Теплові явища

Джерело енергії для Землі – Сонце. Сонячна енергія лежить в основі багатьох явищ, що відбуваються на поверхні і в атмосфері планети. Нагрівання, охолодження, випаровування, кипіння, конденсація – деякі приклади того, які теплові явища відбуваються навколо нас.

Ніякі процеси самі по собі не відбуваються. У кожного з них є своє джерело і механізм реалізації. Будь-які теплові явища в природі обумовлені отриманням тепла від зовнішніх джерел. Таким джерелом може виступати не тільки Сонце – вогонь теж з успіхом справляється з цією роллю.

Для подальшого розуміння того, що собою являють теплові явища, необхідно дати визначення теплоти. Теплота – енергетична характеристика теплообміну, іншими словами, того, скільки енергії віддає (отримує) тіло або система при взаємодії. Кількісно її можна охарактеризувати температурою: чим вона вища, тим більшою теплотою (енергією) володіє дане тіло.

У процесі взаємодії тіл один з одним відбувається передача тепла від гарячого до холодного тіла, тобто від тіла з більш високою енергією до тіла з меншою енергією. Цей процес називається теплопередачей. Як приклад можна розглянути окріп, налитий у склянку. Через деякий час стакан стане гарячим, тобто відбувся процес передачі тепла від гарячої води до холодного склянці.

Однак теплові явища характеризуються не тільки теплопередачей, а й таким поняттям, як теплопровідність. Що воно означає, можна пояснити на прикладі. Якщо поставити сковорідку на вогонь, то її ручка, хоч і не стикається з вогнем, нагріється так само, як і вся інша сковорода. Подібний нагрів забезпечується теплопровідністю. Нагрівання здійснюється в одному місці, а потім нагрівається все тіло. Або не нагрівається – це залежить від того, який теплопровідністю воно володіє. Якщо теплопровідність тіла висока, то тепло легко передається від однієї ділянки до іншого, якщо ж теплопровідність низька, то передачі тепла не відбувається.

До появи концепції теплоти фізика теплові явища пояснювала за допомогою поняття “теплород”. Вважалося, що кожна речовина володіє якоюсь субстанцією, аналогічної рідини, що виконує задачу, яку в сучасному поданні вирішує теплота. Але від ідеї теплорода відмовилися після того, як була сформульована концепція теплоти.

Тепер можна більш детально розглянути практичне застосування раніше введених визначень. Так, теплопровідність забезпечує теплообмін між тілами і всередині самого матеріалу. Високі значення теплопровідності властиві металам.
Для посуду, чайника це добре, оскільки дозволяє здійснювати підведення тепла до готуються продуктам. Однак і матеріали з низькою теплопровідністю теж знаходять своє застосування. Вони виступають у ролі теплоізоляторів, перешкоджаючи втраті тепла – наприклад, при будівництві. Завдяки застосуванню матеріалів з низькою теплопровідністю забезпечуються комфортні умови проживання в будинках.

Однак перерахованими вище способами теплопередача не обмежується. Є ще можливість передачі тепла без безпосереднього контакту тіл. Як приклад – потоки теплого повітря від обігрівача або радіатора системи опалення в квартирі. Від нагрітого предмета (обігрівача, радіатора) виходить потік теплого повітря, здійснюючи обігрів приміщення. Подібний спосіб обміну теплом називається конвекцією. У цьому випадку теплопередача здійснюється потоками рідини чи газу.

Якщо згадати, що теплові явища, що відбуваються на Землі, пов’язані з випромінюванням Сонця, то з’являється ще один спосіб теплопередачі – теплове випромінювання. Зумовлено воно електромагнітним випромінюванням нагрітого тіла. Саме так Сонце обігріває Землю.

У наведеному матеріалі розглянуті різні теплові явища, описаний джерело їх виникнення та механізми, завдяки яким вони відбуваються. Розглянуто питання практичного використання теплових явищ у повсякденній практиці.