Прежде всего надо отметить, что при отсутствии работы теплопередача всегда идет в определенном направлении: внутренняя энергия горячего тела уменьшается, а внутренняя энергия холодного тела увеличивается. Только при особых обстоятельствах, при непременном условии совершения работы внешней силой, могут происходить процессы, при которых температура горячего тела повышается, а температура холодного тела становится еще более низкой. Мы вернемся к этому вопросу при рассмотрении действия так называемых холодильных машин (§ 327). Чем больше разность температур тел, тем интенсивней при прочих одинаковых условиях протекает процесс теплопередачи от горячего тела к холодному. Когда же температуры тел уравниваются, теплопередача прекращается и наступает так называемое тепловое равновесие.
405
Какие же процессы ведут к выравниванию температур тел? Их известно несколько.
1. Когда нагревается холодная вода в кастрюле, поставленной на горячую плиту, происходит передача теплоты сквозь металлические стенки кастрюли. Способность тел производить передачу теплоты называют их теплопроводностью. От чего зависит количество теплоты, передаваемой через какую-нибудь стенку? Прежде всего от разности температур по обе стороны стенки. Чем эта разность больше, тем большее количество теплоты передается через стенку за определенный промежуток времени. Затем это количество теплоты зависит от площади стенки. Вода в кастрюле с большим дном нагревается, как известно, скорее, чем в кастрюле с меньшим дном. Далее, легко убедиться на опыте, что количество теплоты, передаваемой за единицу времени через стенку при определенной разности температур, тем больше, чем тоньше стенка.
Наконец, теплопередача сильно зависит от материала стенки. Для характеристики теплопередачи различных материалов пользуются понятием теплопроводности. Теплопроводностью ? называют величину, показывающую, какое количество теплоты передается за единицу времени сквозь единичную площадь стенки единичной толщины при разности температур между поверхностями стенки, равной одному Кельвину. В СИ единицей теплопроводности является ватт на метр-кельвин (Вт/(м•К)). Если, например, теплопроводность алюминия равна 210 Вт/(м•К), то это означает, что через каждый квадратный метр алюминиевой стенки при разности температур 1 К и при толщине стенки 1 м передается 210 Дж теплоты в течение 1 с. Не останавливаясь на способах определения теплопроводности, которые довольно сложны, приведем значения теплопроводности некоторых веществ (табл. 6). Обращает на себя внимание
Таблица 6. Теплопроводность некоторых веществ
406
большая сравнительно с другими веществами теплопроводность металлов. Напомним, что электропроводность металлов тоже значительно превосходит электропроводность других веществ. Весьма мала теплопроводность газов. далее