Metallien lämmönjohtavuus

Nämä kaksi kattilaa ovat yhtä lämpimiä. Yhdessä niistä on muovinen kahva, ja toisessa on metallinen kahva. Voit pitää kiinni muovisesta kahvasta, mutta - auts! - poltat kätesi metallisesta kahvasta. Metalli on hyvä johtamaan lämpöä. Kun kattila lämmittää toista laitaa, lämpö leviää koko kahvaan.

Metallit ovat hyviä lämmönjohtimia. Kattila lämmittää muovikahvaa saman verran tällä laidalla. Mutta lämpö ei leviä yhtä helposti muovin kautta. Muovi on lämpöeriste. Suurin osa materiaaleista on lämpöeristeitä, kuten lasi, kivi, puu ja kangas.

Mutta kaikki metallit ovat hyviä johtamaan lämpöä. Miksi? Vastataksemme tähän, meidän täytyy tarkastella mitä lämpö on - atomien tasolla. Kaikki aineet koostuvat atomeista. Kiinteissä aineissa atomit pysyvät paikoillaan, mutta ne eivät ole täysin pysähdyksissä: ne liikkuvat jatkuvasti edestakaisin.

Ne värähtelevät. Mitä kuumempi aine on, sitä vahvemmin atomit värähtelevät. Ja sitä on lämpö: liikettä atomien tasolla. Joten miten lämpö leviää? Tämä on yksinkertaistettu esitys epämetallista.

Atomit ovat kiinni toisissaan kemiallisilla sidoksilla. Sidokset muodostuvat elektroneista, jotka sijaitsevat atomien välissä. Lämmitetään yhtä laitaa tästä aineesta. Atomit, jotka lämpenevät, alkavat liikkumaan rajummin. Tämä liike siirtyy kemiallisten sidosten kautta viereisiin atomeihin.

Jotka puolestaan alkavat värähtelemään enemmän. Silloin liike siirtyy seuraaville atomeille, ja sitä seuraaville. Tässä aineessa kukin atomi voi vain vaikuttaa lähimpiin naapureihinsa. Ja jokaisella askeleella, värähtelyt heikkenevät. Lämpö johtuu huonosti tässä epämetallissa.

Mutta entä metallit sitten? Metallin atomit ovat myös asettuneina omille paikoilleen. Ja atomien välissä on elektroneja. Metalleissa elektronit ovat kuitenkin vapaita liikkumaan. Nämä vapaat elektronit eivät ole sidottuja tiettyihin atomeihin.

Ne voivat liikkua ympäriinsä missä tahansa koko aineessa. Ja tämä parantaa lämmönjohtokykyä. Katso mitä tapahtuu kun lämmitetään yhtä laitaa tästä aineesta: Nämä atomit värähtelevät enemmän. Värähtelevä atomi voi työntää vapaata elektronia. Tämä saa elektronin liikkumaan nopeammin.

Tämä nopeasti liikkuva elektroni osuu toiseen atomiin, ja aiheuttaa siinä enemmän värähtelyä. Ja elektroni voi jatkaa, osuen vielä useampaan atomiin ennen kun se hidastuu. Elektronit voivat myös osua toisiinsa. Tämä tarkoittaa, että saamme yhä enemmän nopeasti liikkuvia elektroneja kaikkialla aineessa, jolloin enemmän atomeja lämpenee samanaikaisesti. Nämä vapaat elektronit antavat metalleille niin hyvän lämmönjohtokyvyn.

Lämpö on liikettä atomien tasolla. Lämpö leviää kun värähdykset kulkeutuvat aineen läpi. Se mikä on erityistä metalleissa on, että niillä on vapaita elektroneja. Ne auttavat kuljettamaan lämpöä - ei vaan lähellä oleviin atomeihin, vaan myös pidemmälle. Tämä saa lämmönjohtumisen metalleissa olemaan korkeampi.

Sen takia poltat kätesi metallisesta kahvasta. Ellet käytä patalappua, tietenkin – siinä ei ole lainkaan vapaita elektroneja.