Toplina je energija koja prelazi s toplijeg tijela na hladnije tijelo. Kako sve toplina može prelaziti s tijela na tijelo?
Prijelaz topline vođenjem
Razmislite o tome zbog čega je kuhača kojom kuhamo najčešće izrađena od drveta. Ako dodirnete drvenu kuhaču i metalnu žlicu koje se nalaze u vrućoj juhi, što ćete osjetiti? Je li drvena kuhača toplija ili hladnija od metalne žlice?
Držimo li
drvenu kuhaču
u vrućoj vodi, nećemo osjetiti brze temperaturne promjene.
Neki su materijali dobri vodiči topline, a neki su loši vodiči topline. Dobri vodiči topline brzo se zagriju, ali se i brzo ohlade. A loši vodiči topline dugo se zagrijavaju, ali se i dugo hlade. Drvo je loš vodič topline ili toplinski izolator. Metal je dobar vodič topline.
Dobri su vodiči topline metali kao što su srebro i bakar. Loši vodiči su drvo, staklo, cigla i voda.
Loši vodiči služe nam za izolaciju. Zato se tim materijalima koristimo pri gradnji kuća da bismo ih toplinski izolirali. Oni sprečavaju prelazak topline iz toplije kuće u hladniju okolinu zimi te prelazak topline iz toplije okoline u hladniju kuću ljeti.
Primjer 1.
Kakav je osjećaj kad hodate po pločicama, a kakav kad hodate po tepihu?
Vuna je loš vodič i ona odvodi toplinu sporije nego pločice. Zato je različit osjećaj hodati po pločicama i po tepihu, iako se nalaze u istoj prostoriji. Toplina s naših nogu brže prelazi na pločice i zato ne treba hodati bos po pločicama.
Čestice jače titraju u toplijem tijelu te postupno predaju kinetičku energiju česticama hladnijeg tijela prilikom dodira, kao npr. žličica u vrućem čaju. Čestice predaju kinetičku energiju hladnijem tijelu. Tada se toplijem tijelu smanjuju unutarnja energija i temperatura, a hladnijem se tijelu povećavaju unutarnja energija i temperatura.
Praktična vježba
Vatreni balon
Potrebno:
balon
voda
svijeća
šibice.
Ulijte malo vode u balon i napušite ga. Postavite ga iznad plamena svijeće. Što se dogodilo? Zašto balon na plamenu svijeće nije puknuo?
Balon ispunjen vodom neće puknuti nad plamenom svijeće jer je voda iz balona bolji vodič topline od zraka i brzo odvodi toplinu sa stijenke balona pa on ne puca.
Kutak za znatiželjne
Istražite koja će od dviju žica jednakih presjeka (jedna bakrena, jedna aluminijska) biti bolji vodič.
Na jednakim razmacima nanižite tanke pločice voska koje ste dobili kad ste narezali svijeću. Žice postavite na postolje i zagrijavajte na jednom kraju. Hoće li vosak otpasti sa žice? Na kojoj će žici vosak dulje ostati? Što zaključujete o vodljivosti tih dvaju materijala?
Bakar je bolji vodič od aluminija, te će vosak s bakrene žice prije otpasti.
Prijelaz topline strujanjem
Je li zrak u svim dijelovima prostorije jednako topao? Kakav osjet imate na rukama ako ih stavite iznad tople peći? Giba li se zrak kroz prostoriju?
Praktična vježba
Potrebno:
svijeće
šibice
škare
konac
slamka
postolje.
Na komadu papira nacrtajte spiralu i škarama je izrežite. Zavežite vrh spirale koncem za slamčicu. Postavite spiralu iznad plamena svijeće. Što se događa sa spiralom? Zašto se spirala vrti?
Plamen svijeće zagrijava zrak ispod spirale, on postaje rjeđi te se podiže prema gore. Na njegovo mjesto dolazi hladni zrak spuštajući se prema dolje pa pokreće spiralu koja se rotira.
Kopno se tijekom dana zagrijava više od mora, a isto tako zagrijava se sloj zraka uz kopno. Topli zrak se podiže, a na njegovo mjesto dolazi hladni zrak s mora. Zato uvijek ljeti danju vjetar puše s mora i donosi osvježenje. Noću je drugačije. Kopno se brže hladi, pa se i sloj zraka iznad kopna brže hladi. More i zrak iznad mora su topliji, pa se zrak podiže, a na njegovo mjesto struji hladni zrak s kopna. Zbog toga vjetar noću uvijek puše s kopna prema moru.
Prijelaz topline zračenjem
Zbog čega se ne preporučuje dugotrajno izlaganje Sunčevu zračenju, osobito u podne?
Sunčevo zračenje dopire od Sunca do Zemlje. Zemlja, kao i sva druga tijela, to zračenje dijelom upija, a dijelom odbija. Sunce je glavni izvor topline na Zemljinoj površini i samo u jednom satu Zemlja primi više Sunčeve energije od ukupne količine energije koju čitavo čovječanstvo potroši tijekom jedne godine.
Sunčevo zračenje zagrijava Zemlju, uzrokuje vjetrove, nastanak oblaka i kiše te grmljavine. Sunčevo zračenje vrlo je važno u životu biljaka zbog procesa fotosinteze. Ipak, pretjerano izlaganje Sunčevu zračenju štetno je za čovjeka.
Praktična vježba
Uzmite dvije limenke napunjene vodom. Jednu omotajte bijelim, a drugu crnim papirom. Ostavite ih jednako vrijeme na Suncu.
Izmjerite početnu temperaturu vode te temperaturu nakon određenog vremena, npr. minuta.
Nacrtajte u bilježnicu graf ovisnosti temperature o vremenu za limenku obloženu bijelim papirom i za limenku obloženu crnim papirom.
U kojoj se limenci voda više zagrijala?
U obje limenke voda se zagrijava zbog Sunčeva zračenja. Limenka obložena crnim papirom više upija Sunčevo zračenje koje pada na nju te se ona više zagrije od limenke obložene bijelim papirom.
Koje boje odjeće nosite ljeti, a koje zimi? Razmislite o tome.
Zagrijana tijela zrače toplinu u okolinu. Takav prijelaz topline naziva se toplinsko ili infracrveno zračenje. Tijela koja zrače hlade se. Tijela koja upijaju energiju zračenjem zagrijavaju se.
...i na kraju
Toplina je energija koja prelazi s toplijeg tijela na hladnije tijelo. Ona može prelaziti s tijela na tijelo vođenjem (kondukcijom), strujanjem (konvekcijom) ili zračenjem (radijacijom).
Početna veličina slova
