar vodič ni topline ni elektriciteta. Zrak se, kao i voda, smatra izolatorom. Ipak, kada čestice u zraku prime snažan električni naboj od, recimo, nakupljene statike (od električnog polja kad munja treba udariti ili od električnog polja dalekovoda), zrak može provoditi elektricitet.