Anu leidis maamaja pööningult metallkruusi. Vanaisa rääkis, et see on tema lapsepõlveaegne kruus. Sellisest alumiiniumkruusist olevat igavene nuhtlus kuuma teed juua, kõrvetavat koledasti huuli. Lõuna ajal pakkus vanaema toidu kõrvale teed. Anu valas kuuma tee alumiiniumist kruusi ja tavalisse savikruusi. Tõepoolest, kuuma tee joomine alumiiniumkruusist oli võimatu. Samal ajal sai savikruusist teed mõnuga juua.
Kuum tee soojendab kruusi ning kruus omakorda soojendab huuli. Need kehad puutuvad omavahel kokku ning soojus kandub ühelt kehalt teisele soojusjuhtivuse teel. Alumiinium on väga hea soojusjuht ning annab lühikese ajaga huultele ära palju soojust. Savi juhib soojust halvasti ning annab huultele ära vähe soojust. Sellepärast alumiiniumkruus kõrvetab huuli, aga samal temperatuuril savikruus mitte.
- Milline on soojusjuhtivuse mehhanism?
- Kuidas arvestatakse soojusjuhtivusega materjale valides?
Katseid soojusjuhtivusega
Soojusjuhtivust illustreerib järgmine katse. Katseks on võetud metallvarras ja selle külge on vahaga kleebitud rõhknaelad. Vaha sulab madalal temperatuuril. Varda soojendamisel sulavad rõhknaelad lahti ning kukuvad maha.
Varda otsa kuumutades möödub katse algusest ligikaudu minut, kuni leegile lähim rõhknael maha kukub. Poole minuti pärast kukub maha järgmine rõhknael. Kolmanda rõhknaela kukkumiseks on vaja varrast soojendada veel umbes pool minutit.
Katse näitab, et soojus levib vardas leegist eemale – keha soojemalt osalt külmamale.
Soojus on seotud aineosakeste liikumisega. Leegi kohal muutub varda osakeste võnkumine eriti kiireks. Aineosakesed mõjutavad üksteist, seetõttu kandub ühe osakese kiire liikumine naaberosakesele. Naaberosake paneb kiiremini liikuma oma naabri ja nii levibki suurenev võnkumine osakeselt osakesele.
Soojusjuhtivuse korral levib energia osakeselt osakesele.
Igapäevasest kogemusest teame, et erinevad ained juhivad soojust erinevalt. Vanemast ajast on pärit alumiiniumist lusikad. Kuumas joogis oleva alumiiniumlusika vars lausa kõrvetab sõrmi, mõnest teisest metallist lusika vars soojeneb vaid veidi.
Järgmise katsega kontrollitakse hüpoteesi: erinevad metallid juhivad soojust erinevalt. Vasest ja rauast varraste külge on vahaga kinnitatud rõhknaelad. Vardaid soojendatakse vabast otsast. Joonisel on kujutatud olukord, kus vaskvardalt on lahti sulanud üks rõhknael, raudvardalt mitte ühtegi. Rauast varras pole esimese rõhknaela kohalt nii palju soojenenud, et vaha sulaks. Katse näitab, et vask juhib soojust paremini kui raud.
Hästi juhivad soojust metallid. Oluliselt halvemini juhivad soojust tahked ained, mis pole metallid. Veel halvemini juhivad soojust vedelikud ja kõige halvemini gaasid.
Head ja halvad soojusjuhid
Materjal on aine, millest midagi valmistatakse. Eri otstarveteks materjale valides on oluline arvestada ka materjalide erineva soojusjuhtivusega.
Häid soojusjuhte kasutatakse seal, kus on oluline soojuse levimine.
Kütteseadmed, kastrulid ja radiaatorid valmistatakse metallist.
Halbu soojusjuhte kasutatakse siis, kui soovitakse takistada soojuse levimist.
Riided ja tekk ei anna sooja. Need aitavad meil soojas püsida, takistades kehasoojuse hajumist keskkonda ning keha kokkupuutumist ümbritseva külma õhuga. Selleks kasutatakse ära õhu halba soojusjuhtivust. Riided sisaldavad liikumatut õhku. Mida paksem on riidekiht, seda paremini hoiavad riided kehasoojust.
Sarnaselt kehatemperatuuri hoidmisele on oluline vähendada külmal ajal toasooja kadusid. Selleks soojustatakse maja seinu. Soojustusmaterjalid – mineraalvill, vahtpolüstürool, põhk – on halvad soojusjuhid. Enamasti sisaldavad sellised materjalid seisvat õhku. Ka aknaklaaside vahel on seisva õhu kiht. Mida rohkem on klaaside vahel õhukihte, seda soojapidavam on aken. Maja piirete hea soojapidavus aitab kokku hoida maja kütmiseks kuluvat energiat.
Lumi on halb soojusjuht. Paks kohev lumekiht ei lase maapinnal jahtuda ja nii takistab lumi maapinna külmumist.
Pean meeles
- Soojusjuhtivus on üks soojuse levimise viise.
- Soojusjuhtivuse teel levib soojus keha soojemast osast jahedamasse või soojemalt kehalt sellega kokkupuutuvale külmemale kehale.
- Soojusjuhtivuse korral levib energia osakeselt osakesele.
- Metallid on head soojusjuhid, gaasid on väga halvad soojusjuhid.
Küsimusi ja ülesandeid
- Kirjelda soojusjuhtivuse näitamise katset.
- Kirjelda, kuidas aineosakeste kiire võnkumine levib piki varrast leegist eemale.
- Kirjelda katset, mis näitab, et erinevad ained juhivad soojust erinevalt.
- Kirjelda katset, mis näitab, et alumiinium juhib soojust paremini kui klaas.
- Nimeta häid, halbu ja väga halbu soojusjuhte.
- Kus kasutatakse gaaside väga halba soojusjuhtivust?
- Kus kasutatakse metallide head soojusjuhtivust?
- Suvel soojeneb päikese toimel kivi pealmine pind. Suure kivi alumine pind on päeval jahe, kuid õhtuks on ka alumine pind soe. Kuidas põhjendada, et soojuse levimiseks ülemiselt pinnalt alumisele pinnale kulub terve päev?
- Suvel soojeneb päikese toimel tiigivee pealmine kiht. Miks on vesi allpool külm? Kui vett pole segatud, siis on ka õhtul soe vaid vee pealmine kiht. Miks?
- Toas olevad metallesemed tunduvad katsudes puitesemetest külmemad. Miks? Mida näitaks termomeeter, kui mõõta toas olevate esemete temperatuuri?
- Sauna leiliruumis olevad metallesemed tunduvad katsudes puitesemetest kuumemad. Miks?
Praktiline töö: võrdleme soojustusmaterjale.
- hõbe
- klaas
- raud
- kivivill
- õhk
- vask
- lambavill
- puit
- plastmassid
