Проводимость — это процесс, посредством которого что-то, например теплота или электрический ток, переходит от одного вещества к другому. Проводимость возникает в твердых телах, жидкостях и газах. Однако твердые тела передают энергию наиболее эффективно, поскольку молекулы в твердых телах наиболее плотно упакованы и расположены ближе друг к другу.
Теплопроводность происходит, когда молекулы нагреваются; они вибрируют, и эта вибрация и движение передают тепловую энергию окружающим молекулам.
Когда два тела с разной температурой соприкасаются, теплота переходит от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой . Средняя кинетическая энергия вещества является мерой температуры тела. При повышении средней кинетической энергии молекул вещества его температура повышается, а при понижении средней кинетической энергии молекул вещества его температура понижается.
Держите сковороду на огне. Сковорода быстро нагревается, потому что тепло переходит от пламени к сковороде. Теперь снимите кастрюлю с огня. Постепенно сковорода будет остывать, потому что тепло передается от сковороды в окружающую среду. В обоих случаях тепло передается от более горячего объекта к более холодному.
Вы бы испытали, что если вы прикоснетесь к горячей чашке чая, ваша рука почувствует горячую чашку. Причина в том, что часть тепловой энергии передается от чашки к вашей руке. Тепло передается от горячего тела к холодному, если между ними есть контакт. В физике мы говорим, что для передачи тепла требуется среда. Теплопроводность — это передача тепла от одного объекта к другому, имеющему разную температуру при соприкосновении друг с другом. В твердых телах, как правило, тепло передается в процессе теплопроводности. Теплопроводность описывает, насколько эффективно материал может пропускать через себя тепло. Он определяется скоростью потока энергии на единицу площади по сравнению с градиентом температуры.
Закон Фурье о теплопроводности: Закон Фурье показывает, что тепловая энергия переходит от более теплых материалов к более холодным материалам. Закон Фурье можно записать в виде
q = kAdT∕s
В этом уравнении q относится к скорости теплопроводности, A — площади теплопередачи, k — теплопроводности материала, dT — разности температур материала, а s — толщины материала.
Примеры:
Проводимость электричества возникает из-за движения электрически заряженных частиц через среду. Это движение может привести к возникновению электрического тока, который может переноситься электронами или ионами. Примером электропроводности является случай, когда вас случайно ударит током, когда вы коснетесь провода под напряжением, потому что ваше тело содержит воду, которая является проводником электричества. Другой пример — когда электричество проходит по проводам, которые являются проводниками, поэтому мы можем смотреть телевизор или пользоваться компьютером.
Электропроводность — это мера того, насколько хорошо материал приспосабливается к движению электрического заряда. В твердых телах, таких как металлы, электроны слабо связаны с атомами, поэтому электроны могут свободно перемещаться от атома к атому в металлическом объекте. Эта подвижность электрона позволяет нам пропускать через него электрический ток. Если мы можем легко пропускать электрический ток через предметы, мы называем их Хорошими проводниками электричества. Материалы, которые не пропускают электричество, называются изоляторами. Электропроводность полупроводников занимает промежуточное положение между диэлектриками и проводниками. «Идеальный вакуум» не содержит заряженных частиц; вакуумы обычно ведут себя как очень хорошие изоляторы.
Проводимость в металлах хорошо описывается законом Ома , который гласит, что ток пропорционален приложенному электрическому полю. Легкость, с которой плотность тока (ток на единицу площади) j появляется в материале, измеряется проводимостью σ , определяемой как:
j = σ Е,
E — электрическое поле в этом месте, а σ — проводимость материала, мера того, насколько легко через него проходят заряды.
Электропроводность или удельное сопротивление материала является неизменным свойством, которое не меняется в зависимости от размера или формы материала.
Зарядка по проводимости:
Тела можно заряжать методом проводимости, то есть контактно. По проводимости тело приобретает такой же заряд, как и на заряжающемся теле.
Эксперимент: сделайте бумажный цилиндр, намотав полоску бумаги на карандаш, а затем осторожно вытащив карандаш. Подвесьте бумажный цилиндр на нитке, привязанной к его центру. Возьмите стеклянную палочку и потрите ее шелком, чтобы она приобрела положительный заряд. Коснитесь бумажного цилиндра этой стеклянной палочкой. Удалите стеклянную палочку, а затем снова поднесите стеклянную палочку к бумажному цилиндру.
Вы заметите, что бумажный цилиндр отталкивается от стеклянного стержня. Это означает, что бумажный цилиндр приобрел положительный заряд, равный заряду стеклянного стержня, благодаря проводимости.
Примеры:
Фотопроводимость возникает, когда материал поглощает электромагнитное излучение, что приводит к изменению электропроводности вещества. Электромагнитное излучение может быть вызвано чем-то столь же простым, как свет, падающий на полупроводник, или чем-то столь же сложным, как материал, подвергающийся воздействию гамма-излучения. Когда происходит электромагнитное событие, количество свободных электронов увеличивается, как и количество электронных дырок, что увеличивает электропроводность объекта. Некоторые кристаллические полупроводники, такие как кремний, германий, сульфид свинца и сульфид кадмия, а также родственный полуметаллический селен, обладают сильной фотопроводимостью.
Примеры:
Любой объект, который эффективно передает тепловую или электрическую энергию, или то и другое, является проводником. Материалы, которые не пропускают тепло и электричество, являются изоляторами.
| Материалы с хорошей теплопроводностью | Материалы с хорошей электропроводностью |
|
|
Металлы обычно эффективно передают тепло и являются хорошими проводниками тепла. Ткани и дерево плохо проводят тепло. Как правило, если вещество является хорошим проводником тепловой энергии, оно также будет хорошим проводником электричества. Это не всегда правда; например, слюда является проводником тепла, но электрическим изолятором. Соленая вода — плохой проводник тепла, но хороший проводник электричества. Тем не менее, в общем, та же самая плотная упаковка атомов и относительно свободное движение их электронов, которые заставляют двигаться тепловую энергию в веществе, заставляют двигаться и электрическую энергию электронов.
Чистая вода без растворенных твердых частиц не является электропроводной. Электрический ток течет легче, когда в воде больше растворенных минералов. Воздух, смесь газов, обычно не является хорошим проводником ни тепла, ни электричества. Воздух, как и вода, считается изолятором. Тем не менее, когда частицы в воздухе получают сильный электрический заряд, скажем, от накопленного статического электричества (от электрического поля перед ударом молнии или от электрического поля линии электропередач), воздух может проводить электричество.
Соленая вода — плохой проводник тепла, но хороший проводник электричества: Пресная вода удерживает тепло дольше, чем соленая, потому что добавление соли снижает теплоемкость раствора по сравнению с чистой водой. Более низкая теплоемкость означает, что соленая вода нагревается и остывает быстрее, чем пресная вода при тех же условиях. Теплопроводность уменьшается с увеличением солености и увеличивается с повышением температуры. Электропроводность воды зависит от концентрации растворенных ионов в растворе. Соль хлорида натрия диссоциирует на ионы. Следовательно, проводимость морской воды примерно в миллион раз выше, чем у пресной. |
