15. Явления переноса: теплопроводность и конвекция, диффузия

Теплопроводность проявляется, Если в различных частях объема вещества была разная температура, и эта разница перестала поддерживаться, то происходит постепенное выравнивание температуры за счет переноса молекулами своей энергии. При этом вещество в целом неподвижно. Теплопроводностью обладают и газы, и жидкости, и твердые тела. Если же перенос тепла осуществляется благодаря перемешиванию вещества, то есть его движению как целого, такой процесс называют конвекцией. Конвекция характерна только для газов и жидкостей. Например, зимой в закрытом наглухо помещении тепло передается на улицу через стены и окна благодаря теплопроводности. А если мы откроем форточку, то теплый воздух, как менее плотный, потечет вверх через форточку на улицу, а холодный – с улицы через форточку вниз, в помещение. Это уже конвекция. Именно благодаря конвекции осуществляется циркуляция воздушных масс в атмосфере и воды в океане. Итак, теплопроводность в широком смысле – это перенос тепла под влиянием разности температур. Хорошие теплоизоляторы – пористые вещества с воздушными прослойками, например, мех и пенопласт. Малой теплопроводностью обладает и жировая ткань. Так, на севере животные уменьшают теплопроводность густым мехом и толстым слоем подкожного жира. Теплопроводность резко падает в пространстве, где нет вещества – нет контактов между молекулами, то есть в вакууме. Лучшим теплоизолятором является вакуум, что и используется в термосах. Металлы очень хорошо проводят тепло, поэтому зимой металлические предметы нам кажутся холоднее деревянных, хотя их температуры одинаковые.

Диффузия происходит, Если в различных частях объема вещества была разная плотность или концентрация, и эта разница перестала поддерживаться, то со временем происходит постепенное выравнивание плотности или концентрации вещества. Например, капля ароматического вещества в закрытом помещении будет испаряться, и запах от нее постепенно достигнет всех «уголков» помещения. При этом в начале молекулы вещества были сосредоточены вблизи капли, а после ее полного испарения через некоторое время в результате диффузии равномерно распределились по всему помещению. Диффузия происходит в газах, жидкостях и даже в твердых телах. Диффузия – это перенос массы вещества под влиянием разности плотностей этого вещества. Чем больше разность плотностей (концентраций) в объеме вещества, тем интенсивнее идет диффузия. Например, если в воду бросить кристаллы медного купороса, они довольно быстро растворятся и создадут вокруг себя окрашенный раствор. А чтобы произошло равномерное окрашивание всей жидкости, нужно ждать несколько месяцев. Диффузионные процессы играют важную роль в природе. Например, дыхание осуществляется путем диффузии кислорода из внешней среды внутрь организма. Газообмен в листьях растений осуществляется путем диффузии. Животные, не имеющие органов дыхания (простейшие, черви и кишечнополостные) усваивают кислород из окружающей среды (воздуха или воды) через покровные ткани поверхности путем диффузии. Питательные вещества быстро усваиваются растениями, поэтому концентрация этих веществ в корнях всегда меньше, чем в почве. Наличие градиента концентрации поддерживает непрерывный диффузионный поток питательных веществ из почвенной воды в корневую систему. Примерами полупроницаемых перегородок могут служить оболочка растительной или животной клетки, защитная оболочка, покрывающая жаберные лепестки рыб, стенки желчного пузыря, кишечная ткань.