Definicja przewodzenia w fizyce

Przewodnictwo odnosi się do transferu energii poprzez ruch cząstek, które stykają się ze sobą. W fizyce słowo „przewodnictwo” używane jest do opisania trzech różnych rodzajów zachowań, które są określone przez rodzaj przenoszonej energii:

• Przewodnictwo cieplne (lub przewodnictwo cieplne) to transfer energii z cieplejszej substancji do zimniejszej poprzez bezpośredni kontakt, na przykład ktoś dotykający rączki gorącej metalowej patelni.
• Przewodnictwo elektryczne to transfer cząstek naładowanych elektrycznie przez medium, takie jak energia elektryczna przemieszczająca się po liniach energetycznych w domu.
• Przewodzenie dźwięku (lub przewodnictwo akustyczne) to przenoszenie fal dźwiękowych przez medium, takie jak wibracje głośnej muzyki przechodzącej przez ścianę.

Materiał zapewniający dobre przewodnictwo nazywa się a konduktor, podczas gdy materiał zapewniający słabe przewodnictwo nazywa się an izolator.

Przewodnictwo cieplne można rozumieć na poziomie atomowym jako cząstki fizycznie przenoszące energię cieplną, gdy wchodzą w kontakt fizyczny z sąsiednimi cząsteczkami. Jest to podobne do wyjaśnienia ciepła przez

Na przykład, jeśli żelazny pręt jest podgrzewany na jednym końcu, jak pokazano na powyższym obrazie, ciepło jest rozumiane fizycznie jako wibracja poszczególnych atomów żelaza w prętach. Atomy po chłodniejszej stronie paska wibrują z mniejszą energią. Gdy wibrują cząstki energetyczne, wchodzą w kontakt z sąsiadującymi atomami żelaza i przekazują część swojej energii innym atomom żelaza. Z czasem gorący koniec pręta traci energię, a chłodny koniec pręta zyskuje energię, dopóki cały pasek nie osiągnie tej samej temperatury. Jest to stan zwany równowagą termiczną.

Biorąc jednak pod uwagę wymianę ciepła, w powyższym przykładzie brakuje jednego ważnego punktu: pręt żelazny nie jest systemem izolowanym. Innymi słowy, nie cała energia z ogrzanego atomu żelaza jest przenoszona przez przewodzenie do sąsiednich atomów żelaza. Jeśli pręt nie jest zawieszony przez izolator w komorze próżniowej, pręt żelazny również jest w środku fizyczny kontakt ze stołem, kowadłem lub innym przedmiotem, a także kontakt z powietrzem dookoła tego. Gdy cząsteczki powietrza wejdą w kontakt z prętem, one również zyskają energię i odniosą ją z pręta (choć powoli, ponieważ przewodność cieplna nieruchomego powietrza jest bardzo mała). Pasek jest tak gorący, że świeci, co oznacza, że ​​promieniuje część swojej energii cieplnej w postaci światła. Jest to kolejny sposób, w jaki wibrujące atomy tracą energię. Jeśli zostanie sam, pręt ostatecznie ostygnie i osiągnie równowagę termiczną z otaczającym powietrzem.

Przewodnictwo elektryczne ma miejsce, gdy materiał pozwala na przepływ prądu elektrycznego. To, czy jest to możliwe, zależy od fizycznej struktury wiązania elektronów w obrębie materiał i jak łatwo atomy mogą uwolnić jeden lub więcej swoich zewnętrznych elektronów do sąsiednich atomy Stopień, w jakim materiał hamuje przewodzenie prądu elektrycznego, nazywany jest opornością elektryczną materiału.

Niektóre materiały po schłodzeniu do prawie zero absolutne, stracić wszelki opór elektryczny i pozwolić, aby przepływał przez nie prąd elektryczny bez strat energii. Te materiały są nazywane nadprzewodniki.

Dźwięk jest fizycznie wytwarzany przez wibracje, więc jest to być może najbardziej oczywisty przykład przewodzenia. Dźwięk powoduje, że atomy w materiale, płynie lub gazie wibrują i przenoszą lub przewodzą dźwięk przez materiał. Izolator dźwiękowy to materiał, którego poszczególne atomy nie drgają łatwo, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowania w izolacji akustycznej.