Номер 2, страница 14 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

2. Чем отличаются механизмы переноса теплоты путем теплопроводности в твердых телах и газах?

Теплопроводность — это вид переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым, который происходит в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, электронов) и не сопровождается переносом вещества. Механизмы этого процесса принципиально различаются в газах и твердых телах из-за фундаментальной разницы в их строении и характере движения частиц.

Механизм теплопроводности в газах

В газах молекулы находятся на значительных расстояниях друг от друга и совершают хаотическое, поступательное движение. Перенос энергии происходит в процессе их случайных столкновений. Молекулы в более нагретой области обладают большей средней кинетической энергией. При столкновении с молекулами из более холодной области, они передают им часть своей энергии. Таким образом, энергия постепенно распространяется от горячей области к холодной. Так как молекулы в газах находятся далеко друг от друга, столкновения происходят относительно редко, поэтому газы, как правило, являются плохими проводниками тепла.

Механизм теплопроводности в твердых телах

В твердых телах атомы (или ионы) жестко связаны друг с другом и образуют кристаллическую решетку. Они не могут свободно перемещаться, а лишь совершают колебательные движения около своих положений равновесия.

Перенос тепла в твердых телах осуществляется двумя основными способами:

1. Колебания кристаллической решетки. Когда часть тела нагревается, атомы в этой области начинают колебаться с большей амплитудой. Благодаря сильным межатомным связям эти колебания передаются соседним атомам, распространяясь по телу в виде упругих волн. Этот механизм переноса энергии описывают с помощью квазичастиц — фононов. Он является основным для диэлектриков (неметаллов).

2. Движение свободных электронов. В металлах, помимо колебаний решетки, присутствует большое количество свободных электронов (электронный газ). Эти электроны хаотически движутся по всему объему металла и, подобно молекулам газа, переносят энергию при столкновениях друг с другом и с ионами решетки. Этот механизм является гораздо более эффективным, чем передача энергии через колебания решетки. Именно поэтому металлы обладают очень высокой теплопроводностью по сравнению с диэлектриками и тем более с газами.

Ключевые отличия механизмов:

- В газах тепло переносится хаотически движущимися и сталкивающимися молекулами. Перенос вещества в целом отсутствует.

- В твердых телах (диэлектриках) тепло переносится колебаниями атомов в узлах кристаллической решетки.

- В твердых телах (металлах) основной вклад в перенос тепла вносит движение свободных электронов, что делает их отличными проводниками тепла.

Ответ:

Основное отличие механизмов теплопроводности в газах и твердых телах заключается в характере движения частиц-переносчиков энергии.

В газах перенос тепла осуществляется в результате столкновений свободно и хаотично движущихся молекул. Энергия передается от более быстрых молекул к более медленным.

В твердых телах атомы не могут свободно перемещаться, а лишь колеблются около фиксированных положений в кристаллической решетке. Поэтому в диэлектриках энергия передается через распространение этих колебаний от атома к атому. В металлах к этому добавляется гораздо более эффективный механизм — перенос энергии быстрыми свободными электронами, которые движутся по всему объему металла.