Soojus saab ühelt kehalt teisele kanduda kolmel eri moel: soojusjuhtivuse, konvektsiooni ja soojuskiirguse teel. Tavaliselt esinevad soojusülekande liigid korraga, aga mõni on olulisem kui teised.
Soojusjuhtivus
Soojusjuhtivuseks[mõiste: soojusjuhtivus – soojusülekanne, kus siseenergia kandub ühelt kehalt või kehaosalt teisele aineosakeste põrgete kaudu] nimetatakse soojusülekannet, kus siseenergia kandub ühelt kehalt või kehaosalt teisele aineosakeste põrgete tõttu. Soojusjuhtivuse käigus aine ise ümber ei paikne. Eriti head soojusjuhid on metallid, sest neis on palju vabu elektrone, mille kiirus on väga suur . Suure kiiruse tõttu põrkuvad nad teiste osakestega väga tihti ja annavad nii soojusenergiat üle. Metalli vabad elektronid teevad ühes sekundis umbes põrget. Halvad soojusjuhid on gaasid, sest neis paiknevad molekulid hõredalt ja põrkeid toimub seetõttu harva, kümneid tuhandeid kordi harvemini kui metalli vabadel elektronidel. Kõik poorsed ained on halvad soojusjuhid, kuna need sisaldavad õhku. Soojusjuhtivusega puutume kokku nii igapäevaelus kui ka tehnikas. Näiteks kui praetakse kartuleid, kantakse panni siseenergia kartulitele üle just soojusjuhtivuse teel. Samasugune nähtus leiab aset ka jootekolviga jootetina sulatades.
Ainete soojusjuhtivust saab kontrollida lihtsa katsega. Kui süütame tuletiku ja hoiame seda näppude vahel, tunneme, et tikk ei lähe kuumaks. Nüüd võtame tikuga enam-vähem samade mõõtmetega õmblusnõela ja pistame selle otsapidi küünlaleeki. Üsna pea on nõel nii kuum, et hakkab sõrmi kõrvetama. Sellest järeldub, et metall, mis on hea soojusjuht, juhib leegi soojuse kiiresti meie sõrmedesse, aga puit, mis ei ole hea soojusjuht, seda ei tee.
Mõtle!
- Kumb on parem soojusjuht, kas külm või keev vesi? Miks?
- Miks hoiavad mitu õhemat riietuseset kehasoojust paremini kui üks paks?
- Miks tundub kuumas saunalavas olev naelapea kõrvetavalt kuum, aga puit jahedam, kuigi nende temperatuur on võrdne?
- Miks ajavad linnud talvel oma suled kohevile?
- Miks on akendel kahe- või kolmekordsed klaasid?
- Miks hoiavad villased riided hästi sooja?
- Raudnael
- Sulejope
- Kuldsõrmus
- Alumiiniumist lusikas
- Vaskjuhe
- Toaõhk
- Vahtplastist supikauss
- Lambavill
Lisalugemine. Millest üleantav soojushulk sõltub?
Soojusjuhtivusega üleantav soojushulk on seda suurem, mida suurem on kehade temperatuuride vahe ja kokkupuutepind, mida lähemal on kehad teineteisele ning mida kauem soojusülekanne kestab. Tulemus oleneb ka keskkonnast, mis on kehade vahel. Selliseid seoseid kogeme, kui tuleme külmast õuest sooja ahju äärde, et ennast seal soojendada. Mida kuumem on ahi, mida suurema kehapinna ahju vastu paneme, mida tihedamalt end vastu ahju surume, mis materjalist ja kui paksud on riideid meie keha ja ahju vahel ning mida kauem me end ahju vastas hoiame, seda soojem meil hakkab.
Neid seoseid väljendab valem , kus Q on ühelt kehalt teisele üleantav soojushulk, α kehadevahelise keskkonna soojusjuhtivustegur, ΔT kehade temperatuuride vahe, S kokkupuutepindala, t aeg ja d kehadevaheline kaugus.
Mõtle!
- Miks on keskkütte radiaatoril ribid?
Konvektsioon
Konvektsioon[mõiste: konvektsioon – soojusülekanne, kus siseenergia levib gaasi- või õhu liikumise tõttu] on soojusülekanne, kus siseenergia levib gaasi- või vedeliku liikumise tõttu. Selliselt levib soe õhk toas ahju või radiaatori juurest üle kogu ruumi, sest küttekeha lähedal õhk soojeneb ja paisub. Selle tulemusena õhu tihedus väheneb ja üleslükkejõud[joonealune: jõud, mis tiheduste erinevuse tõttu lükkab vedelikus või gaasis olevat keha ülespoole] tõstab sooja õhu üles ning asemele tuleb jahedam õhk. Selline õhu liikumine tõstab aja jooksul kogu toaõhu temperatuuri. Konvektsioon on ka see, kui majakorstnast tõuseb suits või kui veekogude külmumisel koguneb tihedam vesi põhja ligidale.
Konvektsiooni saab näidata toruga, milles on küünal. Süütame küünla ja asetame sellele vertikaalselt u 20‒30 cm pikkuse läbipaistva toru. Varsti näeme, et küünal kustub, sest leegi soojendatud õhk tõuseb üles ega lase sisse värsket ja hapnikurikast õhku. Kui aga toru ülemisse otsa panna paberist tehtud suur T-tähe kujuline leht (vt joonist), siis küünal ei kustu, sest tekib õhu konvektsioon: ühelt poolt paberit väljub torust soe õhk, teiselt poolt siseneb jahe ja hapnikurikas õhk.
- Saunas olev õhk ringleb ja soojeneb selle tagajärjel.
- Hoiad käes jääkuubikut, mis soojeneb ja sulab.
- Päike soojendab Maad.
- Veekeetjas olev vesi ringleb ja soojeneb selle tagajärjel.
- Soe maapind tekitab tõusvad ja laskuvad õhuvoolud.
- Soe põrand soojendab jalgu.
Mõtle!
- Kui soe õhk tõuseb üles, siis peaks Maast kõrgemal olema õhk soojem, st kõrgel mägedes võiks olla troopiline kuumus. Miks on tegelikult aga kõrgel mägedes külm ja igilumi?
- Kuidas on otstarbekam toitu jahutada: kas panna jää toidu peale või toit jää peale? Põhjenda.
- Miks ei võiks ruume põrandakütte asemel laeküttega soojendada?
- Miks on katlad majade kütmiseks pea alati keldris või esimesel korrusel?
Lisalugemine. Briis
Suvel võib mererannas märgata, et päeval puhub tuul merelt maa poole. Õhtu eel tuul vaibub ning hilisõhtul ja öösel puhub tuul hoopis maalt mere poole. Sellist rannikul esinevat tuult nimetatakse briisiks, seda põhjustab erinev õhutemperatuur maismaa ja merepinna kohal.
Maapinna erisoojus[joonealune: soojushulk, mis kulub, et soojendada 1 kg ainet 1 °C võrra] on väiksem kui veel ja seepärast soojeneb maapind päikese toimel kiiremini ja kõrgema temperatuurini kui merevesi. Kuum maapind soojendab ka selle kohal olevat õhku rohkem kui merevesi. Sooja õhu tihedus on väiksem kui külmal õhul ja seetõttu hakkab soe õhk kõrgemale tõusma. Lahkunud õhu asemele tuleb merelt jahedam õhk, mida jälle maapind soojendab ning ka see tõuseb üles. See kõik kordub ja nii tekibki meretuul ehk merebriis.
Õhtul, kui päike enam maapinda ega merevett ei soojenda, hakkavad mõlemad jahtuma. Maapind ka jahtub väiksema erisoojuse tõttu kiiremini kui vesi ja sellega koos jahtub kiiresti ka õhk. Külm õhk on tihedam ja see hakkab maapinnale lähemale laskuma. Merevesi ei jahtu nii kiiresti ja sellepärast on mere kohal õhk soojem ja väiksema tihedusega, selline õhk tõuseb üles. Asemele tuleb maa poolt jahedam õhk, mis tekitabki maalt mere poole liikuva õhuvoolu ehk tuule ehk maabriisi. Briisid võivad ulatud ka kuni paarikümne kilomeetrini sisemaale. Briisi kiirus on tavaliselt u 5 .
Jätan meelde
- Soojusjuhtivuse korral antakse energiat ühelt kehalt teisele osakeste (molekulide või vabade elektronide) põrgetega.
- Metallid on paremad soojusjuhid kui poorsed (õhku sisaldavad) ained.
- Konvektsioon on siseenergia levik vedeliku või gaasi liikumise tõttu.
- Briis on rannikutuul, mida põhjustab erinev õhutemperatuur maismaa ja merepinna kohal.
