Теплопровідність металів

Ці дві каструлі мають однакову температуру. Один з них має пластикову ручку, а інший металева ручка. Ви можете тримати пластикову ручку, але - ой! - обпалиш руку об метал. Метал добре проводить тепло. Оскільки один кінець нагрівається в каструлі, тепло поширюється на всю ручку. Метали є хорошими теплопровідниками. Пластикова ручка на цьому кінці нагрівається каструлькою. Але тепло не так легко поширюється через пластик. Пластик є теплоізолятором. Більшість матеріалів є теплоізоляторами, наприклад, скло, камінь, дерево та тканина. Але всі метали є хорошими теплопровідними. Чому так? Щоб відповісти на це, нам потрібно подивитися, що таке тепло – на атомному рівні. Усі речовини складаються з атомів. У твердих тілах атоми залишаються на місці, але вони не зовсім нерухомі: вони постійно рухаються вперед-назад. Вони вібрують. Чим гарячіший матеріал, тим сильніше вібрують атоми. А ось що таке тепло: рух на атомному рівні. Отже, як поширюється тепло? Це спрощене уявлення про неметал. Атоми з’єднані один з одним хімічними зв’язками. Зв'язки складаються з електронів розташовані між атомами. Нагріємо одну сторону цього матеріалу. Нагріті атоми починають рухатися з більшою силою. Цей рух передається через хімічні зв'язки з сусідніми атомами. Які в свою чергу починають більше вібрувати. Потім рух передається наступним атомам, і наступний. У цьому матеріалі кожен атом може впливає лише на найближчих сусідів. І з кожним кроком, вібрації стають трохи слабшими. У цьому неметалі тепло проводиться погано. Так що ж тоді з металами? Атоми металу також розташовуються у фіксованих місцях. А між атомами є електрони. Однак у металах електрони можуть вільно рухатися. Ці вільні електрони не зв’язані з певними атомами. Вони можуть переміщатися в будь-якому місці у всьому матеріалі. І це дійсно покращує теплопровідність. Подивіться, що відбувається, коли ми нагріваємо одну сторону металу: Ці атоми починають вібрувати більше. Атом, що вібрує, може виштовхнути вільний електрон. Це змушує електрон рухатися швидше. Електрон, що швидко рухається, вдаряється про інший атом, і змушує це вібрувати більше. І електрон може продовжувати, вражаючи ще більше атомів перш ніж він сповільниться. Електрони також стикаються один з одним. Це означає, що ми отримуємо все більше і більше швидко рухаються електронів по всьому матеріалу нагрівання більшої кількості атомів одночасно. Це ці вільні електрони які роблять усі метали такими хорошими теплопровідниками. Тепло — це рух на атомному рівні. Тепло поширюється під час проходження вібрацій через матеріал. Що особливого в металах полягає в тому, що вони мають вільні електрони. Вони допомагають переносити тепло - не тільки до найближчих атомів, але й далі. Це створює теплопровідність набагато вище в металах. Тому ви обпікаєте руку на металевій ручці. Звичайно, якщо ви не користуєтеся підтримкою для горщика - який не має вільних електронів.